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改性土体材料本构关系及破坏准则试验研究

茹克亚·阿不地热依木  
【摘要】:以“土”作为生土建筑重要建筑材料而言,土与土墙存在着即有联系,又有区别的两个相互依存的概念。为了描述同类型土坯墙体的宏观结构与土的细,微观结构,构造及其形态上的内在规定性,针对土体材料的抗剪强度进行了研究。本研究针对黏性土这种用于制作土坯砌块及砌筑土坯砌体的建筑材料进行抗剪强度试验研究,在黏性土中掺和麦秸秆(植物纤维)和细砂,形成改性土体材料。由于生土建筑的改性土体材料几乎在完全干燥状态下承受荷载,因此提出一种接近于土墙结构的干状态土体材料特性,将黏性土与水搅拌、成型、烘干后进行抗剪强度试验。采用常规三轴压缩试验确定新疆生土建筑黏性土体材料抗剪强度,烘干的方法进行三轴压缩试验、直剪试验、单向抗压试验,通过试验结果评价新疆生土建筑黏性土体材料的抗剪、抗压性能。为了更好的描述试验结果与理论分析,模拟三轴压缩试验结果,建立ANSYS有限元数值计算模型,达到试验结果和数值建模相符合的水平。为了确定黏性土和改性土本构关系,按―土工试验方法标准”对土的物理性质、水理性质、力学性质进行试验研究,总结归纳彼此间的关系。首先对黏性土体材料进行基本土力学物理试验,确定黏性土料的物理和水理指标(含水率,密度,液限,塑限指标),室内试验主要采用三轴压缩试验得出黏性土和改性土的抗剪强度,测定(σ_1-σ_3)-ε_1曲线(主应力差-轴向应变关系曲线),根据莫尔-库伦强度理论绘制莫尔包络线,得出黏性土的抗剪强度指标c和ψ。在进行三轴试验过程中,对于黏性土抗剪强度指标出现的变异问题,提出一种黏性土试样组合方法,准确测定黏性土抗剪强度指标值。依据三轴试验结果,采用了邓肯-张(Duncan-Chang)模型进行拟合,在干湿状态下给定了黏性土和改性土的邓肯-张模型双曲线方程及基本弹性参数E_t和ν_t。利用三轴试验数据结果,确定了弹性参数计算公式中的K,n,R_f,c,ψ和G,F,D等8个邓肯-张模型参数,为新疆生土材料提供参考依据。最后利用ANSYS有限元非线性分析软件建立模型,模拟黏性土体材料三轴试验,非线性有限元分析结果表明,数值模拟得到的结果与三轴试验得出的“鼓胀”现象相吻合,分析了其各别差异及原因并说明了数值分析的可靠性。本研究为新疆生土建筑材料标准的制定和进一步研究提供参考。


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