浅谈软土结构性及蠕变特性理论研究

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1、同济大学博士学位论文软土结构性及蠕变特性理论研究姓名：钟辉虹申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：黄茂松20031201摘要本文研究工作围绕国家自然科学基金项目“移动往复荷载作用下流变性软土的长期沉降分析”展开，重点研究天然软土的结构性及结构性软土的蠕变特性。具体内容归纳为以下几个方面：1、从屈服准则、塑性流动法则和内变量硬化规律兰个方面，总结并研究岩土材料受荷响应弹塑性模拟的一般原则与方法。2、运用岩土材料受荷响应弹塑性模拟的一般原则与方法，结合Dafalias等提出的边界面塑性理论、径向映射法则和塑性模量插值方法，建议一个关于循环荷载作用下重塑粘土的各向同性弹塑

2、性模型，并将模型数值模拟结果与试验结果进行对比分析，以评价模型的有效性。3、在已建议的重塑土边界面模型基础上，将表征土结构性的内变量引入边界面方程。由内变量的硬化规律和边界结构面连续性条件求出塑性模量，之后运用塑性流动法则建立增量型弹塑性应力应变本构关系，并编写了本梅关系点积分程序。为验证模型理论的有效性，对原状Bothkennar粘土试样一维压缩试验结果，以及原状Bothkennar粘土的非等向固结不排水三轴压缩试验结果进行数值模拟。计算分析表明；所建议的描述天然状态粘土结构性损伤的弹塑性模型能够较好地模拟结构性粘土的基本力学特性。4、为了描述流变性软土与时间有关的受

3、力行为，在已建议的粘土结构性损伤弹塑性模型基础上，通过引入滞后塑性变形的概念，进一步将非弹性应变分解为瞬时塑性应变和滞后塑性应变，发展了一个考虑天然粘土结构性损伤的弹粘塑性本构模型。其中．滞后塑性分量包括体积蠕变和剪切蠕变两个部分，二者分别采用Taylor次固结体积蠕变规律和Singh—Mitchell剪切蠕变速率函数；瞬时塑性分量仍按相关联流动法则计算，但为了综合考虑结构性破损和滞后响应对瞬时塑性分量的贡献，对塑性加载系数计算表达式重新给出了定义。最后，对一维常应变速率压缩试验结果，以及不排水三轴蠕变试验结果进行数值模拟。计算分析表明：笔者所建议的滞后变形弹粘塑性模型

4、能够较好地模拟流变性软土的蠕变特性。关键词：重塑土天然结构性土土结构性损伤蠕变弹塑性弹粘塑性本构关系数值模拟AbstractTheresearchWaSconductedcircumfusingwiththeNationalNatureScienceFoundationItemof“Analysisoflong—termsettlementofrheologicalsoftclaysubjectedtomovingrepeatedloads'’，andwasfocusedonthetheoreticalstudvonsoftsoilstructureandcreep．T

5、hekeyquestionsthatarisehereshouldbethefollowing：i)Thegeneralprincipleandmethodsofsimulatingtheelasto-plasticmechanicalbehaviourofgeomaterialsaresummarizedinthreeaspects，i．e．yieldcriterion，plasticflowrule，andinternalvariablesevolutionlaws．ii)Usingthegeneralprincipleandmethodsofsimulatingt

6、heelasto．plasticmechanicalbehaviourofgeomaterials，associatedwiththeboundingsurfaceplasticitytheoryandradialmappinglawproposedbyDafalias，anisotropicelasto—plasticconstitutivemodelforcyclicbehaviourofreconstitutedclayswasdeveloped，Inordertoverifythevalidityofmodel，thenumericalsimulationsof

7、cyclictriaxialcompressionforremouldedclaywereprovided．Themodelpredictionscomparedfavorablywithtestsdata．iii)Basedontheboundingsurfacemodelforremouldedclays，anintemalvariablethatdenotessoilstructureisintroducedinboundingsurfaceequation．Usingtheintemalvariablesevolutioniaws