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《北京交通大学》 2012年
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岩土材料结构性问题研究

卫振海  
【摘要】:岩土材料是具有很强结构性的复杂材料,岩土材料的结构性问题一直是本领域的难点和前沿问题。本文的目的是通过对岩土材料这类复杂材料的结构性问题的研究,了解和掌握这类具有结构性的复杂材料的描述方法,材料的性质、特点和受环境影响后的变化规律,特别是材料的结构性对材料宏观性能的影响。 本文的研究是以构成材料的基础----材料颗粒为研究的出发点,在充分考察颗粒的几何形态、颗粒表面特征和颗粒材料特性的基础上,分析由颗粒构成结构的材料特点和特征,进一步分析由颗粒构成结构材料的力学和几何特性。通过对在颗粒尺度上的结构性能的分析,建立起颗粒尺度上的力学特性和几何特征与材料宏观尺度上的特性和性能的联系。 通过以颗粒尺度为基础的分析方法,本文初步建立了岩土这类结构性材料的描述方法,这包括颗粒形态的描述、由颗粒构成的岩土材料结构的描述和与结构有关的材料结构性能的描述;初步建立起了结构性材料的静态分析方法;建立起了由颗粒构成的材料强度理论和与之相应的颗粒链分析方法;提出了由颗粒构成的结构性材料弹性模量、结构临界强度和几何变化特征三因素的全状态函数理论和由此导出的颗粒材料的本构关系。 形成的主要概念和结论有以下几个方面: (1)构成岩土材料的基础----颗粒的几何形态、表面特征和物理特性对材料的宏观性能具有决定性的影响; (2)由颗粒所构成的结构形态是影响材料宏观性能的另一个重要因素。颗粒所形成的结构形态类型可以分为简单结构和复杂结构两种:简单结构可以分为基本均匀效应的连接体结构、链状结构和网状结构;复杂结构主要是分形结构; (3)岩土材料结构的静态(或弹性)性能,决定材料宏观的弹性模量,材料结构的临界强度决定材料的屈服强度。也就是说,材料的结构静态变化,与宏观弹性性能相关,结构临界强度变化与材料宏观塑性性能相关; (4)岩土材料结构的静态弹性模量、结构临界强度和几何状态这三要素,构成了具有结构性材料的材料全状态函数,依据全状态函数可导出相应材料的本构关系。 岩土材料的复杂性源于其结构性。经典弹塑性理论研究的对象是连续、均匀的无结构材料,属于简单材料。研究岩土材料的理论属于复杂材料力学理论。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU43

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