基于超塑性力學的軟粘土本構理論研究.pdf

1、超塑性力學以熱力學定律為基礎，通過構建耗散函數(shù)和自由能函數(shù)確定應力應變關系，打破了傳統(tǒng)塑性力學通過屈服函數(shù)、流動法則和硬化定律確定應力應變關系的理論框架，理論體系更為嚴密，結構更為嚴謹。本文對超塑性力學理論進行了概括總結，應用物理元件的組合說明了內(nèi)變量的物理含義，闡述了Ziegler正交假設和最大熵產(chǎn)生率原理的關系，通過Mises系列模型對超塑性力學構建自由能函數(shù)和耗散函數(shù)的方法進行了說明。 巖土材料在塑性變形過程中，塑性功不能

2、完全耗散，而是一部分以自由能的形式儲存起來。本文分析了最大塑性功原理和最大熵產(chǎn)生率原理的關系和相關聯(lián)流動法則不適用于巖土材料的原因。彈塑性耦合和耗散函數(shù)耦合是使相關聯(lián)流動法則不適用于巖土材料的主要原因，Drucker公設中初始應力在加載曲線上是可以任選的，因此Drucker公設隱含了耗散函數(shù)與應力狀態(tài)無關的假設，也就隱含了耗散函數(shù)不耦合的假設。通過超塑性力學理論得出，考慮彈塑性耦合會使屈服面的位置隨所處應力狀態(tài)的變化而變化，考慮耗散函數(shù)

3、耦合會使屈服面從耗散應力空間轉換到真實應力空間時形狀發(fā)生改變。在耗散函數(shù)與所處應力狀態(tài)無關的情況下，如果不考慮彈塑性耦合，Drucker公設仍然對巖土材料適用。 把同一回彈線與正常壓縮線和臨界狀態(tài)線交點對應的有效體積應力的比值定義為間隔應力比，原始劍橋模型中間隔應力比的值為2.72，修正劍橋模型中間隔應力比的值為2，實際上間隔應力比是與土性有關的參數(shù)，它對土體的力學行為有重要的影響。本文在超塑性力學的框架內(nèi)討論了間隔應力比的物理

4、含義和該參數(shù)對屈服面形狀及應力應變曲線的影響。 原狀粘土的壓縮曲線有多種表示形式，本文通過擬合13種原狀粘土的壓縮曲線說明了雙對數(shù)坐標下雙段線形式可以合理的表征原狀粘土的壓縮特性，并分析了單對數(shù)和雙對數(shù)坐標下塑性體積應變比的差別。 通過分析原狀粘土確定結構屈服應力的W-p′方法指出原狀粘土顆粒之間的膠結作用可能在結構屈服應力點處有很大一部分發(fā)生破壞，通過一些典型的原狀粘土的試驗數(shù)據(jù)說明了超過結構屈服應力后原狀粘土的間隔應

5、力比可近似取為常數(shù)。 因為破壞是變形的最后階段，所以土的強度和本構具有密不可分的關系。各向異性是天然土體的一個重要特征，本文在超塑性力學的框架內(nèi)，將真實應力空間的屈服面簡化為傾斜的橢圓屈服面，結合臨界狀態(tài)土力學的有關理論給出了軸對稱和平面應變條件下K<,0>固結軟粘土不排水強度和上覆壓力比值的解析式，并通過試驗數(shù)據(jù)對這些解析式進行了驗證。在其他參數(shù)一定的條件下，土體的不排水強度比與有效內(nèi)摩擦角近似呈線性關系，本文根據(jù)這個線性關系