基于模糊集塑性理论的无粘性土循环荷载本构模型研究

【摘要】：岩土材料的本构模型是岩土工程数值计算的核心内容。当前,岩土工程材料的本构模型已经得到了广泛发展。近几年来,针对岩土材料循环本构模型的研究已成为国内外专家学者研究的热点。本文将针对这一课题进行研究。 模拟路基土在交通荷载作用下的循环特性成为岩土工程师的另一个挑战。以铁路为例,现代化的高速列车更加倚重列车和支撑系统的动力相互作用,其中,铁路路基的长期稳定性和持久性又依赖于路基材料的循环应力—应变特性。因此,如何建立反映路基材料循环本构关系的模型,成为研究的关键。 本文完善、发展了一个模糊集塑性动力模型,研究无粘性岩土材料的动应力—动应变关系。该模型不同于传统的弹塑性硬化模型,引入会员函数概念,建立反映会员函数运动机理的解析几何图形,简单、直观地描述岩土材料的硬化特征、迟滞特征、记忆特性、非比例加载特性、排水和不排水特性及长期循环荷载特性等。 本文运用模糊集塑性动力模型,研究模拟无粘性岩土材料在复杂应力路径下的应力—应变特性、循环荷载作用下的应力—应变特性以及路基颗粒材料在车辆荷载作用下的累积永久变形与加载次数的关系、弹性回弹模量与围压的关系,获得完整的动应力—动应变关系曲线。 最后,运用隐式积分算法推导了模糊集塑性动力模型本构关系的相容正切算法方程式,采用混合应变控制法,编写相应的计算程序,与显示积分算法比较,该算法行之有效。此外,提出一个修正的随机搜索数值优化方法,进一步校正与确定了无粘性岩土材料模糊集塑性动力模型的相关模型参数。