浅论黄土弹塑性损伤本构模型及工程应用研究

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1、西安理工大学博士学位论文黄土弹塑性损伤本构模型及工程应用研究姓名：夏旺民申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：郭增玉20050101西安理工大学博士学位论文题目黄土弹塑性损伤本构模型及工程应用研究专业岩土工程作者夏旺民学生签名指导教师郭增玉教授指导教师签名摘要本文通过不同初始含水量的Q4黄土及不同初始含水量和干容重的重塑黄土常规三轴高压固结湿陷和增湿试验深入分析了黄土的变形强度特性结构性以及湿陷和增湿变形特性在此基础上建立了体现黄土结构性的弹塑性损伤本构模型编制了黄土的入渗和弹塑性损伤平面有限元程序对

2、一自重湿陷黄土浸水试坑进行了数值分析通过研究本文主要取得了如下一些有益的成果通过对Q4黄土和重塑黄土的常规三轴高压固结湿陷和增湿试验的数据分析在充分认识黄土的变形强度特性湿陷和增湿变形特性的基础上提出了一种用原状黄土重塑饱和黄土割线模量表示的黄土结构性参数该参数可以较好反映黄土在加载和增湿作用下结构变化和破损的过程根据热力学和连续损伤力学理论以及黄土在加载和增湿作用下的能量转换过程提出了黄土的损伤变量加载损伤和增湿损伤的定义以及它们之间关系提出了由塑性加载损伤和增湿损伤三部分组成的黄土弹塑性损伤本构模型的

3、基本构架其中首次提出黄土的增湿损伤变量的定义及与含水量有关的增湿损伤等效能量指标描述增湿损伤的演化过程参照Simo提出的能量指标概念定义黄土的加载损伤的能量指标并通过黄土加载过程中的结构破损力学和强度指标的劣化分析确定黄土的加载损伤演化方程结合以塑性功为硬化参数的椭圆形屈服面根据相关联流动法则及损伤理论推导出了黄土弹塑性损伤本构模型将模型计算结果与试验数据比较表明该模型可以模拟黄土的不同应力应变曲线类型并可以通过损伤变量来控制应力应变曲线的转型同时还可以模拟黄土的增湿变形和湿陷变形过程计算结果与试验数据基

4、本接近只是低含水量情况下的计算结果稍有差异I摘要根据黄土的入渗特点和非饱和土渗流理论运用Matlab有限元工具箱编制了黄土入渗的平面有限元程序计算结果符合实际同时根据弹塑性损伤本构模型和非线性有限元理论运用matlab有限元工具箱还编制了可以考虑加载和增湿条件的黄土弹塑性损伤平面有限元程序最后将入渗程序和弹塑性损伤程序结合对一自重湿陷黄土浸水试坑进行数值分析表明程序计算结果符合黄土的湿陷和增湿变形发展实际过程同时可以根据计算损伤变量的分布规律可以预测黄土的湿陷变形区的发展范围程序可用于各种黄土工程变形与稳

5、定问题的计算为黄土的加载变形特性湿陷和增湿特性研究的验证提供了一种新的途径和方法关键词黄土结构性参数增湿损伤加载损伤弹塑性本构模型非线性有限元II西安理工大学博士学位论文Subject:THEELASTO-PLASTICDAMAGECONSTITUTIVEMODELOFLOESSANDITSENGINEERINGAPPLICATIONMajorGeotechnicalengineeringNameXiaWangminName:AdvisorGuoZengyuAdvisor:AbstractInthispa

6、per,bymeansofconventionaltri-axialtest,high-pressureconsolidationtest,collapseandmoisteningtestofintactloessQ4samplewithdifferentinitialwatercontentandremoldedloesssamplewithdifferentinitialwatercontentanddifferentinitialdryunitweight,thedeformationandstr

7、engthcharacteristics,soilstructurecharacteristics,collapsedeformationandmoisteningdeformationcharacteristicsofbothloesswereanalyzed.Onthisbasistheelasto-plasticdamageconstitutivemodelofloesswhichcanmaterializesoilstructurecharacteristicswereestablished.Th

8、einfiltrationandelasto-plasticdamage2DFEprogramsofloesswerecodedandtakenintonumericalanalysisofasoakingtestpitwithselfweightcollapsibleloess.Someusefulresultswerefoundafterthose.Firstly,analyzeddataoftri-axialtest,h