基于土力學(xué)模型的土樣實(shí)驗(yàn)-數(shù)值方法研究.pdf

1、土壤動(dòng)力學(xué)是非常復(fù)雜的問(wèn)題，它以彈塑性力學(xué)為理論基礎(chǔ)，與巖石力學(xué)、土工及地基基礎(chǔ)和車(chē)輛地面力學(xué)等學(xué)科分支有密切關(guān)系。本論文是結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金與NSFC-RS項(xiàng)目，是耕作過(guò)程土壤動(dòng)力學(xué)國(guó)際合作項(xiàng)目的前期研究，目的是采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值相結(jié)合的方法去探尋一套科學(xué)的研究途徑，進(jìn)而選擇適合的土壤模型和確定相關(guān)物性參數(shù)，為后續(xù)的土壤動(dòng)力學(xué)研究做準(zhǔn)備。 本文的研究主要包括以下兩個(gè)方面：(1)土壤和試樣的實(shí)驗(yàn)研究：對(duì)選定的土壤和試樣進(jìn)行分析，并

2、完成典型的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括顆粒分析、拉伸、壓縮、直剪和常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)，全面測(cè)定該土樣的特性。 (2)土樣壓縮實(shí)驗(yàn)的數(shù)值模擬：利用商業(yè)有限元軟件，根據(jù)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)的特征選擇土壤本構(gòu)模型，對(duì)實(shí)驗(yàn)土樣壓縮過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)土體材料屈服破壞發(fā)生發(fā)展過(guò)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(xiàn)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(fù)合模型。

3、 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的比較表明，采用廣義彈塑性模型時(shí)二者的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)相當(dāng)一致，并且模擬屈服面與實(shí)驗(yàn)破壞面也基本符合，數(shù)值模擬能預(yù)測(cè)出材料屈服到發(fā)生初始破壞的過(guò)程；不足的是模擬曲線(xiàn)未能很好反映加載階段的非線(xiàn)性特征，作者采用把Duncan-Chang模型和Drucker-Prager模型相結(jié)合的復(fù)合模型可以解決這一問(wèn)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(dòng)力學(xué)研究的合理思路： (1)在靜載條件下進(jìn)行

4、土壤試樣的典型土力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，依據(jù)實(shí)驗(yàn)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(duì)土壤試樣的典型土力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)本構(gòu)模型的數(shù)值模擬，并將二者的結(jié)果進(jìn)行比較，如二者相符，則驗(yàn)證了研究過(guò)程的實(shí)用性。 (3)在經(jīng)過(guò)上述兩步得到適用的模型和相應(yīng)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(jìn)行土壤動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)可概括為兩點(diǎn)：一是將實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合，兩者相互印證；二是將D