砂土的剪胀理论及其本构模型的发展

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1、万方数据第29卷2007拒第8期8月岩土工程学报ChineseJournalof6eotechnicalEngineeringY01．29No，8Aug．，2007砂土的剪胀理论及其本构模型的发展蔡正银‘，李相菘2(1南京水利科学研究院岩土工程研究所，旺苏南京210ff24‘2．香港科技大学土木工程系。香港)摘要t经典的应力剪胀理论被广泛应用于土体弹塑性本构模型的建立，较好地模拟了黏性土的变形特性。最新的研究表明t由于应力剪胀理论中忽略了土体内部状态参量对剪胀的影响，而使得该理论应用于砂土时发生了困难。近来一些学者纷纷将土的密度作为变量引入剪胀方程，提出了状态

2、相关剪胀理论，成功地模拟了砂土的各种变形特性。本文就砂土的状态及其描述、剪胀理论的发展、砂土本构模拟等方面进行介绍。关键词t状态相关l砂土：剪胀理论；本构模型；状态参量中图分类号：1u犯文献标识码：A文章编号：1000—4548(2007)08—1122一07作者简介：椠正银(1965一)，博士，教授级高级工程师，主要从事土工测试、土的本构模拟以及土工离心模型试验方面的研究工作。E-mail：zycal@nhil．cn。DevelopmentofdilatancytheoryandconstitutivemodelofsandcAIZheng—yinl，LIX

3、iang—son旷(1Geoc∞hnicalEngineeringDepamnem,N吼jillgHydI】柚扯Researchln$fitu怔，N删ing210024．China；2CivilEDgm嘲ingDcpamnent,TheHongKongu耐v∞ityofScienceandTeclmology,HongKo丑g·China)Abstract：Traditionalstressdilatancytheoryhadbeenextensivelyusedinconstitutivemodeling，anditsapplicationtoclaywas

4、verysuccessful．Howeveritwagfoundthatthistheorywasnotsuitableforsandmodefingduetothei印onrlceofinternalstatevariableofmaterialsinthedefinitionofdflatancyequation．Thisproblemhadbeenrecognizedbysomeresearchersinrecentyears．andsolⅡevariablesrelauⅫltomaterialstatewemcombinedintothedilatan

5、cyequation．Thesocalledstate-dependentdilatancytheorywassuggestodandappliedinsandmodefing．Inthispaper,thedescriptionofsandstate,thedevelopmentofdflataacythcx)1'yandconstitutivemodefingofsandbehaviorwefeinn'oduced,Keywords：state-dependent；sand；dilatancytheory；constitutivemodel；slateva

6、riableO引言剪胀性是砂土最重要的特性之一。大量的试验结果证明，对于同一种加载路径，砂土的变形特性和强度主要取决于其自身的孔隙比e与有效平均正应力P’。1996年Verdugo和Ishihara{tJ发现紧砂在高围压下剪切可能会出现松砂的特性，而松砂在低围压下剪切可能会出现紧砂的特性。工程上根据砂土的相对密度划分的松紧状态已不能正确地反映其真实的密实程度，还必须结合土体所处的应力水平加以考虑。Roscoe等[21最早强调P’和e的组合对土体变形特性的影响，基于试验观察和理论研究，他们提出了土体临界状态的概念．临界状态线就是土体的极限状态在e—P’平面的反映

7、。在建立土体的弹塑性本构模型时，对土体剪胀d的正确描述是非常重要的。1962年Rowe[3]提出了应力剪胀理论，被广泛应用于许多土体本构模型中，特别是黏土模型，取得了极大的成功。按照应力剪胀理论．剪胀d只与应力比玎(=口，P’)有关，而与材料的内部状态无关。对于正常固结的黏性土，应力剪胀理论是非常适用的，因为如果不考虑其它的内部状态参量，土的孔隙比与平均有效正应力之间有唯一性的关系。因此，可以认为士的密度的影响在应力剪胀方程中是隐含的。对于砂土，其密度与平均有效正应力之间不存在唯一性的关系，如在室内制样时在同样的应力状态下可以将砂土试样制成各种密度。正是由于应

8、力剪胀理论对于材料内部状态参量的忽视，