基于模糊集塑性理論的砂土本構(gòu)描述與數(shù)值模擬.pdf

1、通過對(duì)構(gòu)筑物和地基受地震作用而發(fā)生較大破壞的震后分析得知，其中由于砂土地基失效所造成地破壞占較大比重，從而引起了世界各國學(xué)者的重視。然而，人們對(duì)砂土的變形特征研究卻遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前工程的需要，因此有必要對(duì)砂土的變形機(jī)理進(jìn)行深一步的研究。本文圍繞砂土的變形特性，試圖建立能夠恰當(dāng)反映砂土力學(xué)特性的本構(gòu)模型。本文所建立的砂土本構(gòu)模型，以模糊集塑性理論為基礎(chǔ)，通過一個(gè)直觀的幾何圖形即會(huì)員函數(shù)，來清晰的描述巖土顆粒材料循環(huán)塑性加載卸載的全過程。此模

2、型與傳統(tǒng)的彈塑性本構(gòu)模型相比，更直觀且便于操作。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)不同密度的試驗(yàn)砂土進(jìn)行了常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析可以得出，砂土的體積應(yīng)變隨圍壓不同會(huì)產(chǎn)生不同程度的剪脹和剪縮；剪切開始，砂土先呈體縮變形，隨外力的增大而出現(xiàn)剪脹；砂土在低圍壓下更易于剪脹；松砂相對(duì)來說易于剪縮，而密砂則易于剪脹。⑵在模糊集塑性理論的基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)模糊集塑性砂土本構(gòu)模型，利用Matlab編寫程序與試驗(yàn)砂土的常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)

3、結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，充分驗(yàn)證了本文所建立的砂土本構(gòu)模型的正確性和有效性。⑶利用上述已驗(yàn)證的模糊集塑性砂土本構(gòu)模型，探討了砂土在四條不同應(yīng)力路徑（TE、TC、RTE、CTC）下的力學(xué)特性。雖然砂土的最終破壞形態(tài)很相似，但是不同的應(yīng)力路徑對(duì)土體的強(qiáng)度有很大的影響，土體的強(qiáng)度按被動(dòng)三軸壓縮（應(yīng)力路徑CTC）、等p壓縮（應(yīng)力路徑TC），等p拉伸（應(yīng)力路徑TE）以及主動(dòng)壓縮時(shí)（應(yīng)力路徑RTE）依次遞減，且三軸主動(dòng)壓縮試驗(yàn)（應(yīng)力路徑RTE）的峰值強(qiáng)度較

4、三軸被動(dòng)壓縮試驗(yàn)（應(yīng)力路徑CTC）降低了約70％。不同應(yīng)力路徑對(duì)砂土的變形也有很大的影響。對(duì)于同一初始狀態(tài)的砂土，在三軸試驗(yàn)中，其剪脹性按應(yīng)力路徑RTE，TE，TC，CTC依次降低，同一偏應(yīng)變對(duì)應(yīng)的體應(yīng)變數(shù)值依次減少。對(duì)于同一種砂土，就剪脹性而言，三軸拉伸試驗(yàn)比三軸壓縮試驗(yàn)表現(xiàn)得小的多，有時(shí)甚至沒有剪脹。⑷通過與試驗(yàn)結(jié)果比較，砂土的偏應(yīng)力-偏應(yīng)變關(guān)系曲線、體積應(yīng)變-偏應(yīng)變的關(guān)系曲線、以及平均應(yīng)力-體積應(yīng)變關(guān)系曲線的擬合結(jié)果較為理想，可以