基于超塑性力學(xué)的軟粘土本構(gòu)理論研究.pdf

1、超塑性力學(xué)以熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建耗散函數(shù)和自由能函數(shù)確定應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，打破了傳統(tǒng)塑性力學(xué)通過屈服函數(shù)、流動法則和硬化定律確定應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的理論框架，理論體系更為嚴(yán)密，結(jié)構(gòu)更為嚴(yán)謹(jǐn)。本文對超塑性力學(xué)理論進(jìn)行了概括總結(jié)，應(yīng)用物理元件的組合說明了內(nèi)變量的物理含義，闡述了Ziegler正交假設(shè)和最大熵產(chǎn)生率原理的關(guān)系，通過Mises系列模型對超塑性力學(xué)構(gòu)建自由能函數(shù)和耗散函數(shù)的方法進(jìn)行了說明。 巖土材料在塑性變形過程中，塑性功不能

2、完全耗散，而是一部分以自由能的形式儲存起來。本文分析了最大塑性功原理和最大熵產(chǎn)生率原理的關(guān)系和相關(guān)聯(lián)流動法則不適用于巖土材料的原因。彈塑性耦合和耗散函數(shù)耦合是使相關(guān)聯(lián)流動法則不適用于巖土材料的主要原因，Drucker公設(shè)中初始應(yīng)力在加載曲線上是可以任選的，因此Drucker公設(shè)隱含了耗散函數(shù)與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)的假設(shè)，也就隱含了耗散函數(shù)不耦合的假設(shè)。通過超塑性力學(xué)理論得出，考慮彈塑性耦合會使屈服面的位置隨所處應(yīng)力狀態(tài)的變化而變化，考慮耗散函數(shù)

3、耦合會使屈服面從耗散應(yīng)力空間轉(zhuǎn)換到真實應(yīng)力空間時形狀發(fā)生改變。在耗散函數(shù)與所處應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)的情況下，如果不考慮彈塑性耦合，Drucker公設(shè)仍然對巖土材料適用。 把同一回彈線與正常壓縮線和臨界狀態(tài)線交點對應(yīng)的有效體積應(yīng)力的比值定義為間隔應(yīng)力比，原始劍橋模型中間隔應(yīng)力比的值為2.72，修正劍橋模型中間隔應(yīng)力比的值為2，實際上間隔應(yīng)力比是與土性有關(guān)的參數(shù)，它對土體的力學(xué)行為有重要的影響。本文在超塑性力學(xué)的框架內(nèi)討論了間隔應(yīng)力比的物理

4、含義和該參數(shù)對屈服面形狀及應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響。 原狀粘土的壓縮曲線有多種表示形式，本文通過擬合13種原狀粘土的壓縮曲線說明了雙對數(shù)坐標(biāo)下雙段線形式可以合理的表征原狀粘土的壓縮特性，并分析了單對數(shù)和雙對數(shù)坐標(biāo)下塑性體積應(yīng)變比的差別。 通過分析原狀粘土確定結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力的W-p′方法指出原狀粘土顆粒之間的膠結(jié)作用可能在結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力點處有很大一部分發(fā)生破壞，通過一些典型的原狀粘土的試驗數(shù)據(jù)說明了超過結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力后原狀粘土的間隔應(yīng)

5、力比可近似取為常數(shù)。 因為破壞是變形的最后階段，所以土的強(qiáng)度和本構(gòu)具有密不可分的關(guān)系。各向異性是天然土體的一個重要特征，本文在超塑性力學(xué)的框架內(nèi)，將真實應(yīng)力空間的屈服面簡化為傾斜的橢圓屈服面，結(jié)合臨界狀態(tài)土力學(xué)的有關(guān)理論給出了軸對稱和平面應(yīng)變條件下K<,0>固結(jié)軟粘土不排水強(qiáng)度和上覆壓力比值的解析式，并通過試驗數(shù)據(jù)對這些解析式進(jìn)行了驗證。在其他參數(shù)一定的條件下，土體的不排水強(qiáng)度比與有效內(nèi)摩擦角近似呈線性關(guān)系，本文根據(jù)這個線性關(guān)系