砂土弹塑性-损伤本构关系的数值建模

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1、华中科技大学硕士学位论文砂土弹塑性-损伤本构关系的数值建模姓名：杨杰申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：王靖涛20050429摘要岩土本构关系是岩土工程设计和仿真的基础岩土介质的力学特性是复杂的具有压硬性剪胀性和应力路径相关性等基于塑性势理论的传统建模方法不能准确的反映以上岩土介质的特性特别是应力路径的影响为此王靖涛提出了岩土本构关系的数值建模方法本文通过对一组8个饱和砂样进行了在平均主应力p等于常数的应力路径下的三轴压缩实验TC获得了一系列弹塑性变形的试验曲线利用数值建模的方法将砂土的应力应变关系直接从试验曲线中提炼出来建

2、立了砂土的弹塑性损伤本构模型并对其进行了可视化绘出了整个应力场pq中的剪应变和体应变的三维曲面及相应的屈服轨迹该模型中考虑了弹塑性变形与损伤的耦合作用在中密砂整个的弹塑性变形过程中体积从压缩到临近破坏时转变为膨胀即出现了剪胀根据最近上海粘性土的CT试验结果作者认为剪胀是砂土内部微裂纹扩展所致是土体损伤的表现在三轴试验中测量了剪胀前后弹性模量和剪切模量的变化剪胀后模量明显下降进一步证实了剪胀的发生是一个损伤演化过程为了描述该演化过程引进了一个基于塑性体应变的损伤变量研究结果表明损伤随塑性体应变的增加而不断发展损伤的演化与初始固结压力

3、p相关p值愈大损伤随塑性体应变的演变速率愈缓慢本文中用数值建模方法建立的砂土弹塑性本构模型较准确的反映了压硬性剪胀性和应力路径相关性在该模型中也描述了这个损伤过程另外通过剪胀前后弹性模量和剪切模量的测量进一步证实了剪胀是损伤的演化过程关键词损伤应力路径数值建模剪胀IAbstractThetheoryofsoilconstitutiverelationsisthefoundationofthedesignandsimulationofgeotechnicalengineering.Themechnicalcharacteristic

4、sofgeologicalmediumareverycomplex,thatincludetheeffectofconfiningpressure,dilatancyandthedependencyofstresspath.Thetraditionalmethods,basedonplasticpotentialtheory,arenotabletoexactlyreflectthesecharacteristics,inparticulartheinfluenceofstresspathontheconstitutiverela

5、tions.Therefore,thenumericalmethodofmodelingofconstitutiverelationsforrockandsoilisputforwardbyWANGJing-tao.Aseriesofthecurvesofelasto-plasticdeformationaredrawnthroughthetriaxialcompressiontestsformediumdensesand,underthestresspathinwhichthemeannormalstressPkeepsacon

6、stantvalue.Thestress-strainrelationofsandisabstractedbyusingthenumericalmethodofmodelingandtheelastoplastic-damagemodelhasbeenbuiltupfromtestdata.Thethree-dimensionalsurfacesofstress-strainrelationsaredrawnthroughvisualizationandcorrespondingyieldlocusarealsogiven.Int

7、heelastoplastic-damagemodel,thecouplingbetweenelastoplasticdeformationanddamageisconsidered.Intheentireprocessofelastoplasticdeformationofthemediumdensesand,thevolumestrainchangesfromcompressiontoexpansionbeforefailure,calledasdilatancy.BasedontherecentresultsofCTtest

8、sonShanghaiclay,wethinkthatthedilatancyiscausedbytheextensionofinternalmicro-cracksanditisanexpressionofthedamageofsand.Inth