基于物理性質的土體強度和變形特性研究.pdf

1、我國東南沿海和部分內陸沿江城市（如武漢、昆明等）廣泛存在軟弱黏土，而且工程量巨大。雖然現(xiàn)有土力學理論對工程實踐有一定的指導作用，但事實表明效果有限。大部分關于土的強度和變形的理論是以連續(xù)介質為對象的研究成果，應用到像土這樣的非連續(xù)、結構性強的介質中，沒有達到真正解決實際工程問題的目的，如:現(xiàn)有的土體本構模型大多沒有充分考慮土的物理特性，模型參數(shù)取值不確定性太大，造成應力、應變的計算結果波動過大，在工程應用中存在明顯缺陷。為此，本文基于土

2、非連續(xù)介質和結構性強的特點，采用現(xiàn)代測試新技術（彎曲元剪切波速測試），通過土體細觀結構分析試驗與宏觀力學特性試驗相結合來探索描述土體結構新方法，建立土的應力狀態(tài)方程，提出土體新的強度準則，創(chuàng)立新的結構性土體壓縮特性預測方法，建立土的物理力學本構模型。并通過數(shù)值分析研究，應用新的理論成果解決實際工程問題。本文對闡明非連續(xù)性土體的應力狀態(tài)、強度和變形規(guī)律具有重要理論意義和工程應用價值。
　　主要研究內容和成果如下:
　　1、根據(jù)

3、土體的非連續(xù)特性，引入孔隙率這一物性指標，建立土體的應力狀態(tài)方程，通過對比分析指出現(xiàn)有強度理論（如莫爾-庫倫理論）的不足。在對正常固結粘土強度特性簡單的機理分析基礎上，通過一系列常規(guī)三軸固結壓縮試驗，分析了不同初始孔隙比和塑性指數(shù)對其力學性質的影響。提出一個新的物性參數(shù)ω，該參數(shù)能夠綜合反映出正常固結飽和粘土的礦物含量及所處狀態(tài)，建立了粘土抗剪強度指標與ω之間的關系，進而考慮對莫爾-庫倫準則進行修正。
　　2、基于Liu和Cart

4、er的結構性破損壓縮模型，提出了一個簡化的物性變化參數(shù):孔隙相對變化指數(shù)Ev，考慮初始孔隙變化對土體壓縮性狀的影響，通過對杭州原狀軟土進行不同初始振動的固結試驗，分別建立了孔隙相對變化指數(shù)Ev與土體結構屈服應力σ(')y及結構破損指數(shù)b的相關關系，據(jù)此提出了新的利用室內壓縮試驗結果預測原位壓縮曲線的方法。
　　3、探討了蛋形屈服函數(shù)參數(shù)的確定方法，建立了蛋形屈服函數(shù)參數(shù)a、b、d與土體初始塑性模量的關系，并將土體的基本物理性質指標

5、剪切波速引入到蛋形參數(shù)中;結合已有的文獻資料，根據(jù)蛋形屈服函數(shù)形狀參數(shù)α與tanψ的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)具有一致性，提出了α的取值方法。通過一系列室內試驗定量地給出了蛋形屈服面參數(shù)與土體初始剪切波速和內摩擦角的相關關系。
　　4、在初始彈性模量計算公式中引入結構屈服應力p(0)來代替大氣壓力pa，提出了考慮結構性影響的初始彈性模量計算公式，并建立了公式中試驗常數(shù)和初始剪切波速的相關關系。在增量塑性理論框架下，以蛋形加載函數(shù)為加載面，以塑

6、性功函數(shù)為硬化參數(shù)，運用相關聯(lián)流動法則，建立了結構性土體的蛋形屈服面彈塑性模型?；谝幌盗袘β窂綁嚎s試驗、常規(guī)三軸剪切試驗數(shù)據(jù)，確定了該模型參數(shù)的取值。并進一步將剪切波速這個土體基本物理性質指標引入到模型參數(shù)中，通過相應的彎曲元剪切波速測試試驗定量的給出了模型參數(shù)與土體初始剪切波速的相關關系。
　　5、介紹了彈塑性有限元數(shù)值分析的研究現(xiàn)狀，采用修正牛頓-拉弗森常剛度迭代法結合隱式回歸本構積分算法，并應用位移控制法理論建立了蛋形屈