巖土材料結(jié)構(gòu)性問題研究.pdf

1、巖土材料是具有很強(qiáng)結(jié)構(gòu)性的復(fù)雜材料，巖土材料的結(jié)構(gòu)性問題一直是本領(lǐng)域的難點(diǎn)和前沿問題。本文的目的是通過對巖土材料這類復(fù)雜材料的結(jié)構(gòu)性問題的研究，了解和掌握這類具有結(jié)構(gòu)性的復(fù)雜材料的描述方法，材料的性質(zhì)、特點(diǎn)和受環(huán)境影響后的變化規(guī)律，特別是材料的結(jié)構(gòu)性對材料宏觀性能的影響。
　　本文的研究是以構(gòu)成材料的基礎(chǔ)----材料顆粒為研究的出發(fā)點(diǎn)，在充分考察顆粒的幾何形態(tài)、顆粒表面特征和顆粒材料特性的基礎(chǔ)上，分析由顆粒構(gòu)成結(jié)構(gòu)的材料特點(diǎn)和特征

2、，進(jìn)一步分析由顆粒構(gòu)成結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)和幾何特性。通過對在顆粒尺度上的結(jié)構(gòu)性能的分析，建立起顆粒尺度上的力學(xué)特性和幾何特征與材料宏觀尺度上的特性和性能的聯(lián)系。
　　通過以顆粒尺度為基礎(chǔ)的分析方法，本文初步建立了巖土這類結(jié)構(gòu)性材料的描述方法，這包括顆粒形態(tài)的描述、由顆粒構(gòu)成的巖土材料結(jié)構(gòu)的描述和與結(jié)構(gòu)有關(guān)的材料結(jié)構(gòu)性能的描述;初步建立起了結(jié)構(gòu)性材料的靜態(tài)分析方法;建立起了由顆粒構(gòu)成的材料強(qiáng)度理論和與之相應(yīng)的顆粒鏈分析方法;提出了由顆粒

3、構(gòu)成的結(jié)構(gòu)性材料彈性模量、結(jié)構(gòu)臨界強(qiáng)度和幾何變化特征三因素的全狀態(tài)函數(shù)理論和由此導(dǎo)出的顆粒材料的本構(gòu)關(guān)系。
　　形成的主要概念和結(jié)論有以下幾個方面:
　　(1)構(gòu)成巖土材料的基礎(chǔ)----顆粒的幾何形態(tài)、表面特征和物理特性對材料的宏觀性能具有決定性的影響;
　　(2)由顆粒所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)形態(tài)是影響材料宏觀性能的另一個重要因素。顆粒所形成的結(jié)構(gòu)形態(tài)類型可以分為簡單結(jié)構(gòu)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)兩種:簡單結(jié)構(gòu)可以分為基本均勻效應(yīng)的連接體結(jié)構(gòu)、

4、鏈狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);復(fù)雜結(jié)構(gòu)主要是分形結(jié)構(gòu);
　　(3)巖土材料結(jié)構(gòu)的靜態(tài)（或彈性）性能，決定材料宏觀的彈性模量，材料結(jié)構(gòu)的臨界強(qiáng)度決定材料的屈服強(qiáng)度。也就是說，材料的結(jié)構(gòu)靜態(tài)變化，與宏觀彈性性能相關(guān)，結(jié)構(gòu)臨界強(qiáng)度變化與材料宏觀塑性性能相關(guān);
　　(4)巖土材料結(jié)構(gòu)的靜態(tài)彈性模量、結(jié)構(gòu)臨界強(qiáng)度和幾何狀態(tài)這三要素，構(gòu)成了具有結(jié)構(gòu)性材料的材料全狀態(tài)函數(shù)，依據(jù)全狀態(tài)函數(shù)可導(dǎo)出相應(yīng)材料的本構(gòu)關(guān)系。
　　巖土材料的復(fù)雜性源于其結(jié)