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1、一日第一届全国岩土本构理论研讨会论文集北京北航年月粗粒土的本构模型及其展望,,’’,‘’孙海忠黄茂松同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海同济大学地下建筑与工程系上海摘要讨论了粗粒土的应变软化特性,剪胀性以及颗粒破碎特性,提出了描述这些特性的相关公式,建立了粗粒土在有无临界状态线情况下的本构模型,并进行了数值模拟。由于这些模型理论隐含了应力和塑性应变率的共轴条件,它们在描述由主应力轴旋转所引起的非共轴性方面有待进一步发展。最后,对粗粒土的非共轴性研究工作提出了展望。关键词粗粒土剪胀性应变软化颗粒破碎本构关系作者简介孙海忠一,男,江苏高邮
2、人,同济大学博士,从事颖粒土的弹塑性本构研究。洲一欢,,田胡一,,自,,,川,自,,,,一,,一,,,一,,一’一即铭耗散了能量其三,减小,影响其了粗粒土的剪胀性引言。,体变特性因此颗粒破碎已成为颗粒材料研究领域、,。随着土石坝高速公路和高速铁路等工程的不断的最新课题之一引起了岩土研究人员的极大兴趣,,,兴建粗粒土的力学特性及其本构关系已经成为岩土不无一提的是由于粗粒土具有以上这些复杂特性工程中的重要研究课题之一。研究者们在粗粒土是否存在唯一临界状态线问题上一。,、直存在较大争议【’鉴于此本文将分别基于考虑应由于粗粒土具有粒径大低压剪胀和颗
3、粒破碎明显的特征,其本构模型应该考虑四个主要特性应变变软化特性和剪胀性的本构模型以及颗粒破碎临界状、、。。,软化特性剪胀性颗粒破碎以及非共轴性本文基态弹塑性模型对粗粒土的这些特性进行讨论最后于传统细颗粒土本构模型的框架,在粗粒土的应变软对粗粒土的非共轴性应力和塑性应变率非共轴研化特性方面,提。出了一个利用残余状态应力比与峰值究提出了展望应力比的应变软化公式。在描述剪胀性方面,采用与初始有效围压有关的状态转换应力比由剪缩向剪胀,考虑应变软化特性和剪胀性的本构转换克服了传统模型的局限性对于同一初始密实度不同初始有效围压的试样采用同一状态转换应力
4、。模型比粗粒土在受到高于自身强度的应力作用下会发生,粗粒土的应变软化特性部分或整体破碎而这种破碎对粗粒土本构关系的影,,、大量的试验结果表明粗粒土在剪切时的应力应响主要体现在其一使粗粒土的颗粒粒径级配曲,,、,变关系非常复杂如在排水条件下松散的粗粒土剪线密实程度发生变化影响其后继应力应变行为,,,,切时发生剪缩其应力应变关系表现为应变硬化而其二颗粒破碎在宏观上表现为塑性变形过程并且第一届全国岩土本构理论研讨会论文集,一,密实的粗粒土在剪切时发生剪胀其应力应变关系表二一。一。,一,现为应变软化如何准确地描述粗粒土这种复杂的硬,。化和软化规律是
5、本文探讨的关键之一图为文献式中,为模型参数,是一个大于零的实数叽为一,粗粒土试验结果经整理得到的可以看出在不同,为残余状态应力。峰值应力比比本公式物理意,围压下应力比随着轴向应变的变化趋势是基本一致义明确,可以看出当趋近于零,即塑性剪应变二了趋,。的并且有一定的应变软化特性近于峰值点的塑性剪应变时“儿时,趋近于峰值应,曰‘力比叽而当趋近于无穷即塑性剪应变“了趋近于无穷时,趋近于残余状态应力。比从这些都符一合峰值后应力比的变化趋势。、口⋯园粗粒土的剪胀性剪胀性是颗粒材料不同于一般连续体材料的重要标志,粗粒土在剪切条件下除发生了剪切变形,还会贾
6、井矛器娜礴带礴冲吕声发生体积变形,而该变形可能是体积膨胀,也可能是器,﹂︺,。一人体积压缩取决于土体当前的状态土体的这种剪胀、图文献试样的一凡曲线,性使得对其模拟时非常复杂合理地描述土体的剪胀特性成为正确建立土的弹塑性本构模型的关键。剪胀叮夕一‘娜,性定义为塑性体应变增量与塑性剪应变增量之比即,有鉴于此将剪切硬化规律在模型中分为两种情二介了内夕,况考虑一种是在全部剪切过程中或在达到峰值应力式中,滋了一介磊,叮·‘,,,介呵呵之前表现为应变硬化如图所示其硬化准则参考一工‘〕呵可乓《和提出的全量双曲线形〔〕本文采用了和所提出式,即的剪胀性方程尸
7、。一二共三对奋叮十二‘了,,,式中为模型参数材奋为状态转换应力比,,,‘式中为材料常数为峰值应力比为广。一了叮二为应力比这里的材代表了在平面中,一义塑性剪应变叮乏可可万,了状态转换线的斜率这一概念最初由山等提出,表示随着应力比粉的增加,体积由收缩向膨胀的转换,如图所示。文献给出了剪胀性与有效,二一,一围压和相对密实度的犷相关性公式,对照图,可以发现在剪胀状态下,‘厂,,访对应于残余状态应力比‘对应于状态转换应日厂,。,剪切硬化软化规律力比峡而峰值应力比介于和区间编为简便起见,与初始围压的关系可以表示为·。己一走里生,厂耐“厂,,。式中为假定
8、的有效平均应力水平达到该应力剪切过程中孔隙比变化规律。状态时材料完全表现为剪缩变形为有效初始平均图粗粒土硬化软化规律及的定义应力廿。汀上述剪胀性的塑性势函数的等效形式为吃,、一一
