粗粒土硬化彈塑性本構(gòu)模型的應(yīng)力路徑相關(guān)性研究.pdf

1、由于土石壩、高速公路與高速鐵路、高層建筑、核電站等工程的不斷興建，粗粒土被廣泛地應(yīng)用在土石壩、橋梁墩臺(tái)、公路和鐵路路基、高填方和軟基礎(chǔ)處理等工程中，粗粒土是主要的填筑材料之一，其力學(xué)性質(zhì)決定著工程的可靠度，故粗粒土的力學(xué)特性與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系已經(jīng)成為了研究巖土工程問題的重要課題之一。復(fù)雜應(yīng)力路徑和高應(yīng)力下，土體與地基會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低的問題，而土體作為彈塑性材料，強(qiáng)度和變形與所處的應(yīng)力狀態(tài)及其經(jīng)歷的應(yīng)力路徑相關(guān)。對土的應(yīng)力路徑實(shí)際情況

2、進(jìn)行模擬是描述土體在外力作用下應(yīng)力變化過程最直接的反映，可以模擬土的實(shí)際的應(yīng)力歷史。同一種巖土材料，當(dāng)加載方法和實(shí)驗(yàn)手段不同時(shí)，剪切破壞也會(huì)有不同的應(yīng)力變化過程，其土的強(qiáng)度與變形特性也將出現(xiàn)非常大的差異，故研究土的應(yīng)力變化過程對土體力學(xué)性質(zhì)的影響，在土體分析中，反映土體應(yīng)力歷史條件等有很大意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴發(fā)展了粗粒土的硬化塑性本構(gòu)模型，研究探討了不同應(yīng)力路徑下粗粒土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。⑵在模糊集塑性理論的基礎(chǔ)上，針

3、對Reid Bedford sand（瑞德貝德福德砂）的常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用編程軟件MATLAB，采用應(yīng)力控制算法，進(jìn)行數(shù)值模擬，通過對比，本文建立的模糊集硬化塑性模型能夠模擬粗粒土在常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)中的力學(xué)特性，并驗(yàn)證了所建模型的正確性及有效性。⑶利用上述建立的硬化塑性本構(gòu)模型，針對其相關(guān)模型參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。其中主要模型參數(shù)包括：彈性體積模量 K、彈性剪切模量G；模糊錐面系數(shù)a0、a1；塑性模量參數(shù)M、d；剪脹函數(shù)系數(shù)a；狀

4、態(tài)參數(shù)ψ等。在本文中，進(jìn)行模糊集硬化塑性理論本構(gòu)模型的參數(shù)敏感性分析，是將每一次的數(shù)值模擬都視作一次具體的試驗(yàn)，將模型參數(shù)視為試驗(yàn)中的隨機(jī)變量，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而研究數(shù)值模擬的結(jié)果中其參數(shù)的敏感性程度，區(qū)分其主要參數(shù)和次要參數(shù)，對粗粒土應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的影響。⑷利用上述已驗(yàn)證的粗粒土硬化塑性本構(gòu)模型，研究探討不同應(yīng)力路徑下粗粒土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，根據(jù)美國CASE數(shù)據(jù)庫中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選用空心圓柱體扭剪試驗(yàn)中Rei