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《淺論非飽和結構性土體的動力本構模型研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、同濟大學土木工程學院博士學位論文非飽和結構性土體的動力本構模型研究姓名：楊超申請學位級別：博士專業(yè)：巖土工程指導教師：黃茂松;崔玉軍20080701摘要結構性與非飽和性是巖土工程中土體的兩大主要特性。本文在已有關于原狀土體結構性與非飽和性的研究成果的基礎上，較為系統地總結了原狀土體結構性的產生機理及其對土體力學性能的影響規(guī)律，和處于非飽和狀態(tài)時土體的力學行為，深入探討了能夠模擬非飽和結構性土體在循環(huán)荷載下的本構模型；并針對當前非飽和土力學本構理論的研究進行了初步的探索，取得了如下創(chuàng)新性的研究成果：1．以法國高速鐵路TGV北線所跨越的非飽和黃土為例，研究其基本
2、土性、濕陷性和結構性及循環(huán)變形特性進行了室內試驗研究。試驗表明，研究的土體呈淺棕色，主要由石英、長石和粘土構成，顆粒呈現棱角形狀；土體具有低塑性，低飽和度，低粘土含量，和較高的鈣鹽含量，處于非飽和狀態(tài)，吸力值較?。煌馏w呈現較強的結構性：在循環(huán)剪切荷載下，土體表現出顯著的“滯回"現象，累積軸向應變呈漸進上升趨勢；伴隨含水量的增大(或吸力的減小)，土體剪切強度減小，變形速率增大。結構性、非飽和性與濕陷性是法國黃土的主要特征。2．基于結構損傷的概念和非飽和土力學，在邊界面彈塑性理論框架內，從微觀角度分析土體結構性的作用規(guī)律，并結合能夠比較真實描述非飽和土體濕陷性能
3、的破壞一坍塌屈服曲線，建立了基于Pastor砂土塑性勢方程的本構模型M1。驗證表明，該模型能夠比較準確地描述非飽和結構性土體在單向和循環(huán)加載下的累積變形性能，能夠反映結構性對土體力學性能的影響；但是，M1模型無法反映加、卸載過程中的土體滯回特性，且參數較多。基于此，采用經典的修正劍橋模型作為的塑性勢方程，同時建立了基于可移動映射中心的映射法則，對傳統的邊界面模型的映射規(guī)律進行修正，從而在M1模型的基礎上進行改進得到M2模型。對比發(fā)現，M2模型不但可以較好地反映非飽和結構性土體在單向和循環(huán)荷載下的變形特性，而且也能夠真實地預測土體在加、卸載過程中的滯回特性，同
4、時模型參數數目較少。然而，基于微觀角度建立土體結構性分析的M1、M2模型，雖然作用機理相對清晰，但是導致模型比較復雜且模型參數難以通過常規(guī)的試驗進行確定。因此，改進模型M3是從宏觀的角度分析土體的結構性，通過屈服面的位置和尺寸的變化建立結構性的衰減規(guī)律。經驗證發(fā)現，摘要M3模型不但能夠比較準確地預測法國黃土在循環(huán)荷載下的累積變形特性和滯回特性，而且模型相對簡單，參數物理意義比較明確，容易采用常規(guī)試驗進行確定。三個模型M1、M2、M3建模思路統一，當土體的結構性完全喪失、達到飽和狀態(tài)時，均可退化為飽和重塑土體的臨界狀態(tài)模型。3．基于能量守恒原理獲得了非飽和土體
5、的狀態(tài)變量：有效應力與修正吸力、體應變與飽和度，在對現有模型修正的基礎上建立了三軸應力空間中可以反映非飽和土體水、力耦合特性的臨界狀態(tài)本構模型MWM。該模型在各向同性應力平面上定義了曲線型的LC屈服曲線、直線型的SI和SD屈服曲線，并且給出了三條屈服曲線之間的耦合運動規(guī)律。通過與現有的模型及試驗數據進行對比驗證，發(fā)現MWM模型能夠很好地預測各向同性應力平面上非飽和土體的水、力耦合特性，而且也可以較好地模擬非飽和土體在剪切加載過程中的力學特性。關鍵詞：非飽和土力學；結構性；損傷；循環(huán)荷載；邊界面；本構模型；室內試驗ⅡAbstractSoilsinthegeot
6、echnicalengineeringareusuallycharacterizedbythestructureandunsaturation．Onthebasisofpreviousresearchesaboutthestructureandunsaturationofnaturalsoils，thispaperfirstpresentsasystemadcsummaryaboutthemechanismofsoilstructureanditsinfluenceOilthesoilmechanics．andabouttheunsaturatedsoilm
7、echanics．Thenadiscussionontheconstitutivemodelofunsaturatedstructuredsoilsundercyclicloadingislaidoutintensively．Furthermore，thispaperextendsonepreliminaryexplorationonthecurrenttheoreticalunsaturatedsoilmechanics．111efollowingresultshavebeenachieved：1．Theobjectivesoilsaresampledal
8、ongthenorthTGV(hi曲speedrai
