砂土材料状态相关临界状态各向异性模型お

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1、摘要：考虑材料状态对砂土临界状态的影响，采用宏细观结合的方法建立了砂土的各向异性模型。将新的各向异性状态变量引入砂土模型的临界状态方程，增加了各向异性参量、应力状态和应力与材料组构方向关系3个因素对临界状态的影响，扩展了砂土材料状态相关的概念。随应力状态和应力与材料组构方向几何关系变化，兀平面上模型的临界状态线、相变状态线和峰值状态线的形状和位置自然产生变化，各向异性越大，状态线偏离的静水压力轴也越远，形状变化也越大。模型的剪胀方程和硬化规律也是状态参量函数，随细观参量的变化，细化和量化了砂土物理状态变量对剪胀性及硬化规律的描述。模型用一组参数可以描述较大围压和密度范围砂土各向异性强

2、度变形的力学响应。关键词：临界状态；细观结构；各向异性；砂土中图分类号：TU443文献标志码：A文章编号：16744764(2015)03007009Abstract：Consider!ngtheimpactofsandstateonitscriticalstateline,aconstitutivemodelforanisotropicsandisestablishedinthemethodofmacromicroincorporation.Thenovelanisotropystatevariableisintroducedintocriticalstateequationoft

3、hemodel,theinfluencesofanisotropicparameters,stressstateandtherelationshipbetweenstressandfabricdirectionontheequationisaddedandthestatedependentconceptsofsandisextended・Withthechangesofstressstateandtherelationshipbetweenstressandfabricdirection,theshapeandthepositionofphasetransformationstate

4、,peakstateandcriticalstateofmodelischangedinartificiallyonthedirectionofhydrostaticpressure・Themoredegreeofanisotropy,thefurtheroffsetfromtheaxesofhydrostaticpressureandthegreaterchangeinshape・Thehardeninglawanddilatancyequa廿onofmodelarethefunctionofanisotropystatevariable.Thedescriptionofsandd

5、ilatancyandhardeninglawarerefinedandquantifiedwiththechangeofmicroscopicquantificationparameter.Onesetofmodelconstantscandescribethestrengthdeformationresponsesofsandunderalargescaleofconfiningpressuresanddensities・Keywords：criticalstate；microstructure；anisotropy；sand砂土的力学响应与其材料状态紧密相关［13］o传统本构理

6、论往往忽略了材料状态对应力应变关系的影响，将不同孔隙比同一种砂视为不同的材料，使得同一种砂必须使用多组材料参数才能描述其力学特性，相对繁杂，存在一定的局限性。材料状态相关临界状态理论则能有效克服这些局限性［47］。砂土材料状态不仅要考虑其相对密度、有效围压,还要考虑其细观各向异性和应力加载方式。这几个因素的相互影响造成了砂土强度变形的复杂性。在这个复杂变化过程中实质变化的是材料细观状态，因此，结合其细观状态研究力学特性逐步引起关注［814］oMooney等⑻用摄影技术研究剪切带的演化规律时发现了临界状态线在ep平面不唯一。Yoshimine⑼、Nakata等［10］的大量试验逐步也证

7、实了临界状态线不唯一，其不唯一的根本原因是砂土初始各向异性的存在。Dafalias［ll］最早应用该特性建立粘性土的本构关系。对于砂土，Wan等［12］、Li等［13］和Dafalias等［14］许多学者都根据砂土临界状态的不唯一性建立了本构关系。考虑临界状态不唯一建立本构的关键是对土体细微观结构与材料状态关系的合理描述。最近，Li等［15］>Zhao等［16］>Abouzar等［17］对砂土细观组构对临界状态不唯一关系进行了研究，为合理描述砂土各向异性力