由实验引发对岩土材料硬化规律的探讨

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1、硕士研究生读书报告题目：由实验引发对岩土材料硬化规律的探讨研究生年级、姓名2011级王炜所在学院及专业水建水利水电工程研究生学号2011051375指导教师骆亚生提交日期2013年10月16日指导教师签字处由实验引发对岩土材料硬化规律的探讨王炜（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌，712100）摘要：在土工材料试验中，为得到材料的基本物理力学参数，常需要对材料做常规的三轴压缩试验，最终绘制材料的应力应变关系曲线图。易发现常见的应力应变关系曲线呈现两种趋势状态：压缩硬化和压缩软化。为探讨这两种压缩规

2、律的出现，先对其做理论上的分析研究。Abstract：Inthe geotechnical materialstesting, asthebasic physicalandmechanicalparametersof material, often needtodo threeaxialcompressiontest routine onthe material, thefinalrendering material stress-straincurve diagram. Easytofindcommon 

3、stress-straincurve showstwotendencies: compressionstiffnessandcompressionsoftening. Inordertoinvestigate thetwo compression rules, first onthe analysis theoretically.关键词：压缩试验；压缩硬化；压缩软化；硬化规律Keywords:Compressiontesting; compressionset; compression softening;

4、 hardeninglaw0引言在土工试验中常常会做到土工材料的常规压缩试验，比如常规三轴，单轴压缩试验。试验结果得到岩土材料的应力应变关系曲线，而常见的曲线可以分为两大类，即压缩硬化曲线和压缩软化曲线。鉴于对前人经验的总结，一些规律可以明显推出：对于其强度模量较小、抗压强度不大的材料，其应力应变关系曲线呈现出一种先急剧增大，后缓慢增大的趋势，到最后接近平缓，也就是压缩硬化曲线；对于强度模量大，抗压强度较大的材料，其应力应变关系曲线呈现出一种先急剧增大到一定数值，后慢慢减小，最后趋于平缓的趋势，即压缩软化曲

5、线。如图1为两种典型压缩曲线示意图。图1两种典型压缩曲线示意图1概述在加载过程中，随着加载应力及加载路径的变化，硬化材料加载面的形状、大小以及加载面中心的位置甚至加载面的主方向都可能发生变化。加载面在应力空间中的位置、大小和形状的变化规律就称为硬化规律。而确定加载面依据哪些具体的硬化参量而产生硬化的规律称为硬化定律。对于复杂的应力状态来说，目前的试验资料还不足以完整地确定加载面的变化规律，这就需要对加载面的运动与变化规律作一些假设，所以也把硬化规律称为硬化模型。由于岩土类材料具有应变软化性质，硬化加载面在应

6、力空间扩大，而软化加载面在应力空间缩小，但对硬化模型来说无本质差别。这是“硬化”就是包含软化在内的一个广义概念。硬化与应力历史有关，只有应力状态达到了屈服标准以后才会发生进一步的硬化。达到了屈服自然就发生了塑性变形，或者说做了塑性功。因此，可以用塑性变形或者塑性功作为衡量硬化发展的程度，叫做硬化参数，用来表示，把硬化称为应变硬化或功硬化。为硬化参数的函数，可表示为：2几种常用的硬化规律现有的岩土静力弹塑性模型，大多数采用等值面硬化理论，即把屈服面看作是某以硬化参量的等值面。为了使问题简化，一般假设加载面在主

7、应力空间内不发生转动，即主应力方向保持不变；同时还假设加载面的形状保持不变。在此基础上，如果加载面在应力空间内做形状相似的扩大(硬化)或缩小(软化)，称为各向同性硬化或软化；如果加载面在应力空间内同时发生形状与大小不变的平移运动，称为随动或运动硬化；当加载面在应力空间同时发生形状相似的大小变化与平移运动时，称为混合硬化。金属材料一般采用等向硬化或随动硬化；而岩土材料，静力问题一般采用等向硬化，循环荷载与动力问题采用随动硬化或混合硬化。各种硬化规律的加载面在偏平面上的运动规律和在单向拉压时的硬化规律如下图所示

8、。（1）偏平面（2）单向拉压时图2各种硬化规律（1）各项同性硬化规律各向同性硬化的加载函数可以由硬化参数的显式表示为：一般岩土类材料在静荷载作用下的塑性模型都采用各向同性硬化模型。它的优点是简单，但是它完全没有考虑Bauschinger效应和岩土类材料的拉压强度不同的特性以及应力导致的各向异性。（2）随动硬化规律随动硬化规律假设加载面在一个方向发生硬化之后，会在相反的方向产生同样程度的弱化。反映在主应力空间，加载