岩土介质模糊弹塑性本构模型的研究及应用

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1、分类号：O344.3UDC：密级：学号：356006512001南昌大学博士研究生学位论文岩土介质模糊弹塑性本构模型的研究及应用ResearchandApplicationoftheFuzzyElastic-plasticModelofGeomaterials王喜刚培养单位（院、系）：建筑工程学院指导教师姓名、职称：扶名福教授申请学位的学科门类：工学学科专业名称：固体力学论文答辩日期：2015年12月4日答辩委员会主席：评阅人：2015年月日学位论文独创性声明一、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我

2、所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名（手写）：签字日期：年月日二、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位

3、论文。同时授权北京股份有限公司和中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》和《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》中全文发表，并通过网络向社会公众提供信息服务，同意按“章程”规定享受相关权益。学位论文作者签名（手写）：导师签名（手写）：签字日期：年月日签字日期：年月日论文题目岩土介质模糊弹塑性本构模型的研究及应用姓名院/系/所E_mail王喜刚学号356006512001论文级别博士■硕士□建工学院专业固体力学fx_wxg@163.com备注：□公开□保密（向校学位办申请获批准为“保密”，年月后公开）摘要摘要随着我国经济的不断

4、发展，交通建设工程越来越多，尤其是高速公路和高速铁路的建设更是如火如荼，而在交通荷载作用下路基、边坡等工程的稳定性就成了必须要面对的问题，是否能建立一个反映在循环荷载作用下路基、边坡动力特性的本构模型是问题的核心。在经典塑性理论中，初始屈服面是确定的，这导致了塑性界面的不连续，而大量实验表明，岩土介质屈服面是模糊的，这与经典塑性理论是矛盾的；在循环荷载作用下，循环加卸载过程需要多个数学表达式表示，不利于模型的计算。鉴于这两个问题，在循环荷载作用下，本文建立了一个能够反映岩土介质动力性质的模糊弹塑性本构模型，该模型从经典塑性理论出发，将隶属度函数引入到经典塑性

5、模型中，使得塑性模型在经典屈服面内部也能屈服，通过引入隶属度函数使得模型的塑性界面连续，应力空间中的任意一点都对应着一个塑性隶属度值，且由该值来确定塑性应变的大小，使得塑性应变的发生以及塑性应变的大小都由隶属度函数来控制，该模型能够反映岩土介质塑性屈服界面的模糊性；在循环加卸载过程该模型通过隶属度函数的演化规律来代替复杂的数学表达式，从而使计算得到了简化。本文研究了塑性隶属度函数的演化规律，讨论了三角形塑性隶属度函数在单向循环加卸载、对称循环加卸载以及非对称循环加卸载情况下的塑性隶属度演化规律，根据隶属度函数修正了塑性流动法则，模型引入了对最大预应力具有部分

6、记忆的功能，从而模型在循环荷载作用下具有塑性应变累积作用。针对剑桥模型和L-D两个塑性模型进行了研究，将经典塑性屈服函数模糊化，利用相关联流动法则得到了模糊弹塑性本构模型，为了验证模型的有效性，进行了室内常规三轴实验和单向循环加卸载实验，通过对比分析模型结果和实验结果发现，模糊剑桥弹塑性模型和模糊L-D弹塑性本构模型结果与实验结果吻合都较好，验证了模型的有效性。基于ABAQUS软件的UMAT平台，利用Fortran语言编写了模糊剑桥弹塑性模型和模糊L-D弹塑性本构模型的材料子程序，利用模糊剑桥弹塑性模型对路基塑性变形问题进行了研究，得到了路基竖向位移、应力、

7、应变的结果，以及塑性累积应变与动应力比、平均应力、循环次数的对应关系等；利用模糊L-DI摘要弹塑性本构模型对边坡工程进行了研究，得到了位移、应力、应变、加速度、PGA扩大系数等的结果，并对边坡的稳定性进行了探讨。模糊弹塑性理论是在经典塑性理论基础之上发展而来的，所以塑性模型不用重新建立，只是要将塑性隶属度函数引入即可，所以在这种思路下，可以将更多的模型模糊化，使其能更好地服务于岩土介质。关键词：隶属度；模糊弹塑性；循环荷载；岩土介质；塑性应变累积；路基；边坡IIAbstractABSTRACTThehighwayandhigh-speedrailarecon

8、structedlargelywithChina's