濕陷性黃土的增濕結(jié)構(gòu)性非線性本構(gòu)模型研究及應用.pdf

1、黃土的應力和含水率狀態(tài)對應著一定的結(jié)構(gòu)狀態(tài),微觀結(jié)構(gòu)性的改變,引起宏觀力學性狀的改變。濕陷性黃土在力與水的共同作用下,產(chǎn)生原生結(jié)構(gòu)的損傷和濕陷變形,對增濕和加荷耦合作用下的結(jié)構(gòu)性變化規(guī)律,應力應變關(guān)系和增濕變形等力學特性的研究有重要的意義。本文研究了不同含水率和固結(jié)圍壓條件下原狀結(jié)構(gòu)性黃土的應力應變變化規(guī)律,以及由增濕、固結(jié)作用和剪切變形引起的結(jié)構(gòu)性損傷規(guī)律;統(tǒng)一考慮增濕和加荷對土體結(jié)構(gòu)的損傷破壞,把含水率作為一個重要的變量,建立了可以

2、反映結(jié)構(gòu)性變化的濕陷性黃土增濕結(jié)構(gòu)性非線性本構(gòu)模型(LSM Model);然后針對本文本構(gòu)模型,分別給出了基于切線模量和割線模量的兩種有限元迭代算法,利用有限元通用程序ANSYS的二次開發(fā)功能,實現(xiàn)了模型的數(shù)值計算;最后以黃土公路地基為研究對象,應用本文的本構(gòu)模型,結(jié)合具體的邊值條件分析了其加載過程的變形發(fā)展和應變軟化特性,以及增濕過程的變形規(guī)律。主要研究成果:(1)揭示了濕陷性黃土在增濕和加荷作用過程中的變形和強度變化規(guī)律,以及黃土的

3、結(jié)構(gòu)性在增濕、等向壓縮和增濕、剪切條件下的損傷演化規(guī)律,建立了反映結(jié)構(gòu)性變化的損傷參數(shù);(2)從黃土的結(jié)構(gòu)性變化統(tǒng)一考慮,認為結(jié)構(gòu)性黃土的硬化型和軟化型應力應變關(guān)系曲線都反映了原生結(jié)構(gòu)損傷和次生結(jié)構(gòu)生成的過程,是黃土結(jié)構(gòu)性變化發(fā)展的統(tǒng)一過程,因此可以建立統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型描述土體的變形和強度發(fā)展過程;(3)建立的考慮結(jié)構(gòu)損傷的濕陷性黃土非線性本構(gòu)模型,能夠統(tǒng)一描述應變軟化和硬化型應力應變關(guān)系曲線,反映結(jié)構(gòu)性黃土在含水率和應力連續(xù)變化條

4、件下的變形和強度特性。應用本文模型進行增濕和應力耦合條件下的變形和強度計算,可以擺脫以飽和浸水濕陷量對濕陷性進行評價的保守作法,實現(xiàn)了土的結(jié)構(gòu)性與其本構(gòu)模型研究的統(tǒng)一;(4)提出了基于本文本構(gòu)模型的有限元應力積分算法,并探討了自定義本構(gòu)模型在ANSYS中實現(xiàn)的通用方法;(5)對路基荷載作用下的結(jié)構(gòu)性黃土地基研究表明:在具體邊值條件下,本文本構(gòu)模型(LSM Model)能夠反映地基原狀結(jié)構(gòu)性土體的實際變形過程和結(jié)構(gòu)性變化規(guī)律,模擬了土體應