高等土力学作业

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1、高等土力学（关于土的本构关系的认识）专业：岩土工程姓名：学号：时间：2012.6.18授课老师：教授关于土的本构关系的认识通过这学期的上课学习和查阅一些论文资料，使我认识到土的本构关系是一个比较复杂宽广而且非常重要的知识面。对于我们岩土工程的研究生来说，土的本构关系是高等土力学课程最重要的内容，也是我们今后更加深入学习的基础知识。以下主要是我参考了众多前人成果，和我自己的一点认识的汇总。目前土的本构模型研究分为两个主要方面:宏观力学和微观结构。在宏观方面,建立在弹塑性理论基础上的各种本构模型在岩土工程中得到了普遍的应用。在微观模

2、型方面,国内外的很多学者在软土、天然粘土、黄土等多个方向进行了大量研究,这是未来的研究方向,但真正达到实际应用的还较少。土的本构关系之所以复杂，主要是影响土的因素多而且不确定。在微观结构方面，由于土的条件差异很大，是无法提出应用范围较广的本构模型。单从土的分类方法就有、土体的堆积年代、成因、有机质含量、工程特性、颗粒组成和塑性指数以及特殊土，每种分类方法的土都有很多种土体。每种土又由于前期所处温度、湿度、人为因素等外界因素影响而千差万别，而试验中的仪器设备、试验条件环境等也影响巨大。对土这样一种多相离散影响因素复杂的材料，建立一

3、种精确并且可面面俱到地反映每一因素的本构模型几乎是不可能实现的，每种土的本构模型都有其局限性，但是作为一种解决问题主要是考虑主要因素。剑桥模型是以粘土为最佳适用的弹塑性模型；莱特—邓肯模型是适用于砂土应力变形分析的代表性弹塑性模型；清华弹塑性模型是反映土的剪胀性和三维应力状态，适用于砂土和粘土的模型；沈珠江弹塑性损伤模型是基于结构性粘土提出的，结构性丧失的损伤土或重塑土沈珠江还提出适用于黄土的砌石模型；Alonso提出的针对非饱和土的巴塞罗那（Barcelona）弹塑性模型以及非饱和土的热―水力―力学本构模型等等。在土的三轴试验

4、中，中主应力对土体应力应变关系的影响主要体现在对强度的影响,由抗剪强度的变化引起应力应变关系的变化。因此,要在本构模型中反映中主应力的影响,只要考虑所含破坏准则随中主应力变化。由三轴试验所确定的本构模型各参数,除强度指标外,可直接用于计算平面变形问题或其他空间问题。在弹塑性的本构模型里反映中主应力的影响,可以采取两种方式:(a)把中主应力σ2或相应参数b,直接放入本构方程中；(b)本构方程本身不改变,仅仅修正本构模型中所含强度参数.前一方法虽然合理,但是复杂；后一方法虽然是一种近似方法,但抓住了问题的主要方面。在有限元计算中也应

5、考虑强度随中主应力的变化。在非饱和土的本构关系中，应考虑土的饱和度与吸力的关系。饱和土的变形主要受应力影响，其本构关系是指应力—应变关系。非饱和土的变形除了受应力影响外，还与土体中水分含量有关，非饱和土的本构关系是指应力、水分与应变的关系。土体中水分的变化对变形的影响包含两层意思：①由水分变化直接引起的变形。如水分蒸发导致土体变干，体积收缩；相反，土体吸水后膨胀，引起体积增加（有些土吸水后收缩，如湿陷性黄土）。②水分的变化引起土体强度的变化和硬软的差异，从而影响变形。即使软粘土晒干后也会很硬，施加相同荷载所产生的变形就会减小。因

6、此非饱和土的本构模型要能反映应力和水分变化对变形的影响，且关于水分的影响又要能反映这两方面的变形性状。当前非饱和土本构模型有弹性模型、巴塞罗那模型的各种改进，其它形式包含吸力的应力变量模型、膨胀土弹塑性模型、损伤力学模型、热力学模型、浸水变形计算模型等。在膨胀土的本构关系中，含水率是膨胀土产生膨胀与收缩、影响强度等重要特性的主要因素。膨胀土作为验证特殊的粘性土，其性质不符合一般粘性土的变形理论，膨胀土随着气候、地质环境和工程建设活动等条件的变化而发生水分迁移和转化。在水的变化影响下，膨胀土性质发生改变，显示出不同的特性。膨胀土抗

7、剪强度的可变性，大多与水的作用有关，膨胀土吸水引起各向异性膨胀，有可能产生偏差应力。在不同吸水分布情况下所引起的不均匀膨胀，也同样可能引起膨胀土的破坏。湿陷性黄土在水和外力作用下使土体结构连接强度骤然降低,导致粒状架空结构体系迅速崩溃,骨架颗粒落入架空孔隙中,从而发生湿陷变形。陷变形是一种特殊的塑性变形,其最大的特点是突变性、非连续性和不可逆性.一定的应力状态和含水量的组合对应着一定量的湿陷变形,应力状态和含水量的连续变化对应着一系列连续变化的湿陷变形。黄土的湿陷变形具有非线性、塑性的特征，因此需要建立塑性增量本构理论。粗粒土具

8、有与砂土相似的剪切特性，但是由于粗粒土本身颗粒远大于砂土，加之开采时爆破的影响，粗粒土具有明显的易破碎性，这又使粗粒土的剪切特性有别于砂土。颗粒破碎对土体的剪切特性有着不可忽视的影响，颗粒破碎影响土体的峰值强度、剪胀、渗透系数等工程特性。粗粒土在较大的应力条件下