黃土的濕載結構性本構模型與漸進破壞研究.pdf

1、黃土的結構性是土骨架顆粒空間排列及粒間膠結作用所表現出的抗力效應,是影響其力學特性的重要內在因素,它與土的密度、粒度、濕度有密切的聯系,能夠綜合反映土的強度、變形等力學特性的變化和發(fā)展。本文針對黃土力學問題,以黃土的綜合結構勢研究為途徑,從壓縮、剪切及增濕作用下黃土的結構性演化規(guī)律出發(fā),通過揭示濕陷性黃土在壓剪濕作用下的應力應變特性、屈服破壞特性及其與結構性之間的關系,建立了反映壓剪濕作用下黃土結構性發(fā)展演化的濕載結構性本構模型,并將該

2、本構模型,引入現有的巖土工程大型數值分析軟件,進行了各種黃土工程邊值問題分析。應用這種分析方法,揭示了濕載作用下黃土邊坡土的結構性演變、剪切帶形成發(fā)展的漸近破壞過程。完善了邊坡穩(wěn)定性的認識,從而為指導工程實踐,有效地預防和防治黃土工程災害。主要的研究成果有:
　　第一,通過不同濕度、不同結構性狀黃土的單軸抗壓和常規(guī)三軸壓縮試驗,論證了土的綜合結構勢定量化參數描述土結構性演化特性的合理性;比較分析黃土初始結構性的構度、過程結構性的應

3、力結構性參數和應力比結構性參數在描述黃土結構損傷演化發(fā)展特性方面的共性及特點,論證了應力比結構性參數描述黃土結構損傷演化過程的完整性;建立了應力比結構性參數與綜合應變之間關系的具體數學描述,驗證了應力比結構性參數描述黃土變形全過程結構性演變的可靠性。
　　第二,通過不同濕度、不同結構性狀的黃土的側限壓縮及常規(guī)三軸壓縮試驗,研究了黃土在壓縮、剪切及增濕條件下的濕壓屈服、濕壓剪屈服及其與結構性漸變演化特性之間的關系,確定了濕壓屈服、濕

4、壓剪屈服與應力比結構性參數之間的關系;在黃土的結構性修正劍橋模型的基礎上,提出了與等結構性臨界狀態(tài)屈服面對應的結構性喪失狀態(tài)的下加載面,建立了考慮濕壓及濕壓剪影響的黃土的濕載結構性本構模型,推導出了應力比結構性參數為變量的濕載結構性下加載面本構模型彈塑性矩陣。并通過與試驗數據的對比分析,驗證了該模型在濕壓剪作用下描述黃土應力應變特性及結構性漸變演化發(fā)展特性的合理性。
　　第三、在SHENG等考慮中主應力影響的屈服面形狀函數的基礎上

5、,將等結構性臨界狀態(tài)線隨羅德角的變化引入結構性本構模型,推廣得到三維應力空間的結構性下加載面本構模型;將黃土的濕載結構性下加載面本構模型編程模塊化,嵌入現有大型軟件FLAC-3D,通過試樣單元體數值計算與常規(guī)三軸試驗與真三軸試驗實測數據的對比,驗證了該模型自定義本構模型模塊的穩(wěn)定性及合理性。
　　第四、通過黃土濕載結構性下加載面本構模型的FLAC-3D數值分析方法,分析了均質黃土邊坡及復雜黃土邊坡在濕載作用下的漸進破壞特性特性,揭