基于土体结构性弹塑性本构模型研究

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1、河海大学硕士学位论文土体结构性弹塑性本构模型研究姓名：曾军军申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：卢廷浩20050301摘要首先介绍了考虑土体结构性研究的重要意义，接着介绍了国内外关于结构性土体的研究现状，并从理论、试验、数值模拟几个方面对结构性土体的基本性质和本构模型进行研究，提出了可以考虑土体结构性的弹塑性软化及硬化模型。采用在原料土中掺入水泥的方法，人工制各大孔隙结构性土。对人工制备结构性土样试验研究表明：人工制备结构性土在固结、变形及应力应变关系等方面与天然土的规律一致。根据不同应力路径下等应力比压缩试验的应力应变关系，确定出不同应力路径下结构性土体的屈服应力，从

2、而确定出模型的初始屈服曲线。根据不同应力路径下等应力比压缩试验的塑性应变增量来拟合塑性应变增量与应力状态之间的关系，而无需像经典塑性理论一样假定土体服从正交流动规则；以塑性功为硬化参数，根据常规三轴排水剪切试验建立结构性弹塑性模型硬化规律。提出的结构性弹塑性模型是在试验结果的基础上建立起来的，没有经典塑性理论的一些基本假设，使得模型更加合理。试验表明，胶结较强的结构性土具有明显的初始屈服面，在初始屈服面内，土体表现为弹性，超过初始屈服面土体表现为弹塑性。当固结压力低于结构屈服应力时，土体胶结越强，对应的峰值应力越大，软化越明显；结构完全破损后，应力趋于稳定值，即残余应力，残余

3、应力值与结构性的强弱无关而与围压大小相关。此外，介绍了关于应变软化材料有限元数值模拟的一些研究进展，并且介绍了适合应变软化材料有限元数值模拟的位移控制法。用所提出的结构性弹塑性软化模型编制了有限元程序，对天然结构性土体地基上的浅基础问题进行了数值模拟，为了便于比较，还使用了剑桥模型进行了对比计算，分析结果稳定可靠。关键词：结构性，胶结，应力路径，本构模型，有限元，应变软化，应变硬化，浅基础ABSTRACTTheimportanceofresearchonthestructureofsoilisintroducedfirstly．Andthenthedevelopmentofr

4、esearchonthestructureofsoilisreviewed，followedbythestudyonthefundamentalbehaviorofstructuredsoilbasedontheexperimentaldata．Anelasto—plasticconstitutivemodelwhichcallsimulatethestrainsofteningandstrainhardeningispresented．Byputtingsomeamountofcementintosoilsample，structuredsoilwithmacro—pore

5、sisprepared．Aseriesoftestsarecarriedoutonthemarl·madestructuredsoilsamples．ItisclearfromthetestresultsthatthemechanicalpropertiesofnaturalstructuredsoilsCallbewellduplicatedbythemall—madestructuredsoil．Basedonthecompressivetestondifferentstresspaths，theinitialyieldingcurveisconfirmedbaseont

6、heyieldingstressesofacertainstresspaths，aswellasthedirectionoftheincrementofplasticalstrain．Plasticalworkisusedasthehardeningparametertodeterminethehardeningrule．Thestructuredelasto—plasticmodelisproposedbasedontheexperimentaldatawithoutsomehypothesisastheclassicalplasticaltheory，whichmakes

7、themodelmorereasonable．．Itcanbeinstructedfromthetestthatthestructuredsoilhasaninitialyieldingcurveinwhichischaracterizedbytheelasticalproperties．Whentheconfiningpressureislessthantheyieldingstressthepeakstressriseandstrainsofteningaggravateswiththeincrea