基于狀態(tài)參量的飽和砂土彈塑性本構(gòu)模型研究.pdf

1、飽和砂土在靜力和動力荷載作用下，具有壓硬性、剪脹性、應(yīng)變硬化和應(yīng)變軟化等特點(diǎn)。考慮狀態(tài)參數(shù)的影響，研究飽和密砂和中密砂土在剪應(yīng)力作用下的變形特性，建立飽和砂土的彈塑性模型已經(jīng)是近年來國際巖土工程界的重要研究領(lǐng)域和研究方向，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)踐意義。本論文在國內(nèi)外大量試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(8112024)、北京市教委科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(KM200910009008)為依托，對飽和密實(shí)和中密砂土在靜力荷載作用下的

2、變形特點(diǎn)和剪脹規(guī)律開展了系統(tǒng)和深入的研究工作。取得的主要研究成果如下:
　　(1)論述了密實(shí)砂土和中密砂土剪脹性的特點(diǎn)和影響剪脹的因素。通過對已有試驗(yàn)結(jié)果的分析和整理，考慮密實(shí)砂土和中密砂土體變過程的特點(diǎn)，提出應(yīng)關(guān)注這類砂土的相轉(zhuǎn)換臨界狀態(tài)點(diǎn)，簡稱為相變點(diǎn)。并進(jìn)一步指出相變點(diǎn)是這類砂土變形過程的一個(gè)關(guān)鍵狀態(tài)。諸多試驗(yàn)表明，在相變孔隙比和相變圍壓構(gòu)成的平面上，二者呈直線關(guān)系，也即相變線方程是線性變化的。因此，本文建立了呈線性變化特征

3、的相變線方程或數(shù)學(xué)表達(dá)式。并以相變線作為參照標(biāo)準(zhǔn)，以相變孔隙比為具體參照量，提出了新的狀態(tài)參量表達(dá)式和新的剪脹比計(jì)算公式。這一狀態(tài)參量綜合考慮了應(yīng)力水平和材料狀態(tài)的影響。結(jié)合相變孔隙比和臨界狀態(tài)孔隙比，利用狀態(tài)參量的概念可以較為準(zhǔn)確地判斷砂土在初始時(shí)和任意時(shí)刻的剪脹趨勢。以此為基礎(chǔ)建立的砂土的彈塑性模型即可以較真實(shí)地反映土的體積先剪縮后剪脹的變化全過程和變形特性。
　　(2)對于砂土，其剪脹比不能被視為應(yīng)力比的唯一性函數(shù)，這一點(diǎn)與

4、黏性土不同。因?yàn)樯巴恋募裘洷炔粌H與三軸應(yīng)力變量q和p'有關(guān)，而且還與材料的內(nèi)部狀態(tài)有關(guān)，即土的密實(shí)程度有關(guān)。在顆粒破碎前，按照這一思路建立砂土的剪脹性模型可以突破以往的一些障礙，以契符合土體受力和變形的實(shí)際情況。本文建立的剪脹比計(jì)算公式，考慮了材料狀態(tài)的影響，把具有不同密度的同一類砂處理為一種砂而不是兩種砂，可以較好地描述剪縮和剪脹兩種體積變化過程。
　　(3)本文基于前面建立的飽和砂土的考慮狀態(tài)參量影響的剪脹比計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)和達(dá)