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加筋土结构本构模型研究

龚羊庆  
【摘要】:本文在综合分析当前加筋土结构研究现状的基础上,针对加筋土结构研究中的重点问题——加筋土结构的本构模型特别是筋土界面本构模型进行研究。 通过筋土界面的直剪试验和拉拔试验明确了筋土界面的剪切力学特性,将整个剪切过程划分为弹性剪切、弹塑性剪切、应变软化和残余摩擦四个阶段,并将加筋土结构的破坏划分为筋材拉断破坏、筋材拔出破坏Ⅰ、筋材拔出破坏Ⅱ和极限破坏四种形式。而筋土界面的力学特性引入损伤土力学理论来描述,将筋土界面任一状态看成由无损伤状态和完全损伤状态组合而成,损伤演化过程为无损伤状态向完全损伤状态的逐渐转化过程。无损伤状态定义为筋土界面没有受到任何剪切作用时的状态,根据岩土塑性力学原理建立起无损伤状态界面弹塑性本构模型;完全损伤状态定义为筋土界面处于剪切位移较大时的残余剪切状态,根据岩土塑性力学原理建立起完全损伤状态界面理想塑性模型;并通过界面塑性剪应变损伤演化变量将无损伤状态界面本构模型和完全损伤状态界面本构模型结合起来,建立了加筋土结构的任一状态筋土界面损伤模型,并给出了模型参数的确定方法。这样,加筋土结构土体部分采用Duncan—Chang的E-K模型,筋材部分采用线弹性~理想塑性模型,再结合筋土界面损伤模型,就建立起分离式加筋土本构模型。 建立本构模型后,关键问题在于模型参数的确定,且模型参数的变化对土体结构应力-位移影响很大。一方面,运用了GEO-SLOPE软件中的SIGMA/W模块对E-K模型参数进行了敏感性分析,通过该敏感性分析明确了各参数对土体结构应力-位移的影响程度,并指出对土体结构应力-位移敏感性较高的参数在确定过程中应予以重视;另一方面,基于人工神经网络建立了土体抗剪强度指标的BP神经网络模型,该模型可以综合反映土体物理性质之间的非线性关系,得出的抗剪强度指标预测值与试验值接近,且精度较高,为确定E-K模型抗剪强度指标参数提供了一条新途径。


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