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《結構性土的剪脹性與擾動狀態(tài)本構模型試驗分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、湖北工業(yè)大學碩士學位論文金屬的力學性質有本質的區(qū)別，土特有的性質如：壓硬性、剪脹性、靜水壓力屈服特性、各相異性等是金屬材料所不具備的，這種脫胎于金屬的本構關系研究應用于土體存在一定的局限性。隨著現代巖土工程技術的發(fā)展，數值模擬分析顯得越來越重要，而本構模型是巖土工程數值模擬的基礎，因此，本構關系研究是土力學理論研究的核心問題之一，自上世紀60年代以來一直非?；钴S，取得了豐碩的成果。但是，事實上，試圖建立能反映各類巖土工程問題的理想本構模型是困難的，甚至是不可能的，故在建模過程中，需要針對具體的巖土材料類
2、型，對材料性質和受力條件作一些補充假設和限制條件，建立工程實用的巖土計算模型。1．2．1彈性模型彈性模型可分為線彈性模型與非線性彈性模型。Love線彈性模型。該模型假設土體的應力與應變成正比，服從H00kes定律，模型假設土體的應力與應變成正比，服從Hooke定律，且強度是無限的。線彈性模型曾廣泛地用于土工數值計算中，但總體來說這種模型過于簡化、適用范圍小?。Duncan—Chang模型¨1。該模型為非線性彈性模型，當圍壓以=c0邶f時，R．L．Konder建議用雙曲線來代表由常規(guī)三軸壓縮試驗所得的(q
3、一吒)一‘關系曲線，即：q一吧2去㈦2·D式中：a、b為與正有關的試驗常數。由于泊松比的計算不可靠，1980年Duncan和wong“1等人用體積壓縮模量E替換泊松比，改用E—K模型，平面應變情況下，彈性矩陣【砬】如下所示：式中：匠為體積壓縮模量，E為切線模量，按下式計算：(1．2．2)墨=老矧≯“nz·s，巨=紙c秒一篆鬻，2㈦z·a，2、，●●●●●●●，OE弓日一+0墨墨3E巨十一O‘墨．門¨、一E芒噬湖北工業(yè)大學碩士學位論文卸荷和重復加荷時，彈性模量E，按下式計算：既=如見(生)4(1．2．5)
4、以其中，m為大氣壓，R，為破壞比，％、如、m、n為試驗常數。Duncan—chang模型數學表達簡單，概念明確，參數較少且易于測定，在國內外得到廣泛應用。但由于它是非線彈性模型，無法考慮巖土材料的剪脹性和應力路徑問題，也不能反映中主應力仉對土體強度和變形的影響，且僅對圍壓接近于常數的加載情況下的土體工程問題有較好的適應性，對類似基坑開挖等有減圍壓的卸荷土體工程問題則相差較遠。針對這些缺點，國內外學者提出了許多改進，如skermer提出了一個考慮中主應力影響的非線性模型，沈珠江將剪脹引起的體積應變按初應變
5、處理，將剪切應力一應變曲線改為有駝峰的應變軟化型曲線，提出了三參數的非線性模型。Domaschuk—valliappan模型嘞。該模型以彈性常數K、G為參數，取壓縮曲線為半對數曲線，剪切曲線為雙曲線，即：勺=唧o+^lIlp(1．2．6)以=#L(1．2．7)l—m4對(1．2．6)、(1．2．7)微分，即得切線體積模量K及剪切模量G：K=粵=^p(1．2．8)口6”G；=pexp(爿一．印)【l一—二％】2(1．2．9)up。該模型同時采用了壓縮試驗結果和剪切試驗結果，這顯然比只采用剪切試驗結果更為合
6、理，但在推導G時假設平均應力p為常數，這是不合理的。南京水利科學研究院沈珠江建議把該模型加以推廣，把剪切曲線寫成推廣的雙曲線，不僅適用于硬化巖石，也能適用于軟化的巖土，能描述應變軟化階段。另外，在模型的壓縮曲線上加上剪切引起的體應變，即可考慮剪脹現象。1．2．2彈塑性模型彈塑性模型的特點是將巖土材料的變形分為彈性變形d《和塑性變形d夠兩部分，彈性變形d《用廣義hooke定律計算，塑性變形d《采用塑性增量理論計算。有的模型為了建模的需要，還將塑性變形分為剪切屈服面的塑性變形和體積湖北工業(yè)大學碩士學位論文屈
7、服面的塑性變形。塑性增量理論主要包括三個方面：屈服準則、流動法則和加卸載準則。盡管當前提出的彈塑性模型非常多，但實際獲得公認的模型并不多。劍橋模型和修正的劍橋模型。1963年，英國劍橋大學Roscoe及其同事“?””在劍橋重塑粘土試驗的基礎上，依據能量理論，提出了劍橋模型(Cam—clay)，使土力學理論的發(fā)展有了質的飛躍，首次提出了土體臨界狀態(tài)線、狀態(tài)邊界面和彈性墻等概念，構成了第一個比較完整的土體彈塑性模型?；趥鹘y(tǒng)塑性位勢理論，采用單屈服面和相關聯的流動法則，其屈服面方程為：，二一Mln粵=o(1
8、．2．10)p。p’后來，Roscoe和Burland(1965年)分別研究了劍橋模型屈服面與臨界狀態(tài)線及正常固結線的關系，根據能量方程對劍橋模型屈服面的形狀進行了修正，提出了修正劍橋模型，其屈服面方程為：其中：p’為有效平均應力：g為偏應力，反映復雜應力狀態(tài)下土體受剪的程度；島’為p7一g平面上屈服面與p’軸的交點：M為p’一g平面上破壞線的斜率，對于摩擦類材料，M：上!堅!生。3一sln口’劍橋模型只有3個參數：p’一g平面上破壞線的斜
