考慮應(yīng)力各向異性土體本構(gòu)模型及其應(yīng)用研究.pdf

1、本文首先在河海大學(xué)ZSY-1真三軸試驗(yàn)儀上進(jìn)行了主要針對(duì)砂土的系列不等向固結(jié)后單向加載試驗(yàn).通過對(duì)裝樣方法的試驗(yàn)驗(yàn)證,表明振搗濕法裝樣可以有效消除制樣所引起初始各向異性的影響;在前人試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步驗(yàn)證和揭示了土體在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的各向異性應(yīng)力變形規(guī)律;為建立各向異性模型提供了試驗(yàn)依據(jù).通過對(duì)真三軸試驗(yàn)和相關(guān)資料試驗(yàn)結(jié)果分析比較,表明在三向應(yīng)力狀態(tài)下,土體這種非連續(xù)介質(zhì)散粒體材料具有典型的應(yīng)力各向異性;在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下土體真三軸試驗(yàn)

2、揭示的出土體各向異性基本規(guī)律基礎(chǔ)上,從柔度矩陣的角度分析各向異性的影響,總結(jié)了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下柔度矩陣應(yīng)該具有的特征,同時(shí)對(duì)現(xiàn)有模型的局限性進(jìn)行深入分析;提出應(yīng)力各向異性是土體這種散粒體非連續(xù)介質(zhì)材料區(qū)別于一般典型彈性連續(xù)介質(zhì)材料的根本特性之一考慮各向異性特點(diǎn),從實(shí)用角度出發(fā),對(duì)既有常用的土體非線性彈性本構(gòu)模型的深入分析;在常用經(jīng)典非線性彈性模型—鄧肯E-v非線性彈性土體本構(gòu)模型基礎(chǔ)上,結(jié)合真三軸試驗(yàn)結(jié)果所揭示的復(fù)雜應(yīng)力條件下土體應(yīng)力各向

3、異性特性,建立一種近似的實(shí)用各向異性非線性彈性模型,從而從一定程度上反映土體應(yīng)力各向異性的影響結(jié)合坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法,通過適當(dāng)假設(shè),給出各向異性模型在一般應(yīng)力空間的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系轉(zhuǎn)換矩陣,推導(dǎo)了平面問題的各向異性有限元格式;在河海大學(xué)BCF固結(jié)有限元程序的基礎(chǔ)上,通過添加各向異性模型的相應(yīng)程序段,編制了各向異性固結(jié)有限元計(jì)算程序,對(duì)一簡(jiǎn)單算例進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算分析,并和鄧肯E-v模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果初步驗(yàn)證了各向異性模型和程序的可靠性.依據(jù)本

4、文各向異性模型和平面固結(jié)有限元程序,對(duì)某面板堆石壩進(jìn)行平面應(yīng)力變形分析,并和常規(guī)鄧肯模型計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)有實(shí)測(cè)資料比較,分析了各向異性對(duì)于面板堆石壩應(yīng)力變形的影響;通過分析蓄水期間面板堆石壩的加荷特征,說明在此階段在壩體內(nèi)由于應(yīng)力各向異性的影響,壩體材料的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律和常規(guī)模型有所不同,并將對(duì)壩體應(yīng)力變形特征,尤其是面板上的變形和應(yīng)力分布規(guī)律產(chǎn)生顯著影響.現(xiàn)有模型因?yàn)椴荒芎侠砜紤]這種應(yīng)力各向異性的影響,采用了較大的泊松比和較小的彈性模量,計(jì)

5、算出的面板拉應(yīng)力分布區(qū)域和數(shù)值大小和現(xiàn)有的實(shí)測(cè)資料比較,都普遍偏大.本文提出的各向異性非線性彈性模型能從一定程度上考慮這樣各向異性的影響,計(jì)算的面板應(yīng)力變形規(guī)律更符合實(shí)際規(guī)律;鑒于土體本質(zhì)上的彈塑性特性,以及彈塑性模型在土體本構(gòu)理論研究中的重要地位,本文在前人研究的基礎(chǔ)上,以劍橋模型為基礎(chǔ),借鑒關(guān)口太田模型的建模思想,通過在修正劍橋模型中引入新的應(yīng)力比參數(shù),初步嘗試建立各向異性彈塑性模型.將關(guān)口太田模型的彈頭形屈服軌跡修正成為橢圓形屈服