考慮損傷效應(yīng)的黃土流變模型研究.pdf

1、本文以非飽和黃土的結(jié)構(gòu)性和流變性為研究中心，在對(duì)黃土的微觀結(jié)構(gòu)特征和流變效應(yīng)研究文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，以室內(nèi)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用土力學(xué)的研究方法，試圖尋求一個(gè)能將微觀結(jié)構(gòu)和宏觀力學(xué)參量聯(lián)系起來的損傷變量，并深入研究了黃土的結(jié)構(gòu)損傷特征隨含水量變化及應(yīng)變發(fā)展而變化的規(guī)律，依據(jù)等效應(yīng)變的假說，建立了考慮損傷效應(yīng)的黃土流變本構(gòu)模型，借助數(shù)學(xué)、力學(xué)的方法將該模型推廣到復(fù)雜應(yīng)力條件下。 通過對(duì)搜集到的黃土資料整理和分析后，總結(jié)了西安地區(qū)馬蘭黃土(

2、Q3黃土)的化學(xué)組成、膠結(jié)物質(zhì)以及孔隙特征等基本物理指標(biāo)特征。在此基礎(chǔ)上，試驗(yàn)研究了黃土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及凝聚力c、摩擦系數(shù)tanφ等宏觀力學(xué)參量隨含水量的變化規(guī)律；CU剪切試驗(yàn)表明，黃土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈弱軟化型，在有工程應(yīng)用意義的變形范圍內(nèi)，該本構(gòu)關(guān)系可以用存在應(yīng)力上限的指數(shù)型函數(shù)來描述，本構(gòu)模型中的參數(shù)亦隨著球應(yīng)力和濕度狀態(tài)而呈指數(shù)規(guī)律變化。對(duì)黃土不同應(yīng)力狀態(tài)下的壓縮試驗(yàn)結(jié)果分析表明，黃土的損傷應(yīng)變門檻值εc與含水量的關(guān)系并不明顯，近似可

3、以認(rèn)為εc與含水量無關(guān)，但是損傷的應(yīng)力門檻值則隨著含水量的增加而線性降低，黃土的彈性模量也具有相同的變化規(guī)律。根據(jù)剛度損傷的假定，黃土的損傷演化規(guī)律只與塑性變形的歷史有關(guān)，而與彈性變形無關(guān)，其演化方程可以用軸向塑性應(yīng)變的指數(shù)函數(shù)來描述，其中反映損傷速率的參數(shù)則同時(shí)受應(yīng)力狀態(tài)和含水量變化的影響。當(dāng)黃土中含水量和應(yīng)力狀態(tài)按照某種特定的組合關(guān)系變化時(shí)，黃土的應(yīng)變狀態(tài)可以保持不變化，從廣義上來說，非飽和黃土中的水具有應(yīng)力的性質(zhì)。 大量蠕

4、變試驗(yàn)的結(jié)果表明，不同含水量的Q3黃土具有明顯的線性粘、彈、塑性流變特征，試驗(yàn)加載方式對(duì)于黃土的極限強(qiáng)度影響顯著，分級(jí)連續(xù)加載條件下的低蠕變應(yīng)力可導(dǎo)致黃土的結(jié)構(gòu)硬化，能有效的提高黃土的極限承載能力。本文依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立的考慮黃土損傷效應(yīng)的流變模型能夠很好的描述黃土加速蠕變階段的變形特點(diǎn)。 利用ADINA軟件二次開發(fā)功能所編制的有限元軟件，能夠很好的模擬黃土的流變規(guī)律，試驗(yàn)與模擬結(jié)果的對(duì)比表明本文所建立的黃土流變模型是正確的。