基于物理性質(zhì)的土體強(qiáng)度和變形特性研究.pdf

1、我國東南沿海和部分內(nèi)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(xué)理論對(duì)工程實(shí)踐有一定的指導(dǎo)作用，但事實(shí)表明效果有限。大部分關(guān)于土的強(qiáng)度和變形的理論是以連續(xù)介質(zhì)為對(duì)象的研究成果，應(yīng)用到像土這樣的非連續(xù)、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)的介質(zhì)中，沒有達(dá)到真正解決實(shí)際工程問題的目的，如:現(xiàn)有的土體本構(gòu)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(yīng)力、應(yīng)變的計(jì)算結(jié)果波動(dòng)過大，在工程應(yīng)用中存在明顯缺陷。為此，本文基于土

2、非連續(xù)介質(zhì)和結(jié)構(gòu)性強(qiáng)的特點(diǎn)，采用現(xiàn)代測試新技術(shù)（彎曲元剪切波速測試），通過土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析試驗(yàn)與宏觀力學(xué)特性試驗(yàn)相結(jié)合來探索描述土體結(jié)構(gòu)新方法，建立土的應(yīng)力狀態(tài)方程，提出土體新的強(qiáng)度準(zhǔn)則，創(chuàng)立新的結(jié)構(gòu)性土體壓縮特性預(yù)測方法，建立土的物理力學(xué)本構(gòu)模型。并通過數(shù)值分析研究，應(yīng)用新的理論成果解決實(shí)際工程問題。本文對(duì)闡明非連續(xù)性土體的應(yīng)力狀態(tài)、強(qiáng)度和變形規(guī)律具有重要理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　主要研究內(nèi)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(biāo)，建立土體的應(yīng)力狀態(tài)方程，通過對(duì)比分析指出現(xiàn)有強(qiáng)度理論（如莫爾-庫倫理論）的不足。在對(duì)正常固結(jié)粘土強(qiáng)度特性簡單的機(jī)理分析基礎(chǔ)上，通過一系列常規(guī)三軸固結(jié)壓縮試驗(yàn)，分析了不同初始孔隙比和塑性指數(shù)對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的影響。提出一個(gè)新的物性參數(shù)ω，該參數(shù)能夠綜合反映出正常固結(jié)飽和粘土的礦物含量及所處狀態(tài)，建立了粘土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與ω之間的關(guān)系，進(jìn)而考慮對(duì)莫爾-庫倫準(zhǔn)則進(jìn)行修正。
　　2、基于Liu和Cart

4、er的結(jié)構(gòu)性破損壓縮模型，提出了一個(gè)簡化的物性變化參數(shù):孔隙相對(duì)變化指數(shù)Ev，考慮初始孔隙變化對(duì)土體壓縮性狀的影響，通過對(duì)杭州原狀軟土進(jìn)行不同初始振動(dòng)的固結(jié)試驗(yàn)，分別建立了孔隙相對(duì)變化指數(shù)Ev與土體結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力σ(')y及結(jié)構(gòu)破損指數(shù)b的相關(guān)關(guān)系，據(jù)此提出了新的利用室內(nèi)壓縮試驗(yàn)結(jié)果預(yù)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(guān)系，并將土體的基本物理性質(zhì)指標(biāo)

5、剪切波速引入到蛋形參數(shù)中;結(jié)合已有的文獻(xiàn)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(nèi)試驗(yàn)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(nèi)摩擦角的相關(guān)關(guān)系。
　　4、在初始彈性模量計(jì)算公式中引入結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力p(0)來代替大氣壓力pa，提出了考慮結(jié)構(gòu)性影響的初始彈性模量計(jì)算公式，并建立了公式中試驗(yàn)常數(shù)和初始剪切波速的相關(guān)關(guān)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(yùn)用相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則，建立了結(jié)構(gòu)性土體的蛋形屈服面彈塑性模型?；谝幌盗袘?yīng)力路徑壓縮試驗(yàn)、常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定了該模型參數(shù)的取值。并進(jìn)一步將剪切波速這個(gè)土體基本物理性質(zhì)指標(biāo)引入到模型參數(shù)中，通過相應(yīng)的彎曲元剪切波速測試試驗(yàn)定量的給出了模型參數(shù)與土體初始剪切波速的相關(guān)關(guān)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(jié)合隱式回歸本構(gòu)積分算法，并應(yīng)用位移控制法理論建立了蛋形屈