土體熱力學模型的改進與驗證.pdf

1、巖土材料的強度和本構關系是現(xiàn)代士力學的核心，也是計算土力學的基礎。傳統(tǒng)的建立土體彈塑性本構模型的方法是分別給出具體的彈性定律、屈服條件、塑性勢函數(shù)和硬化規(guī)律，但這些函數(shù)及其參數(shù)往往獨立選擇，理論上不夠嚴謹，也沒有嚴格討論是否滿足熱力學定律。雖然大多數(shù)巖土工程問題可視為等溫過程，但任何材料的變形與失效都涉及熵的改變，涉及到能量的平衡與耗散，所以熱力學定律是普遍適用的基本物理規(guī)律之一。模擬巖土材料本構特性的熱力學方法從兩個熱力學勢函數(shù)，即自

2、由能函數(shù)與耗散增量函數(shù)出發(fā)，利用Legendre變換，就足以導出彈塑性理論必須的屈服條件，流動法則，硬化定律和彈性定律。該方法不僅具有緊湊的數(shù)學結(jié)構，而且消除了傳統(tǒng)方法中的許多人為的任意假設，并自動滿足熱力學定律，已成為國內(nèi)外研究的熱點之一。Collins教授為該方法的發(fā)展與完善作出了重要貢獻，并提出了一個土體的熱力學模型，通過模型參數(shù)的不同取值，可得到包括修正劍橋模型在內(nèi)的不同屈服面的形式，具有較大的適應性。但該模型以塑性體積應變?yōu)橛?/p>

3、化參量，采用與修正劍橋模型相同的硬化定律，導致該模型具有修正劍橋模型的一些缺點，如不能反映剪脹，不能較好反映超固結(jié)土與中密砂的變形特性等。為此，本文在對土體熱力學建模進行詳細介紹與探討的基礎上，引入姚仰平教授提出的統(tǒng)一硬化參數(shù)對Collins的熱力學士體模型進行改進，將其擴展為既適用于黏土也適用與砂土的統(tǒng)一熱力學模型，編制了相應的模型驗證程序，通過預測結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)的對比分析，驗證了模型的合理性與有效性。本文的主要內(nèi)容包括以下幾方面：<

4、br>　　 (1)在簡要評述土體本構模型國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與綜述土體熱力學本構模型的最新研究進展的基礎上，介紹了本文的選題背景與意義，提煉出論文研究的目標、主要內(nèi)容與方法。
　　 (2)簡要介紹了不可逆熱力學的基本原理，詳細給出了適用于巖土材料的能量平衡方程的推導過程，詳細介紹了建立土體本構模型的熱力學方法的框架與步驟，分析了幾個具體的實例。
　　 (3)討論了Collins提出的土體熱力學各向同性本構模型簇，指出了該模型