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砂土弹塑性—损伤本构关系的数值建模

杨杰  
【摘要】:岩土本构关系是岩土工程设计和仿真的基础。岩土介质的力学特性是复杂的,具有压硬性,剪胀性,和应力路径相关性等。基于塑性势理论的传统建模方法不能准确的反映以上岩土介质的特性,特别是应力路径的影响。为此,王靖涛提出了岩土本构关系的数值建模方法。 本文通过对一组8 个饱和砂样进行了在平均主应力p 等于常数的应力路径下的三轴压缩实验(TC),获得了一系列弹塑性变形的试验曲线。利用数值建模的方法将砂土的应力应变关系直接从试验曲线中提炼出来,建立了砂土的弹塑性-损伤本构模型,并对其进行了可视化,绘出了整个应力场(p,q)中的剪应变和体应变的三维曲面及相应的屈服轨迹。 该模型中考虑了弹塑性变形与损伤的耦合作用。在中密砂整个的弹塑性变形过程中,体积从压缩到临近破坏时转变为膨胀,即出现了剪胀。根据最近上海粘性土的CT 试验结果,作者认为剪胀是砂土内部微裂纹扩展所致,是土体损伤的表现。在三轴试验中,测量了剪胀前后弹性模量和剪切模量的变化。剪胀后模量明显下降,进一步证实了剪胀的发生是一个损伤演化过程。为了描述该演化过程,引进了一个基于塑性体应变的损伤变量。研究结果表明,损伤随塑性体应变的增加而不断发展。损伤的演化与初始固结压力p 相关,p 值愈大,损伤随塑性体应变的演变速率愈缓慢。 本文中用数值建模方法建立的砂土弹塑性本构模型,较准确的反映了压硬性,剪胀性和应力路径相关性。在该模型中也描述了这个损伤过程。另外,通过剪胀前后弹性模量和剪切模量的测量,进一步证实了剪胀是损伤的演化过程。


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