浅谈考虑应力各向异性土体本构模型及其应用研究

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1、河海大学博士学位论文考虑应力各向异性土体本构模型及其应用研究姓名：张坤勇申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：殷宗泽20040601摘要考虑应力各向异性土体本构模型及其应用研究中文摘要(应力诱导各向异性是土体的重要特性，也是土体材料不同于金属材料的一个舆型特性，并最在缀多±传工程中都鼹遍存磁这韩毽为应力状态改变蕊导致±体各岛异性的联象。如何正确的在土体本构关系的研究中模拟、反映这种应力各向异性的影响，尝试突破现有传统理论中务向同性假设所带来的实践和理论上的限制，建立能够反映这种特性的士体本构援鐾，对予±体本稔关系鹃

2、磅究其弯重要钓淫论意义+弱瑟瑟予辩决工程实酥涟繇疆餐薪的思路和解决途径，对岩士工程实践有相当的实际意义A一．一本文整先在河海大学ZSY—l宾三袋试验仪上避行了主要针对妙±懿暴裂不等趣霆绝籍单向加裁试验。通过对装样方法的试验验证，袭明振捣湿法装样可以宵效消除制样所引起初始各向异性的影响；在莳人试验的基础上，谶一步验证和揭示了土体在复杂威力状态下的各向萍往应力变形勰律：为娥立各向舜性模黧提供了试验依据。逶过对真三辅试验稻相关资料试验结果分析比较，表明在三向应力状态下，土体这种非连续介质散粒体材料典鸯獒登懿应力蚤囱舅栏；在复

3、杂应力状态下土体真三轴试验揭示的出土体各向异性基本规律基础上，从柔度缎簿的角度分扳各愈异蛙鲍澎嘲，愍绩了复杂应力状态下柔度矩蓐殿该具鸯的特征，同黠对现有模型的局限悭进行深入分析；提出应力各向舜性是±体这种散粒体非连续介髓材料区别于一般热型弹性连续介质材料的根本特性之一考惑各囱异毪特点，麸实甬角度密笈，对氍肖常臻静±体菲线淫弹羧本穆模黧酶深入分析；在常用经媳非线性弹性模烈一邓肯屏v非线性弹性士体本构模型基础上，结合真三毒蠡试验结果绣援示躲复杂嶷力条传下±锩应力各囊雾洼黪蛙，建立一磅运骰戆实瓣§囱舅性非线性弹性模型，从而从

4、一定獠度上反映土体应力各向异性的影响结合搬标转换方法，邋过适当假设，给出各{蟊l异性模型在一般应力空间的应力应变关系转换斑阵，推导了平面阀题的备向异性有限元格式：在河海大学BCF蕊结有限元程序的基础上，通过添加各向异性模型的相应程序段，编制了各向异性圆结有限元计算程序，对～麓蕈算鼷莲萼亍了数蘧诗舞分撰，并积邓篱蚤v模墼诗箕结粟进行篦较，结暴窝步夔证了各向异性模型和程序的可靠性。簌据本文§两异性模掇稷乎蕊国结蠢隈元程廖，对巢霞叛垮石坝进行乎露应力变形分毒行，并和常规邓宵模型计簿结果欲现有实{贝{i资料比较，分析了各向异性

5、对于面板堆石坝斑力变形豹影响；通过分析旃水期脚面板堆石坝的加荷特征，说明在此阶段在坝体内由于应力各囱弄性的影桶，顼体辑释静驻力应交规律和鬻麓模羹有所不阉，并将对瑷{拳应力变形特征，尤其是面板上的燮形和应力分布规律产生驻著影响。现有模型因为不能合理考虑这静应力备瘫巽牲敬彩瞧，袋罴了较大豹漩松进程鞍夸戆辩注模量，诗算爨熬瑟叛缒应力分布区域和数值大小和现有的实测资料比较，都普遍偏大。本文提出的各向异性非线性弹性模裂§E从一定程度上考虑这样各国努性的影嗡，计算的霭投应力变形规律受聿睾合实际规律；{用各向异性横型对菜主质心墒埙进

6、行应力变形有限元计算，并和常规邓肯模翟结采眈较，分析说明各向异性对于高土质心墙坝水力劈裂评估效果存在影响；复杂加荷条件下，IIl如土石坝蓄水阶段，由于土体加荷方式和常规三轴试验中的轴向加荷方式不同，水荷载是从小主应力作用方向施加，土体中存在应力诱导各向异性；各向同性模型不能考虑这种影响，导致对心墙水力劈裂进行评估结果可能偏危险：各向异性模型结果较邓肯E-v模型有、所改善。扣／-～鉴于土体本质上的弹塑性特性，阻及弹塑性模型在土体本构理论研究中的重要地位，本文在前人研究的基础上，以剑桥模型为基础，借鉴关口太田模型的建模思想

7、，通过在修正剑桥模型中引入新的应力比参数，初步尝试建立各向异性弹塑性模型。将关口太田模型的弹头形屈服轨迹修正成为椭圆形屈服轨迹以适应等向固结应力路径：通过调整弹性区的范围，改善关口太田模型过大的计算变形。用修正后的各向异性弹塑性模型对一简单算例作有限元计算，结果比较说明修正后模型的计算变形有所改善。关键词：土体本构关系应力各向异性真三轴试验柔度矩阵有限元摘磷StudyandApplicationonSoil’SConstitutiveModelwiththeConsiderationofStress—inducedAn

8、isotropyAbstraetStress—inducedanisotropyisoneofveryimportantcharactersofsoilandalsokeydifferencefrommetalmaterial，whichexistinmanygeotechnicalprojects．Itisveryimporta