考慮損傷效應的黃土流變模型研究.pdf

1、本文以非飽和黃土的結構性和流變性為研究中心，在對黃土的微觀結構特征和流變效應研究文獻綜述的基礎上，以室內試驗為基礎，采用土力學的研究方法，試圖尋求一個能將微觀結構和宏觀力學參量聯系起來的損傷變量，并深入研究了黃土的結構損傷特征隨含水量變化及應變發(fā)展而變化的規(guī)律，依據等效應變的假說，建立了考慮損傷效應的黃土流變本構模型，借助數學、力學的方法將該模型推廣到復雜應力條件下。 通過對搜集到的黃土資料整理和分析后，總結了西安地區(qū)馬蘭黃土(

2、Q3黃土)的化學組成、膠結物質以及孔隙特征等基本物理指標特征。在此基礎上，試驗研究了黃土結構強度以及凝聚力c、摩擦系數tanφ等宏觀力學參量隨含水量的變化規(guī)律；CU剪切試驗表明，黃土的應力應變關系呈弱軟化型，在有工程應用意義的變形范圍內，該本構關系可以用存在應力上限的指數型函數來描述，本構模型中的參數亦隨著球應力和濕度狀態(tài)而呈指數規(guī)律變化。對黃土不同應力狀態(tài)下的壓縮試驗結果分析表明，黃土的損傷應變門檻值εc與含水量的關系并不明顯，近似可

3、以認為εc與含水量無關，但是損傷的應力門檻值則隨著含水量的增加而線性降低，黃土的彈性模量也具有相同的變化規(guī)律。根據剛度損傷的假定，黃土的損傷演化規(guī)律只與塑性變形的歷史有關，而與彈性變形無關，其演化方程可以用軸向塑性應變的指數函數來描述，其中反映損傷速率的參數則同時受應力狀態(tài)和含水量變化的影響。當黃土中含水量和應力狀態(tài)按照某種特定的組合關系變化時，黃土的應變狀態(tài)可以保持不變化，從廣義上來說，非飽和黃土中的水具有應力的性質。 大量蠕

4、變試驗的結果表明，不同含水量的Q3黃土具有明顯的線性粘、彈、塑性流變特征，試驗加載方式對于黃土的極限強度影響顯著，分級連續(xù)加載條件下的低蠕變應力可導致黃土的結構硬化，能有效的提高黃土的極限承載能力。本文依據試驗結果建立的考慮黃土損傷效應的流變模型能夠很好的描述黃土加速蠕變階段的變形特點。 利用ADINA軟件二次開發(fā)功能所編制的有限元軟件，能夠很好的模擬黃土的流變規(guī)律，試驗與模擬結果的對比表明本文所建立的黃土流變模型是正確的。