基于復雜應力路徑飽和砂土動力試驗的本構模型研究.pdf

1、砂土在含主應力軸旋轉的復雜應力作用下的應力應變特性是當今巖土工程研究的熱點與難點，有著較高的理論價值與工程價值。盡管考慮復雜應力作用的本構模型研究廣受重視，但是至今國內(nèi)外仍未有一個廣受認可的相應的本構模型。本文基于試驗數(shù)據(jù)分析，以Manzari臨界狀態(tài)雙面彈塑性模型為基礎架構，在一定的理論推導與假設的基礎上，提出了一個可以考慮主應力旋轉作用的本構模型。本文主要取得了如下的成果:
　　(1)基于復雜應力路徑作用下飽和砂土動力試驗的結

2、果，分析了飽和砂土在不同應力路徑（動三軸、動扭剪、圓形路徑、橢圓路徑）作用下的變形特性。其主要的規(guī)律為:動三軸加載作用下，試樣的累積變形趨勢為徑向與環(huán)向均勻壓縮，試樣軸向不斷拉伸;動扭剪荷載作用下，試樣在扭剪應力作用平面內(nèi)均勻拉伸，而在垂直于該平面的徑向則不斷壓縮;試樣的偏差正應力—偏差正應變滯回曲線具有較為統(tǒng)一的形狀，應變滯后特性不明顯，應力與應變幾乎同時達到峰值，扭剪應力—扭剪應變曲線有著相同的規(guī)律;當有效球應力小于某一特定值時，試

3、樣的殘余孔壓累積速率加快，試樣的應變發(fā)展也明顯加快，這一臨界有效球應力近似為20kPa。
　　(2)對主應力旋轉平面內(nèi)應變增量主方向的規(guī)律進行了較為細致的分析，得到的主要結論有:定義應變增量主方向與主應力方向的夾角為非共軸角（基于總應變，而非塑性應變），則非共軸角隨著振次的增加而不斷減小;在各應力分量的極值處（應力路徑的極點處），應變增量方向幾乎與應力路徑相切，也即應變增量方向與應力增量方向一致;在達到液化之前的大部分振次內(nèi)，應變

4、增量方向與應力增量方向都近似位于同一個象限內(nèi);在達到液化之前，僅有很小的一段區(qū)間內(nèi)，非共軸角能減小至零?；诖耍疚奶岢隽艘粋€非共軸角的簡化計算模型。
　　(3)對Manzari臨界狀態(tài)雙面彈塑性模型做了簡要的介紹，對其做了一定的修改與優(yōu)化，并且對將該模型應用于不排水循環(huán)問題的可行性進行了分析。提出了將該本構模型運用于不排水加載的變形協(xié)調迭代計算方法?；陟o力加載試驗，確定了模型的主要參數(shù)。運用該模型對砂土的靜力三軸壓縮試驗（排水

5、），循環(huán)三軸加載試驗（不排水）分別進行了變形預測，驗證了該模型的適用性。
　　(4)在優(yōu)化的臨界狀態(tài)雙面彈塑性模型基礎上，增添了考慮主應力旋轉作用的功能。運用雙面彈塑性模型考慮正應力增量引起的塑性變形，然后再將扭剪應力增量引起的附加變形納入其中。扭剪應力增量引起的附加變形采用廣義塑性理論的思想，直接根據(jù)試驗規(guī)律而給出加載強度、流動方向與塑性模量。附加變形分為偏應變與體應變，兩者的比例關系借鑒Yunming Yang所提出的公式。運