黄土的软化本构模型

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1、西安理工大学项士学位论文1绪论1．1前言黄土在世界上分布较广，在世界各国中以我国西北地区黄土地层昆厚、最完整，发育好，地层全，分布连续，其特性较典型。在工程建筑方面属具有特色的建材和地基，建国后结合国家基本建设，一直是我国岩土工程界研究对象。jO一80年代结合当时的基本建设，对黄土的时代成因、基本性质、变形强度特性在广度和深度上的变化规律：对黄土的湿陷变形特性、湿陷类型、评价标准、黄土地基的承载力与变形和处理方法的研究与实践都取得了显著成果，解决了许多实际工程问题。80一90年代对黄土的微结构进行了深入研究，指出黄土的骨架颗粒成分、形状、排列方式、孔隙特征、胶结物种类以及胶结程度等，对黄土的工

2、程地质性质有着重要影响，并从微结构特征阐明黄土的结构强度与湿陷本质；对黄土在静动荷载作用下的应力应变关系和本构模型，在不同湿度、密度条件下的振陷与动强度特性的研究也取得了创新成果“。“。在国家“西部大开发”的政策下，正在加快西部的基础设施建设，一些大型桥梁，大型洞室及大型边坡等工程项目将相继在黄土上修建，因此对黄土的研究需向更深更广的方向发展。黄土应力应变关系是其强度变形特性的反应，受到岩土工程界广泛重视。原状黄土具有较大的结构强度，其应力应变关系随着成园时代和受力状态不同而异，一般呈现为三种类型和五种形式IIio早更新世(Q。)和中更新世(Q二)黄土得应力应变关系曲线均呈现不同程度的软化型，

3、破坏峰值高，破坏应变小，峰值前的应力应变关系近似直线，具有线性变形性质，峰值后强度软化，土体呈脆性断裂或塑性破坏；晚更新世黄土(Q。)和新近堆积黄土(QD质地较松软且孔隙发育，当湿度较小时仍具有较高的结构强度，其破坏形式受侧限压应力J，的影响较大⋯。在黄土的研究中，对深埋黄土或具有很强结构强度的强软化黄土研究很少，以及第1章绪论软化的性能分析、土体的破坏形式和模式还没有进一步的研究。本文拟对洛惠渠五洞深埋黄土隧洞的Q：黄土的应力应变关系进行研究．进一步了解软化黄土的力学和变形特性。1．2软化土本构关系的研究现状根据产生的机理，沈珠江把应力软化区分为减压软化、剪胀软化和损伤软化三类。减压软化是由

4、土的压硬性所决定的。当剪切过程中围压降低时，剪切曲线就会出现峰值和应变软化。剪胀软化是与剪胀过程中颗粒组构变化有关的～种软化，反映颗粒接触面状态的变化。损伤软化是当颗粒之间存在胶结时，相互的滑动之前必须先发生胶结链的破坏。{：5j伤软化就是这种粒间胶结破坏过程的反映，与前两种软化不同．胶结破坏以后不能再恢复，且破坏应变较小，而摩擦强度的发挥需要较大的应变。另外．胶结破坏不但可以田剪应力引起．也可以由围压的增加引起。围压低的试样开始时未受损伤，剪切过程中的软化现象较为明显。围压增大后，一开始试样结构已经破坏．就不再有明显的软化现象“’”～。对软化土的应力应变关系有从非线性弹性、弹塑性、以及损伤力

5、学方面进行研究，下面对这几个方面的研究分别进行说明。1．2．1非线性弹性本构模型非线性模型弹性模型主要以一定的试验数据为基础，采用不同的经验公式对试验应力应变关系曲线进行拟合。沈珠江建议用下列经验公式描述软化型应力应变曲线“1：f：。r(a+c7)(I--1)rⅡ+br)2‘毛。+搿(1--2)三个参数a，b，c与残余强度o，峰值强度f。和相应的剪应变n之间有下列关系：西簧理工大学硕士学位论文。2矿C，r，2而1，n=高(1—3)式1—2中右边第一项占。围压缩引起的体应变，第二项代表翦胀应变，三个参数d，e，f与残余体变s。，峰值体变s。和相应的剪应变y，之间有下列关系：铲舌，铲上4(e-f)

6、，‰=』e-2f(1-4)占"2≯’占Ⅷ2——’‰2——‘1-4’周鸿逵则建议用指数函数表示应力应变关系9,DT“1：盯l一仃3=c￡。+2d[exp(一bc。)一1】(1一j)5、=gs。5-2h[exp(～fE。)-1】(1—6)其中，d：≤≠，h：乓≠。A和e为初始切线斜率，c和g为软化262，’。‘⋯’⋯～。⋯⋯⋯后下降段的切线斜率，b和f则为变量代换后得出的拟合直线斜率。Prevost等曾针对体积不变的饱和土建议下列剪切曲线公式“’：，：。掣1+y‘b由峰值时的应变决定，即，，=6+√再了，残余强度为r，：nb，而峰值强度r，由％代入式1—7得到，因此r。、y。和r，3个参数中只有两

7、个是独立的。许多学者往往把峰值前和峰值后蓝线分开来讨论。例如Yoshinak用反置的指数曲线拟合峰后曲线，Lo用反置的双曲线拟合峰后曲线“1；刘祖典等用双线性进行模拟“’”。非线性弹性模型往往能够根据土的试验应力应变曲线形状直接进行模拟。它将土考虑为非线性弹性体，假定应力应变之间具有一一对应关系，没有考患应力历史，加载路径等对应力应变关系的影响．这是非线性模型最大的缺陷。但非线性模型由于理论简单，