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非饱和黄土在动、静复杂应力条件下的结构变化特性及结构性本构关系研究

骆亚生  
【摘要】:土结构性本构关系的研究被称为是“21世纪土力学的核心问题”。在阅读和分析大量文献资料的基础上,总结了近年来黄土力学研究在非饱和土、动力特性以及结构性等领域取得的丰硕成果,提出了本文研究的基本任务。 本文研究工作的第一个成果是紧密围绕着土结构性形成变化的机理,突出了土结构性研究的土力学途径,把复杂应力条件下的土结构性定量化描述及其应用作为“突破口”,由“土的强度和变形受结构性控制的规律是相同的”这一结论出发,将文献中基于压缩变形考虑的土结构性参数的思路和方法进行了新的发展,提出和定义了基于强度考虑的土结构性定量化参数。这种新的强度型结构性参数,不仅弥补了文献中变形型结构性参数的不足,而且为在静力和动力作用的复杂应力条件下研究土的结构性变化特性和建立结构性本构关系打下了基础。它起到了既继承前人成果的合理内核,又拓展土结构性参数的应用空间,使动、静变形全过程中土结构性变化研究相沟通的重要作用。 本文的第二个成果是对原状的、重塑的和人工结构性的非饱和黄土在侧限压缩应力、常规三轴应力以及真三轴应力条件下进行了大量试验,研究了结构性变化特性,分析了影响黄土结构性的主要相关因素,合理解释了不同试验条件下土结构性参数曲线所表现出的有关特征,论证了新结构性参数的合理性。 本文的第三个成果是首次对原状的和重塑的非饱和黄土进行了大量的动扭剪三 人bstr肠Ct 轴试验,在动荷作用下分析了非饱和黄土的动力特性,尤其是非饱和黄土孔隙水压力 和孔隙气压力在动荷作用下的变化规律,得到了非饱和黄土在动力试验条件下的土结 构性参数曲线,证明了非饱和黄土动荷作用‘F的结构性参数曲线与静荷作用下的结构 性参数曲线有着相似的形态和变化规律,受相同结构性因素的影响,使结构性定量化 参数第一次走进了土动力学研究的领域。 本文的第四个成果是在以上研究的基础上,通过结构性参数对非饱和黄土静、动 应力应变关系曲线的归一化作用效果分析,揭示了它与土变形和强度特性密切而规律 性的关系,提出了非饱和黄土在静、动力作用的复杂应力条件下结构性的本构关系, 验证了它们分别在三轴应力条件和动扭剪应力条件下计算与试验结果间良好的一致 性。而且,新的结构性本构关系在静、动力条件下分别具有邓肯一张模型和哈丁模型 相似的基本形态及对应的参数,便于在实际工程中应用. 本文的上述研究成果从原则上分析应该对其他土类的结构性研究有重要的借鉴 作用,有利于推动土结构性研究从定性到定量,从简单应力条件到复杂应力条件,从 试验室研究到实际工程应用的迅速发展. 关键词:非饱和黄土结构性变化规律复杂应力条件本构关系


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