浅谈土体各向异性变形特性真三轴试验研究

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1、河海大学博士学位论文土体各向异性变形特性真三轴试验研究姓名：徐志伟申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：殷宗泽20031120摘姜摘要土体各向异性变形是岩土工程和土力学理论研究中重要问题之一，但各向异性变形的许多现象和规律至今尚未被完全认识。该问题的研究除了本身比较复杂以外，还受土工测试手段限制较大，若没有真三轴仪和相应的真三轴试验，分析研究土体各向异性变形特性就较困难。弄清受荷单元的主应力主应变关系是认识各向异性变形性状的有效方法，而真三轴试验是必要的手段。诸多土体本构模型都会直接或间接面临对受荷单元主应力主应变关系的模拟，但由于不考虑或考虑各向异性变形特性不周，对各向异性变

2、形问题的计算分析就会出现不合理。如应用广泛的Duncan--张模型在土坝、面板坝有限元应力变形计算分析中就存在与实际观测值不一致、不合理的结果，许多模型也同样存在类似的问题。因此，土体各向异性变形特性是本文重点关注的问题。本文土体各向异性变形性状的研究主要为了研究侧向变形以及不同主应力加荷向的主应力主应变关系的不同变化规律。侧向变形可以从侧向应变、侧向应变与加荷向应变之间的相对比例关系或侧膨胀系数以及加荷向单位应力增量所引起的侧向应变增量三个不同方面深入细致地分析研究；不同主应力加荷向的应力应变关系各向异性可以反映在切线弹摸以及加荷向单位应力增量引起的加荷向应变增量的差异中。这三方

3、面的各向异性指标可以在各向异性增量弹性和更具一般意义的增量主应力主应交关系的柔度矩阵性质中得到充分体现。因此，本文的各向异性研究侧重于剖析和揭示反映各向异性特性的柔度矩阵性质，以达到全面深刻认识各向异性变形规律的目的．由于研究目的不同，以往真三轴试验研究中缺乏针对三主应力单向加荷时的土体各向异性变形特性较全面的研究。尽管真三轴仪不普及，但河海大学新近研制了新型真三轴仪，使得本文具备了试验研究土体各向异性变形特性的必要条件。本文主要的研究工作：首先，在利用河海大学新型真三轴仪进行大量试验过程中发现，国内外己设计、研制的主要真三轴仪各有优缺点，对国内外真三轴仪优劣进行了可能的分析和评价

4、，为国内今后设计、研制更合理、稳定、准确可靠的真三轴河海大学博上学位论文仪提出一些建设性意见。其次，为揭示土体各向异性变形特性，有针对性进行了三主应力分别单向加荷的真三轴试验研究，分析相对于加荷向的侧向变形、互为侧向的侧向变形、不同主应力加荷向的应力应变关系各向异性性状。从泊松比、弹模以及增量主应力主应变关系柔度矩阵元素三个方面，全面分析土体各向异性的变形特性。通过定性、定量的分析，揭示土体各向异性变形的一些新的现象和规律。‘另外，由于许多模型是在普通轴对称三轴试验条件下建立的，难以准确反映各向异性，但往往被推广应用到各向异性显著的问题中，难免会出现计算分析结果的不合理，到底存在什

5、么样的不合理，也缺乏有针对性的真三轴试验分析检验。因此本文以常用的Duncan一张双曲线模型为例，用真三轴试验分析其模拟主应力主应变关系时的合理之处及其局限性，为该模型的合理应用提出真三轴试验分析检验的依据。最后，基于本文土体各向异性变形特性的真三轴试验研究以及对Duncan一张模型真三轴试验检验，对Duncan--张模型进行了修正．使之一定程度上考虑各向异性的变形性状，真三轴试验检验结果表明修正是合理的，期望该模型在今后的土石坝等应力变形分析中得到更合理的应用。关键词t本构模型DunGs,n--张模型弹模泊松比应力应变关系柔度矩阵真三轴仪真三轴试验各向异性Ⅱ英文摘要Abstrac

6、tSolIanisotropicdeformatioHisoneoftheimportantproblemsofgeotechnicalengineeringandtheoreticalresearchofsoilmechanics，butmanyphenomenaandlawsofithavenotbecomewellknownandhavenotbeenfullYacquaintanteduptonow，Theresearchofthatproblemisrestrictedbytestmeansbesidesitsintrinsiccomplicacy．Itisdifficu

7、ltforsollanisotropicdeformationcharactermstictobestudiedwithouttruetriaxialapparatusandtruetrlaxialtest．Avalidmethodtomaketheanisotropicdeformationbehaviorofloadbearingonitclearistoresearchprincipalstressandprincipalstrainrelationship，a