基于土力學模型的土樣實驗-數(shù)值方法研究.pdf

1、土壤動力學是非常復雜的問題，它以彈塑性力學為理論基礎，與巖石力學、土工及地基基礎和車輛地面力學等學科分支有密切關系。本論文是結(jié)合國家自然科學基金與NSFC-RS項目，是耕作過程土壤動力學國際合作項目的前期研究，目的是采用實驗和數(shù)值相結(jié)合的方法去探尋一套科學的研究途徑，進而選擇適合的土壤模型和確定相關物性參數(shù)，為后續(xù)的土壤動力學研究做準備。 本文的研究主要包括以下兩個方面：(1)土壤和試樣的實驗研究：對選定的土壤和試樣進行分析，并

2、完成典型的土力學實驗，包括顆粒分析、拉伸、壓縮、直剪和常規(guī)三軸壓縮試驗，全面測定該土樣的特性。 (2)土樣壓縮實驗的數(shù)值模擬：利用商業(yè)有限元軟件，根據(jù)土力學實驗曲線的特征選擇土壤本構(gòu)模型，對實驗土樣壓縮過程進行數(shù)值模擬，預測土體材料屈服破壞發(fā)生發(fā)展過程和典型的破壞面。模擬先后試用了兩種本構(gòu)模型，一種是材料和幾何非線性的廣義彈塑性模型，另一種是作者把Duncan-Chang模型和Drucker-Prager模型相結(jié)合的復合模型。

3、 模擬結(jié)果與實驗的比較表明，采用廣義彈塑性模型時二者的應力-應變曲線相當一致，并且模擬屈服面與實驗破壞面也基本符合，數(shù)值模擬能預測出材料屈服到發(fā)生初始破壞的過程；不足的是模擬曲線未能很好反映加載階段的非線性特征，作者采用把Duncan-Chang模型和Drucker-Prager模型相結(jié)合的復合模型可以解決這一問題，并完成了小變形情況下的模擬。 從本文研究可以歸納出土壤動力學研究的合理思路： (1)在靜載條件下進行

4、土壤試樣的典型土力學實驗研究，依據(jù)實驗結(jié)果，探尋適合的本構(gòu)模型，并獲取土壤試樣的物性參數(shù)。 (2)對土壤試樣的典型土力學實驗進行相應本構(gòu)模型的數(shù)值模擬，并將二者的結(jié)果進行比較，如二者相符，則驗證了研究過程的實用性。 (3)在經(jīng)過上述兩步得到適用的模型和相應的物性參數(shù)后，就可以采用有限元法與離散元法相結(jié)合的方法，進行土壤動力學的數(shù)值模擬。 本文的創(chuàng)新點可概括為兩點：一是將實驗和數(shù)值計算相結(jié)合，兩者相互印證；二是將D