黃土的濕載結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型與漸進(jìn)破壞研究.pdf

1、黃土的結(jié)構(gòu)性是土骨架顆粒空間排列及粒間膠結(jié)作用所表現(xiàn)出的抗力效應(yīng),是影響其力學(xué)特性的重要內(nèi)在因素,它與土的密度、粒度、濕度有密切的聯(lián)系,能夠綜合反映土的強(qiáng)度、變形等力學(xué)特性的變化和發(fā)展。本文針對(duì)黃土力學(xué)問(wèn)題,以黃土的綜合結(jié)構(gòu)勢(shì)研究為途徑,從壓縮、剪切及增濕作用下黃土的結(jié)構(gòu)性演化規(guī)律出發(fā),通過(guò)揭示濕陷性黃土在壓剪濕作用下的應(yīng)力應(yīng)變特性、屈服破壞特性及其與結(jié)構(gòu)性之間的關(guān)系,建立了反映壓剪濕作用下黃土結(jié)構(gòu)性發(fā)展演化的濕載結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型,并將該

2、本構(gòu)模型,引入現(xiàn)有的巖土工程大型數(shù)值分析軟件,進(jìn)行了各種黃土工程邊值問(wèn)題分析。應(yīng)用這種分析方法,揭示了濕載作用下黃土邊坡土的結(jié)構(gòu)性演變、剪切帶形成發(fā)展的漸近破壞過(guò)程。完善了邊坡穩(wěn)定性的認(rèn)識(shí),從而為指導(dǎo)工程實(shí)踐,有效地預(yù)防和防治黃土工程災(zāi)害。主要的研究成果有:
　　第一,通過(guò)不同濕度、不同結(jié)構(gòu)性狀黃土的單軸抗壓和常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn),論證了土的綜合結(jié)構(gòu)勢(shì)定量化參數(shù)描述土結(jié)構(gòu)性演化特性的合理性;比較分析黃土初始結(jié)構(gòu)性的構(gòu)度、過(guò)程結(jié)構(gòu)性的應(yīng)

3、力結(jié)構(gòu)性參數(shù)和應(yīng)力比結(jié)構(gòu)性參數(shù)在描述黃土結(jié)構(gòu)損傷演化發(fā)展特性方面的共性及特點(diǎn),論證了應(yīng)力比結(jié)構(gòu)性參數(shù)描述黃土結(jié)構(gòu)損傷演化過(guò)程的完整性;建立了應(yīng)力比結(jié)構(gòu)性參數(shù)與綜合應(yīng)變之間關(guān)系的具體數(shù)學(xué)描述,驗(yàn)證了應(yīng)力比結(jié)構(gòu)性參數(shù)描述黃土變形全過(guò)程結(jié)構(gòu)性演變的可靠性。
　　第二,通過(guò)不同濕度、不同結(jié)構(gòu)性狀的黃土的側(cè)限壓縮及常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn),研究了黃土在壓縮、剪切及增濕條件下的濕壓屈服、濕壓剪屈服及其與結(jié)構(gòu)性漸變演化特性之間的關(guān)系,確定了濕壓屈服、濕

4、壓剪屈服與應(yīng)力比結(jié)構(gòu)性參數(shù)之間的關(guān)系;在黃土的結(jié)構(gòu)性修正劍橋模型的基礎(chǔ)上,提出了與等結(jié)構(gòu)性臨界狀態(tài)屈服面對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)性喪失狀態(tài)的下加載面,建立了考慮濕壓及濕壓剪影響的黃土的濕載結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型,推導(dǎo)出了應(yīng)力比結(jié)構(gòu)性參數(shù)為變量的濕載結(jié)構(gòu)性下加載面本構(gòu)模型彈塑性矩陣。并通過(guò)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,驗(yàn)證了該模型在濕壓剪作用下描述黃土應(yīng)力應(yīng)變特性及結(jié)構(gòu)性漸變演化發(fā)展特性的合理性。
　　第三、在SHENG等考慮中主應(yīng)力影響的屈服面形狀函數(shù)的基礎(chǔ)上

5、,將等結(jié)構(gòu)性臨界狀態(tài)線隨羅德角的變化引入結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型,推廣得到三維應(yīng)力空間的結(jié)構(gòu)性下加載面本構(gòu)模型;將黃土的濕載結(jié)構(gòu)性下加載面本構(gòu)模型編程模塊化,嵌入現(xiàn)有大型軟件FLAC-3D,通過(guò)試樣單元體數(shù)值計(jì)算與常規(guī)三軸試驗(yàn)與真三軸試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證了該模型自定義本構(gòu)模型模塊的穩(wěn)定性及合理性。
　　第四、通過(guò)黃土濕載結(jié)構(gòu)性下加載面本構(gòu)模型的FLAC-3D數(shù)值分析方法,分析了均質(zhì)黃土邊坡及復(fù)雜黃土邊坡在濕載作用下的漸進(jìn)破壞特性特性,揭