基于应力空间变换的原状软土本构模型

《基于应力空间变换的原状软土本构模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、水利学报2004年6月SHUILIXUEBAO第6期文章编号0559-9350(2004)06-0014-07基于应力空间变换的原状软土本构模型1,2321刘元雪施建勇尹光志陆新(1.后勤工程学院土木工程系重庆4000412.重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆4000443.河海大学岩土工程研究所江苏南京210098)摘要摘要根据原状土的高刚度明显的非线性和各向异性特点给出了原状土的应力空间和应力增量变换公式在变换应力空间屈服面边界面只能在允许的应力空间中运动(等向硬化或运动硬化)从而合理地反映了土体各向异性与应力路径的影响.借助

2、边界面与损伤的概念建立了可以反映原状软土从小应变到大应变的力学特性的本构模型.土体弹性变形用横观各向同性模型来描述提出了一种新的边界面与加卸载准则它同时考虑了塑性体应变与塑性剪应变对原状土体结构性的损伤.与有关试验结果对比表明本模型是合理的关键词本构关系应力空间变换土体原状土小应变中图分类号TU45文献标识码A[13]原状土的结构性(如颗粒之间的胶结)对它的力学性质影响显著原状土体小应变情况下的力学行[4]为与重塑土具有很大的差异可概括为(1)高刚度明显的非线性PrestiL等利用共振柱实验研究了[5]土在小应变情况下的弹性性质实验表明砂土的弹性应变区域

3、在0.001%以内YamashitaS等通过大量的三轴排水压缩实验揭示了土体割线杨氏模量随轴向应变的变化规律割线杨氏模量在轴向应变超过0.01%[6]后急剧减小如果采用切线模量变化更为明显(2)各向异性JouvicicV等研究了黏土小应变情况下的剪切模量的各向异性结果表明黏土的结构性各向异性比应力诱导各向异性影响要大得多文献[7]给出了土体体积模量剪切模量随土体体应变剪应变的变化情况不同应力路径下这些模量的变化规律是不[7]同的这就是土体各向异性的表现从中可以看出应变越小各向异性越明显SmithPR等通过应力路径三轴仪进行了一系列的原状黏土的stress

4、probe实验发现以原位应力状态为中心可将原状软土的力学行为划为3个区域很小的弹性区域小应变区域(土体表现出弹塑性但割线刚度明显比重塑土大得多)应力状态点突破小应变区域后塑性变形明显增加大量文献把土小应变时的高刚度与从小应变到大应变的刚度迅速衰减看成土体结构性(胶结组构等)随应变的逐渐损伤过程文献[8]对弱胶结人工土进行了大量的三轴实验根据土体刚度随应变的变化情况与土体结构性的损伤过程对土体变形进行阶段划分结果与文献[7]类似文献[1]对土体应变所致的损伤进行了定量描述认为在变形的初始阶段塑性体应变与剪应变都会导致土体的结构性损伤[9]可以考虑土体小应变

5、情况下力学特性的本构模型主要有(1)非线性模型PuzrinAM等基于小应变情况下土体变形特性建立了一个小应变土体非线性模型在土体的弹性区域内用横观各向同性来描述的在弹性区域与小应变区域之间采用归一化非线性应力-应变关系表示这个模型的缺点在于没有考虑[10]中大应变情况下的土体应力应变行为(2)微观力学模型YimsiriS等基于土体微观力学统计分析提出了一个可以考虑土体小应变情况下组构各向异性应力状态及颗粒接触性质的土体力学参数方程收稿日期2003-04-16基金项目国家自然科学基金资助项目(50309017)作者简介刘元雪(1969-)男湖北大冶人博士副

6、教授主要从事岩土本构关系与数值分析的研究1水利学报2004年6月SHUILIXUEBAO第6期从微观角度研究对认识土体力学行为的机理是有益的但这种方法较理想化难以计算复杂土体应力状[11]态组构结构性等的影响(3)边界面模型施建勇等以能量方程为基础推导出各向异性和小应变条件下的土体弹塑性本构模型采用从初始应力点到状态边界面的距离为参数来修正硬化准则以模拟土体小[12]应变条件下的应力-应变特征PuzrinAM等基于土体小应变情况下的力学行为提出了一个基于运动硬化理论的弹塑性模型在弹性区域内土体行为用横观各向同性来描述在小应变区域内土体是弹塑性的[13]采

7、用MorzZ等提出的无限套叠屈服面的理论来描述在小应变屈服面与边界面之间采用小应变屈服面的混合硬化来描述在边界面上用边界面的各向同性硬化来描述文献[1,2]两模型类似采用一屈服面与一边界面屈服面内为弹性边界面与屈服面随应变而出现各向同性与运动硬化并采用损伤来描述土体的原生结构性随应变增大的破损情况同时屈服面与边界面随损伤程度的增加而缩小岩土本构关系[31415]应建立在能反映岩土变形机制的本构理论基础上从原状土的刚度随应变的变化过程可以看出很明显的土体结构性损伤因而从损伤角度来描述原状土体的小应变力学行为是合理的采用边界面理论可以较好地反映土体刚度随应变

8、增大的渐进减小过程作者在原状土应力空间变换基础上借助边界面与损伤的思想建立了一个