考虑应力路径的黏土弹塑性固结问题的耦合分析方法

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1、第27卷第2期岩石力学与工程学报Vol.27No.22008年2月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringFeb.，2008考虑应力路径的黏土弹塑性固结问题的耦合分析方法1212程涛，王靖涛，晏克勤，李国成(1.黄石理工学院土木建筑工程学院，湖北黄石4350032.华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉430074)摘要：提出多路径条件下黏土的弹塑性固结问题的简化耦合分析方法。基于数值建模方法建立不同初始固结条件下的黏土弹塑性本构关系，并结合Biot固结理论，

2、建立该类问题的增量形式控制方程。将增量化的扩散方程简化为Poisson方程，由于模型可以提供每一增量步下的体变量Δε作为右端项，故在方程中可直接耦合土的变形场和vp孔隙水压力场，因而比传统的扩散方程更为精确，求解过程比Biot方程更为简单，且可以考虑体应变ε与剪应变vpε之间的相互作用。推导出该Poisson方程孔压基本解，建立此类流–固耦合问题的半解析半数值解答体系，实现从建立本构关系到固结问题数值模拟的完全数值化。通过2种不同应力路径下的固结算例对比分析表明，该方法简单有效，并能考虑土的应力路径、荷载作

3、用域等条件对地基水平位移、沉降变形及孔压变化的影响，特别是应力路径对固体域变形场的影响。关键词：数值方法；本构模型；弹塑性固结理论；半解析半数值方法；平面应变；应力路径；黏土中图分类号：O242；TU433文献标识码：A文章编号：1000–6915(2008)02–403–07COUPLINGANALYSISMETHODFORELASTOPLASTICCONSOLIDATIONOFCLAYCONSIDERINGSTRESSPATHS1212CHENGTao，WANGJingtao，YANKeqin，LIGu

4、ocheng(1.SchoolofCivilEngineering，HuangshiInstituteofTechnology，Huangshi，Hubei435003，China；2.CollegeofCivilEngineeringandMechanics，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan，Hubei430074，China)Abstract：Asimplifiedcouplinganalysismethodforelastoplasticco

5、nsolidationproblemofclayunderdifferentstresspathsispresented.AnelastoplasticconstitutivemodelofclayisconstructedondifferentinitialconditionsbasedonnumericalmodelingmethodanditcanbeadoptedwithBiotconsolidationtheory.Thentheincrementalgoverningpartialdiffere

6、ntialequationsareestablishedforplanestrainconsolidationproblem.Basedontheconstitutivemodels，aPoissonequationforporewaterpressureisderivedandthebasicsolutionisobtained.BecausethevolumetricstrainΔεcanbeacquiredastherighttermoftheequationbytheconstitutivemode

7、lvstraightly；thedeformationfieldofsoilskeletonandporewaterpressurefieldarecoupleddirectly.ThusthePoissonequationismoreaccuratethantheclassicdiffusionequationanditiseasierforsolvingthantheBiotppfunctions.Moreover，theinteractionbetweenthevolumetricstrainεand

8、shearstrainεisconsidered.Avsemi-analyticalandsemi-numericalmethodforthenonlinearconsolidationequationswiththecouplingfluid-solidissueispresentedanditsfiniteelementprogramisgiven.Moreover，asystematicnumericala