膨脹土和砂土彈塑性本構(gòu)關(guān)系數(shù)值建模研究.pdf

1、目前，大多數(shù)現(xiàn)有的巖土彈塑性本構(gòu)模型都是基于塑性勢理論，尋找塑性勢的解析表達(dá)式是唯一的建模途徑。然而，這些模型還不能全面地、準(zhǔn)確地反映土的特性，如壓硬性、剪脹性，特別是應(yīng)力路徑的影響。鑒此，作者進(jìn)行了膨脹土和砂土數(shù)值建模的研究。數(shù)值建模具有許多優(yōu)于傳統(tǒng)建模方法的地方。土的本構(gòu)方程是直接從三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)中提煉出來的，克服了尋找塑性勢解析表達(dá)式的困難；建模中土的初始狀態(tài)和加載路徑自由選擇，從而可以考慮任何初始狀態(tài)和應(yīng)力路徑對本構(gòu)關(guān)系的影響。含

2、水量是膨脹土產(chǎn)生膨脹與收縮，影響強(qiáng)度等重要特性的主要原因，實(shí)踐證明，膨脹土隨著氣候、地質(zhì)環(huán)境和工程建設(shè)活動等條件的變化而發(fā)生水分遷移和轉(zhuǎn)化。因此，在水的變化影響下，膨脹土性質(zhì)發(fā)生改變，顯示出不同的特性。膨脹土抗剪強(qiáng)度的可變性，大多與水的作用有關(guān)，膨脹土吸水引起各向異性膨脹，有可能產(chǎn)生偏差應(yīng)力。在不同吸水分布情況下所引起的不均勻膨脹，也同樣可能引起膨脹土的破壞。因此，在工程實(shí)際中膨脹土的起始含水量被視為可以預(yù)測膨脹潛勢的重要判據(jù)。進(jìn)行了膨

3、脹土的物性試驗(yàn)、礦物化學(xué)成分試驗(yàn)，進(jìn)行了不同含水量、容重的三軸壓縮排水和不排水試驗(yàn)，用數(shù)值建模方法建立了在不同含水量條件下的膨脹土彈塑性本構(gòu)方程，并把該本構(gòu)方程嵌入到有限元程序中，通過對三軸試驗(yàn)土樣的變形分析，獲得了應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。與相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果對比，兩者吻合較好。同時(shí)，繪出了兩種不同含水量情況下整個(gè)應(yīng)力場（p，q）中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系三維曲面，經(jīng)過對比，發(fā)現(xiàn)二者之間存在著明顯差別，證實(shí)了含水量對膨脹土本構(gòu)關(guān)系的影響是比較明顯的。對砂土

4、進(jìn)行了以下三種應(yīng)力路徑下的循環(huán)加載試驗(yàn)：等主應(yīng)力比路徑、常規(guī)路徑(CTC)和等p(TC)應(yīng)力路徑。用數(shù)值建模方法建立了砂土在三種應(yīng)力路徑下的彈塑性本構(gòu)方程，并把該本構(gòu)方程嵌入到有限元程序中，通過對三軸試驗(yàn)土樣變形的有限元計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果對比，驗(yàn)證了模型的精度是比較高的；繪出了三種應(yīng)力路徑下整個(gè)應(yīng)力場(p，q)中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲面和屈服軌跡，經(jīng)對比可知，三者之間存在著顯著差別，而且在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲面和屈服軌跡所反映出的這種差別具有