無粘性土亞塑性本構模型研究.pdf

1、基于亞塑性理論研究了無粘性土的力學特性。在對亞塑性理論最新研究成果及最新進展進行總結評述的基礎上，介紹了亞塑性理論的基本原理，同時對兩類亞塑性模型——Wu-Bauer 亞塑性模型和 Gudehus-Bauer 亞塑性模型進行了深入研究。重點研究了Gudehus-Bauer 亞塑性模型在復雜應力狀況下的模擬情況以及所作的改進工作。具體研究工作如下： (1) 介紹了亞塑性理論的基本概念，探討了亞塑性模型和傳統(tǒng)彈塑性模型的不同點，研究

2、了亞塑性理論的分類，分析了亞塑性本構理論從無粘性土到粘性土演化進程。歸納了亞塑性理論在剪切帶、砂土液化、地基承載力確定方面的應用情況，提出了亞塑性理論有待進一步研究的如干問題。 (2) 介紹了 Wu-Bauer 亞塑性模型和 Gudehus-Bauer 亞塑性模型本構參數(shù)的實驗確定方法。探討了 Wu-Bauer 亞塑性模型參數(shù)確定方法存在的問題。根據(jù)單形調(diào)優(yōu)法，對模型參數(shù)確定方法進行了改進，并通過三軸固結排水實驗、側限壓縮實驗和

3、加卸載實驗進行了驗證。分析表明，該方法可有效確定模型參數(shù)。同時分析了 Wu-Bauer 亞塑性模型的優(yōu)點和不足之處。 (3) 無粘性土的應力．應變關系可以用 Gudehus-Bauer 亞塑性本構模型來模擬，該模型強調(diào)應力增量的大小和方向不僅與當前應力狀態(tài)有關，而且還取決于當前應變增量的大小和方向。為分析其與傳統(tǒng)彈塑性理論的不同之處，對 Gudehus-Bauer 理論的線性項和非線性項進行了研究。并對不同初始孔隙比下 Gude

4、hus-Bauer 亞塑性模型的應力-應變關系進行了探討。結果表明 Gudehus-Bauer 亞塑性模型不用把應變分為彈性和塑性部分就能考慮不可逆變形，并能體現(xiàn)密砂的剪脹特性和應變軟化特性以及松砂的剪縮特性和應變硬化特性。Gudehus-Bauer 亞塑性模型還能夠考慮一些砂土的應力路徑和應變路徑的影響。 (4) 借助于 Gudehus 提出的響應包絡線理論，對 Gudehus-Bauer 亞塑性模型不能考慮中主應力影響進行了

5、分析。針對不能考慮中主應力這一缺點，提出了三種簡單的改進方法，其中前兩種是在 Duncan-Zhang 模型考慮中主應力影響的修正方法的基礎上提出的，后一種是在模型的非線性項乘以一個考慮中主應力的因子進行改進。這三種改進都增加了土的強度，改變了土的變形。同時將改進后的模型與中主應力參數(shù)為常量的真三軸實驗進行了比較。結果表明改進后的三種模型可以一定程度的模擬中主應力對砂土強度和變形特性的影響，能夠近似預測由于中主應力影響產(chǎn)生的體積應變。

6、 (5) 基于非線性連續(xù)介質力學的基本原理，提出了一個考慮主應力軸旋轉的改進的 Gudehus-Bauer 亞塑性模型。新改進的 Gudehus-Bauer 亞塑性模型強調(diào)應力增量的大小和方向不僅與當前主應力大小有關，而且還取決于主應力旋轉增量的方向。同時通過算例把改進后模型數(shù)值模擬結果與有關實驗資料作了比較，結果表明改進的Gudehus-Bauer 亞塑性模型可以考慮主應力軸旋轉對砂土強度和變形特性的影響。 (6) 針對

7、 Gudehus-Bauer 亞塑性模型不能考慮砂土的橫觀各向同性效應，提出了在模型中引入一個考慮橫觀各向同性的矩陣進行改進。改進的 Gudehus-Bauer 亞塑性模型以沉積方向角來區(qū)分砂的橫觀各向同性，以當前孔隙比來控制密實度的變化。同時用改進的 Gudehus-Bauer 亞塑性模型模擬計算了三軸固結排水情況下砂土的橫觀各向同性，并與相關實驗進行了比較。結果表明改進的 Gudehus-Bauer 亞塑性模型能夠模擬砂土的橫觀各向