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(yīng)用.pdf

1、黃土的應(yīng)力和含水率狀態(tài)對(duì)應(yīng)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(xué)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(duì)增濕和加荷耦合作用下的結(jié)構(gòu)性變化規(guī)律,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和增濕變形等力學(xué)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(yīng)力應(yīng)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(duì)土體結(jié)構(gòu)的損傷破壞,把含水率作為一個(gè)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(duì)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(shí)現(xiàn)了模型的數(shù)值計(jì)算;最后以黃土公路地基為研究對(duì)象,應(yīng)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(yīng)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(qiáng)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(rèn)為結(jié)構(gòu)性黃土的硬化型和軟化型應(yīng)力應(yīng)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(qiáng)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(yīng)變軟化和硬化型應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線,反映結(jié)構(gòu)性黃土在含水率和應(yīng)力連續(xù)變化條

4、件下的變形和強(qiáng)度特性。應(yīng)用本文模型進(jìn)行增濕和應(yīng)力耦合條件下的變形和強(qiáng)度計(jì)算,可以擺脫以飽和浸水濕陷量對(duì)濕陷性進(jìn)行評(píng)價(jià)的保守作法,實(shí)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(yīng)力積分算法,并探討了自定義本構(gòu)模型在ANSYS中實(shí)現(xiàn)的通用方法;(5)對(duì)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(shí)際變形過程和結(jié)構(gòu)性變化規(guī)律,模擬了土體應(yīng)