花岗岩残积土粒间联结作用与脆弹塑性胶结损伤模型的研究

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1、花岗岩残积土粒间联结作用与脆弹塑性胶结损伤模型的研究中山大学博士学位论文花岗岩残积土粒间联结作用与脆弹塑性胶结损伤模型研究姓名：颜波申请学位级别：博士专业：工程力学指导教师：汤连生20091203中山大学博士学位论文花岗岩残积土粒间联结作用与脆弹塑性胶结损伤模型研究专业：工程力学博士生：颜波指导教师：汤连生教授摘要花岗岩风化残积土是我国华南地区常见的岩土工程对象，具有特殊的工程力学性质，是典型的结构性土体。土是准连续、半离散的多相介质，土体在外力作用下的力学特征，实际是土颗粒联结在外力作用下的宏观效应。土颗粒间联结作用的力学效应是土体结构性强度产生的原因并区别于重塑土的重

2、要特征，考虑土体结构性本构模型的研究是当前土力学突破传统重塑土性质的重要任务和发展方向。基于上述思想，论文首先从土体结构性的基本概念出发，指出了当前研究存在的问题，其次，立足于土体结构联结的力学效应，丌展试验并结合理论分析，从土体粒问联结作用角度研究了花岗岩残积土某些土工程力学性质机理，最后，建立了考虑脆弹塑性胶结的损伤方程。本文的研究为花岗岩残积土地区的工程力学问题提供了理论基础，为进一步深入研究土体结构性及模型研究具有重要的理论和实际意义。论文的主要工作和成果有：1、考虑土组织多相组分的物质特性，指出当前土体结构性研究忽略了土中水组分的存在并忽视了结构联结的重要性，成

3、为当前土体结构性研究的主要问题。论文明确提出将水组分纳入土体结构性，建议按尺寸效应与产生机理将土中颗粒联结作用分为非接触联结、吸力联结和接触联结三种类型。土体结构联结系统，完善了土体结构性的概念，保证了土体结构体系的完整性和系统性。2、在上述分类框架下，论文深入探讨了上述各种联结作用性质及力学效应及各种联结作用对花岗岩残积土宏观力学性质的影响。在非接触联结方面，推导了花岗岩残积土中游离氧化铁与粘土矿物的氢键联结强度计算式；在吸力联结方面，阐述了湿吸力的概念和涵义，分析了花岗岩残积土吸力强度特征；在接触联结方面，研究了接触联结的联缗眭质及不同的破坏模式准则及花岗岩残积土易扰

4、动的结构脆性机理。3、通过试验测定得到了某花岗岩残积土的水土特征曲线，研究了花岗岩残积土基质花岗岩残积k粒问联结作用与脆弹塑性胶结损伤模型研究吸力与土体结构性的关系，开展了花岗岩残积土崩解试验，从吸力联结作用角度研究了花岗岩残积土的崩解破坏机理，得到了土颗粒理想六方堆积“水包气"状态残积土崩解的体积含水增量公式。4、采用损伤力学理论，在广义塑性力学框架下推导了胶结损伤模型的应力．应变关系式，根据屈服面为硬化参量的等值面理论，仿照广义塑性理论的体积屈服面和剪切屈服面的函数形式，构建了球应力和偏应力的损伤函数模式。同时，考虑花岗岩残积土脆性破坏特点，利用堆砌体模型思想，采用孔

5、隙比与结构脆性参数构建损伤过程函数，建立了考虑脆弹塑性胶结损伤的结构性模型，并通过试验计算验证，表明所建模型能反映花岗岩残积土的应力．应变曲线关系。5、采用FLAC．3D差分有限元程序，编制了土体三轴试验的数值模拟程序，利用模型的模拟试验，研究了土体在不同胶结度、不同胶结强度及不同围压下的胶结损伤破坏及胶结作用对土体剪切带发展和形成的影响。论文的主要创新点有：1论文比较明确地将液相引入到土体结构性的描述，探讨了土颗粒间的联结作用，提出建议了土体结构联结概念系统。2论文强调结构联结的重要性，从粒间联结作用角度研究分析了花岗岩残积土的崩解性及易扰动性的性质机理，提出了结构脆性

6、的新概念，并考虑花岗岩残积土脆性破坏的特点，采用堆砌体模型，建立了考虑脆弹塑性胶结的损伤方程。关键词：花岗岩残积土；粒间；联结；吸力；结构脆性；胶结作用；损伤模型II中山大学博士学位论文theResearchontheSoilParticleJointFunctionandCementModelofGraniteSoilDamageDecomposedMechanicsMajor：EngineeringName：YanBOLian―shengSupervisor：Prof．TangAbstracthasmechanicsgranitesoil，whichDecompose

7、dspecialengineeringproperties，isandinsouthchinaasthematerialinconstructionthevectorofhackneyedengineeringtheconstitutivesoilaswell．geotechnicalengineering，istypicalTheisanddeformationandsoilmedium,thequasi―continuo，semi―discretemultiphasecharacteristicsofsoilareshow