無粘性土亞塑性本構(gòu)模型研究.pdf

1、基于亞塑性理論研究了無粘性土的力學(xué)特性。在對(duì)亞塑性理論最新研究成果及最新進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)評(píng)述的基礎(chǔ)上，介紹了亞塑性理論的基本原理，同時(shí)對(duì)兩類亞塑性模型——Wu-Bauer 亞塑性模型和 Gudehus-Bauer 亞塑性模型進(jìn)行了深入研究。重點(diǎn)研究了Gudehus-Bauer 亞塑性模型在復(fù)雜應(yīng)力狀況下的模擬情況以及所作的改進(jìn)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(diǎn)，研究

2、了亞塑性理論的分類，分析了亞塑性本構(gòu)理論從無粘性土到粘性土演化進(jìn)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(yīng)用情況，提出了亞塑性理論有待進(jìn)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(gòu)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)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(duì)模型參數(shù)確定方法進(jìn)行了改進(jìn)，并通過三軸固結(jié)排水實(shí)驗(yàn)、側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)和

3、加卸載實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。分析表明，該方法可有效確定模型參數(shù)。同時(shí)分析了 Wu-Bauer 亞塑性模型的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。 (3) 無粘性土的應(yīng)力．應(yīng)變關(guān)系可以用 Gudehus-Bauer 亞塑性本構(gòu)模型來模擬，該模型強(qiáng)調(diào)應(yīng)力增量的大小和方向不僅與當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，而且還取決于當(dāng)前應(yīng)變?cè)隽康拇笮『头较?。為分析其與傳統(tǒng)彈塑性理論的不同之處，對(duì) Gudehus-Bauer 理論的線性項(xiàng)和非線性項(xiàng)進(jìn)行了研究。并對(duì)不同初始孔隙比下 Gude

4、hus-Bauer 亞塑性模型的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行了探討。結(jié)果表明 Gudehus-Bauer 亞塑性模型不用把應(yīng)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(yīng)變軟化特性以及松砂的剪縮特性和應(yīng)變硬化特性。Gudehus-Bauer 亞塑性模型還能夠考慮一些砂土的應(yīng)力路徑和應(yīng)變路徑的影響。 (4) 借助于 Gudehus 提出的響應(yīng)包絡(luò)線理論，對(duì) Gudehus-Bauer 亞塑性模型不能考慮中主應(yīng)力影響進(jìn)行了

5、分析。針對(duì)不能考慮中主應(yīng)力這一缺點(diǎn)，提出了三種簡單的改進(jìn)方法，其中前兩種是在 Duncan-Zhang 模型考慮中主應(yīng)力影響的修正方法的基礎(chǔ)上提出的，后一種是在模型的非線性項(xiàng)乘以一個(gè)考慮中主應(yīng)力的因子進(jìn)行改進(jìn)。這三種改進(jìn)都增加了土的強(qiáng)度，改變了土的變形。同時(shí)將改進(jìn)后的模型與中主應(yīng)力參數(shù)為常量的真三軸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明改進(jìn)后的三種模型可以一定程度的模擬中主應(yīng)力對(duì)砂土強(qiáng)度和變形特性的影響，能夠近似預(yù)測(cè)由于中主應(yīng)力影響產(chǎn)生的體積應(yīng)變。

6、 (5) 基于非線性連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本原理，提出了一個(gè)考慮主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)的改進(jìn)的 Gudehus-Bauer 亞塑性模型。新改進(jìn)的 Gudehus-Bauer 亞塑性模型強(qiáng)調(diào)應(yīng)力增量的大小和方向不僅與當(dāng)前主應(yīng)力大小有關(guān)，而且還取決于主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)增量的方向。同時(shí)通過算例把改進(jìn)后模型數(shù)值模擬結(jié)果與有關(guān)實(shí)驗(yàn)資料作了比較，結(jié)果表明改進(jìn)的Gudehus-Bauer 亞塑性模型可以考慮主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)對(duì)砂土強(qiáng)度和變形特性的影響。 (6) 針對(duì)

7、 Gudehus-Bauer 亞塑性模型不能考慮砂土的橫觀各向同性效應(yīng)，提出了在模型中引入一個(gè)考慮橫觀各向同性的矩陣進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)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(dāng)前孔隙比來控制密實(shí)度的變化。同時(shí)用改進(jìn)的 Gudehus-Bauer 亞塑性模型模擬計(jì)算了三軸固結(jié)排水情況下砂土的橫觀各向同性，并與相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明改進(jìn)的 Gudehus-Bauer 亞塑性模型能夠模擬砂土的橫觀各向