基于湿陷性黄土的增湿结构性非线性本构模型研究及应用

《基于湿陷性黄土的增湿结构性非线性本构模型研究及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要湿陷性黄土的增湿结构性非线性本构模型研究及应用学科：岩土工程作者：周飞飞签名：导师：邵生俊教授签名：摘要黄土的应力和含水率状态对应着一定的结构状态，微观结构性的改变，引起宏观力学性状的改变。湿陷性黄土在力与水的共同作用下，产生原生结构的损伤和湿陷变形，对增湿和加荷耦合作用下的结构性变化规律，应力应变关系和增湿变形等力学特性的研究有重要的意义。本文研究了不同含水率和固结围压条件下原状结构性黄土的应力应变变化规律，以及由增湿、固结作用和剪切变形引起的结构性损伤规律；统一考虑增湿和加荷对土体结构的损伤破

2、坏，把含水率作为一个重要的变量，建立了可以反映结构性变化的湿陷性黄土增湿结构性非线性本构模型（LSMModel）；然后针对本文本构模型，分别给出了基于切线模量和割线模量的两种有限元迭代算法，利用有限元通用程序ANSYS的二次开发功能，实现了模型的数值计算；最后以黄土公路地基为研究对象，应用本文的本构模型，结合具体的边值条件分析了其加载过程的变形发展和应变软化特性，以及增湿过程的变形规律。主要研究成果：（1）揭示了湿陷性黄土在增湿和加荷作用过程中的变形和强度变化规律，以及黄土的结构性在增湿、等向压缩和增

3、湿、剪切条件下的损伤演化规律，建立了反映结构性变化的损伤参数；（2）从黄土的结构性变化统一考虑，认为结构性黄土的硬化型和软化型应力应变关系曲线都反映了原生结构损伤和次生结构生成的过程，是黄土结构性变化发展的统一过程，因此可以建立统一的结构性本构模型描述土体的变形和强度发展过程；（3）建立的考虑结构损伤的湿陷性黄土非线性本构模型，能够统一描述应变软化和硬化型应力应变关系曲线，反映结构性黄土在含水率和应力连续变化条件下的变形和强度特性。应用本文模型进行增湿和应力耦合条件下的变形和强度计算，可以摆脱以饱和浸

4、水湿陷量对湿陷性进行评价的保守作法，实现了土的结构性与其本构模型研究的统一；（4）提出了基于本文本构模型的有限元应力积分算法，并探讨了自定义本构模型在ANSYS中实现的通用方法；（5）对路基荷载作用下的结构性黄土地基研究表明：在具体边值条件下，本文本构模型（LSMModel）能够反映地基原状结构性土体的实际变形过程和结构性变化规律，模拟了土体应变软化和硬化的过程，能够计算湿度变化条件下的增湿变形量；天然结构性黄土地基的载荷与沉降的关系反映了土体结构逐渐破损，发生应变软化的过程。关键词：湿陷性黄土增湿变

5、形土结构损伤结构性非线性本构模型黄土地基i西安理工大学硕士学位论文THENON-LINEARCONSTITUTIVEMODELOFCOLLAPSELOESSWITHSTRUCTURALDAMAGEUNDERLOADINGANDMOISTENINGANDITSAPPLICATIONMajor：GeotechnicalEngineeringAuthor：ZhouFeifeiSignature：Supervisor：ProfessorShaoShengjunSignature：Date：AbstractTh

6、estressstateandwatercontentoftheloessiscorrespondingtospecialsoilstructureandthemicrocosmicstructurevariationresultsinthemacroscopicalmechanicschanging.Withthecoupleactionofloadingandmoistening,thenaturalstructureoftheloesswillbedamagedandtherewillbecol

7、lapsedeformation.Itisimportanttoexplorethevariationprincipleofstructure,themechanicscharacteristicofstress-strainandmoisteningdeformation.Inthispaperthevariationlawofstress-strainwithdifferentwatercontentandconsolidationpressureandthelawofstructuraldama

8、geduetomoistening,consolidationandshearingdeformationhadbeenstudyfirstlybyconsideringthestructuraldamageunderloadingandmoistening.Annon-linearconstitutivemodelofcollapseloesshadbeenestablishedwhichcanreflectthestructuraldamageand