黃土彈塑性損傷本構(gòu)模型及工程應(yīng)用研究.pdf

1、本文通過不同初始含水量的Q4黃土及不同初始含水量和干容重的重塑黃土常規(guī)三軸、高壓固結(jié)、濕陷和增濕試驗(yàn)，深入分析了黃土的變形強(qiáng)度特性、結(jié)構(gòu)性以及濕陷和增濕變形特性，在此基礎(chǔ)上建立了體現(xiàn)黃土結(jié)構(gòu)性的彈塑性損傷本構(gòu)模型，編制了黃土的入滲和彈塑性損傷平面有限元程序，對(duì)一自重濕陷黃土浸水試坑進(jìn)行了數(shù)值分析。通過研究，本文主要取得了如下一些有益的成果： 通過對(duì)Q4黃土和重塑黃土的常規(guī)三軸、高壓固結(jié)、濕陷和增濕試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，在充分認(rèn)識(shí)黃土的

2、變形強(qiáng)度特性、濕陷和增濕變形特性的基礎(chǔ)上提出了一種用原狀黃土、重塑飽和黃土割線模量表示的黃土結(jié)構(gòu)性參數(shù)。該參數(shù)可以較好反映黃土在加載和增濕作用下結(jié)構(gòu)變化和破損的過程。 根據(jù)熱力學(xué)和連續(xù)損傷力學(xué)理論以及黃土在加載和增濕作用下的能量轉(zhuǎn)換過程，提出了黃土的損傷變量、加載損傷和增濕損傷的定義以及它們之間關(guān)系，提出了由塑性、加載損傷和增濕損傷三部分組成的黃土彈塑性損傷本構(gòu)模型的基本構(gòu)架。其中，首次提出黃土的增濕損傷變量的定義及與含水量有關(guān)

3、的增濕損傷等效能量指標(biāo)，描述增濕損傷的演化過程；參照Simo提出的能量指標(biāo)概念，定義黃土的加載損傷的能量指標(biāo)，并通過黃土加載過程中的結(jié)構(gòu)破損、力學(xué)和強(qiáng)度指標(biāo)的劣化分析，確定黃土的加載損傷演化方程；結(jié)合以塑性功為硬化參數(shù)的橢圓形屈服面，根據(jù)相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則及損傷理論推導(dǎo)出了黃土彈塑性損傷本構(gòu)模型。將模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，表明該模型可以模擬黃土的不同應(yīng)力應(yīng)變曲線類型，并可以通過損傷變量來控制應(yīng)力應(yīng)變曲線的轉(zhuǎn)型，同時(shí)還可以模擬黃土的增濕變

4、形和濕陷變形過程；計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本接近，只是低含水量情況下的計(jì)算結(jié)果稍有差異。 根據(jù)黃土的入滲特點(diǎn)和非飽和土滲流理論，運(yùn)用Matlab有限元工具箱編制了黃土入滲的平面有限元程序，計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際。同時(shí)根據(jù)彈塑性損傷本構(gòu)模型和非線性有限元理論，運(yùn)用matlab有限元工具箱還編制了可以考慮加載和增濕條件的黃土彈塑性損傷平面有限元程序。最后將入滲程序和彈塑性損傷程序結(jié)合對(duì)一自重濕陷黃土浸水試坑進(jìn)行數(shù)值分析，表明程序計(jì)算結(jié)果符合黃