基于復(fù)雜應(yīng)力路徑飽和砂土動(dòng)力試驗(yàn)的本構(gòu)模型研究.pdf

1、砂土在含主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜應(yīng)力作用下的應(yīng)力應(yīng)變特性是當(dāng)今巖土工程研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)，有著較高的理論價(jià)值與工程價(jià)值。盡管考慮復(fù)雜應(yīng)力作用的本構(gòu)模型研究廣受重視，但是至今國(guó)內(nèi)外仍未有一個(gè)廣受認(rèn)可的相應(yīng)的本構(gòu)模型。本文基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，以Manzari臨界狀態(tài)雙面彈塑性模型為基礎(chǔ)架構(gòu)，在一定的理論推導(dǎo)與假設(shè)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)可以考慮主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)作用的本構(gòu)模型。本文主要取得了如下的成果:
　　(1)基于復(fù)雜應(yīng)力路徑作用下飽和砂土動(dòng)力試驗(yàn)的結(jié)

2、果，分析了飽和砂土在不同應(yīng)力路徑（動(dòng)三軸、動(dòng)扭剪、圓形路徑、橢圓路徑）作用下的變形特性。其主要的規(guī)律為:動(dòng)三軸加載作用下，試樣的累積變形趨勢(shì)為徑向與環(huán)向均勻壓縮，試樣軸向不斷拉伸;動(dòng)扭剪荷載作用下，試樣在扭剪應(yīng)力作用平面內(nèi)均勻拉伸，而在垂直于該平面的徑向則不斷壓縮;試樣的偏差正應(yīng)力—偏差正應(yīng)變滯回曲線具有較為統(tǒng)一的形狀，應(yīng)變滯后特性不明顯，應(yīng)力與應(yīng)變幾乎同時(shí)達(dá)到峰值，扭剪應(yīng)力—扭剪應(yīng)變曲線有著相同的規(guī)律;當(dāng)有效球應(yīng)力小于某一特定值時(shí)，試

3、樣的殘余孔壓累積速率加快，試樣的應(yīng)變發(fā)展也明顯加快，這一臨界有效球應(yīng)力近似為20kPa。
　　(2)對(duì)主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)應(yīng)變?cè)隽恐鞣较虻囊?guī)律進(jìn)行了較為細(xì)致的分析，得到的主要結(jié)論有:定義應(yīng)變?cè)隽恐鞣较蚺c主應(yīng)力方向的夾角為非共軸角（基于總應(yīng)變，而非塑性應(yīng)變），則非共軸角隨著振次的增加而不斷減小;在各應(yīng)力分量的極值處（應(yīng)力路徑的極點(diǎn)處），應(yīng)變?cè)隽糠较驇缀跖c應(yīng)力路徑相切，也即應(yīng)變?cè)隽糠较蚺c應(yīng)力增量方向一致;在達(dá)到液化之前的大部分振次內(nèi)，應(yīng)變

4、增量方向與應(yīng)力增量方向都近似位于同一個(gè)象限內(nèi);在達(dá)到液化之前，僅有很小的一段區(qū)間內(nèi)，非共軸角能減小至零?；诖?，本文提出了一個(gè)非共軸角的簡(jiǎn)化計(jì)算模型。
　　(3)對(duì)Manzari臨界狀態(tài)雙面彈塑性模型做了簡(jiǎn)要的介紹，對(duì)其做了一定的修改與優(yōu)化，并且對(duì)將該模型應(yīng)用于不排水循環(huán)問(wèn)題的可行性進(jìn)行了分析。提出了將該本構(gòu)模型運(yùn)用于不排水加載的變形協(xié)調(diào)迭代計(jì)算方法?；陟o力加載試驗(yàn)，確定了模型的主要參數(shù)。運(yùn)用該模型對(duì)砂土的靜力三軸壓縮試驗(yàn)（排水

5、），循環(huán)三軸加載試驗(yàn)（不排水）分別進(jìn)行了變形預(yù)測(cè)，驗(yàn)證了該模型的適用性。
　　(4)在優(yōu)化的臨界狀態(tài)雙面彈塑性模型基礎(chǔ)上，增添了考慮主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)作用的功能。運(yùn)用雙面彈塑性模型考慮正應(yīng)力增量引起的塑性變形，然后再將扭剪應(yīng)力增量引起的附加變形納入其中。扭剪應(yīng)力增量引起的附加變形采用廣義塑性理論的思想，直接根據(jù)試驗(yàn)規(guī)律而給出加載強(qiáng)度、流動(dòng)方向與塑性模量。附加變形分為偏應(yīng)變與體應(yīng)變，兩者的比例關(guān)系借鑒Yunming Yang所提出的公式。運(yùn)