具有统一屈服面的非饱和粘性土弹塑性本构模型

论文摘要

本文在Alonso提出的非饱和土粘性土BBM模型的基础上建立了一个具有统一屈服面的非饱和粘性土的弹塑性本构模型。本论文模型将BBM模型中的加载坍塌屈服面（LC屈服面）和吸力增加屈服面（SI屈服面）用一个数学表达式统一了起来,从而可以简化LC屈服和SI屈服两者之间的耦合分析,并使本文模型的屈服面没有尖点,为数值计算带来了方便。根据弹塑性理论,本文基于统一的屈服面推导出了相应的弹塑性本构模型,使之能够模拟净应力和吸力同时变化的加载路径,拓展了模型的适用范围。本文模型共包含14个参数,其中与非饱和土物理力学性质和屈服特性有关参数的有12个,分别为λ（0）、κ、β、r、pc、λ、κs、G、M、k、m和sc,与硬化规律有关的参数有两个,分别为p0*和s0。通常,这些模型参数分别可以通过室内控制吸力的各向等压试验、室内控制净平均应力的三轴干-湿循环试验和同时控制吸力和净压力下的室内三轴排水剪切试验确定。本文模型可以模拟非饱和粘性土的一些基本力学特性及力学响应,如随吸力增大而体积减小的干缩特性、随围压增大而强度不断增大的应变硬化趋势、净应力较吸力对非饱以及土变形影响更显著的现象以及吸力的强化作用等。为了验证所建本构模型的正确性,本文首先将模型数值化,然后在此基础上采用Fortran 95计算机语言进行程序化;最后将本文的数值模拟结果与Alonso、陈正汉和本次研究中试验获得的数据进行了比较,结果表明与这些数据都吻合地比较好,这说明本文所建模型还是比较合理的,有一定的实用价值。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 非饱和土本构模型的研究现状
• 1.2.1 弹性模型
• 1.2.2 损伤力学模型
• 1.2.3 广义吸力模型
• 1.2.4 弹塑性模型
• 1.2.5 其他模型简介
• 1.2.6 本节小结
• 1.3 研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.4 论文主要内容
• 1.5 论文创新点
• 第2章 弹塑性本构理论
• 2.1 前言
• 2.2 屈服准则和破坏准则
• 2.3 加载准则
• 2.4 硬化规律
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 几种常用的硬化规律
• 2.4.3 几种常用的硬化定律
• 2.5 流动法则
• 2.5.1 概述
• 2.5.2 相关联流动法则
• 2.5.3 非相关联流动法则
• 2.6 一致性条件
• 2.7 增量形式的应力-应变关系
• 2.8 本章小结
• 第3章 BBM模型及其评价
• 3.1 前言
• 3.2 各向等压状态下的变形
• 3.3 三维应力状态下的变形
• 3.4 BBM模型的评价
• 3.4.1 BBM模型的特点
• 3.4.2 BBM模型存在的问题
• 第4章 具有统一屈服面的非饱和粘性土弹塑性本构模型
• 4.1 模型改进的意义
• 4.2 基本假设
• 4.3 本构模型的建立
• 4.3.1 屈服面的修正
• 4.3.2 本构模型的推导
• 4.4 模型参数的确定
• 4.5 模型的数值化和程序化
• 4.6 本章小结
• 第5章 非饱和土的静三轴试验
• 5.1 试验设备
• 5.1.1 系统基本构成
• 5.1.2 仪器基本组件
• 5.2 试验方法
• 5.3 试验过程及数据分析
• 5.3.1 试验用土及物理指标
• 5.3.2 静态荷载下的力学试验
• 5.4 本章小结
• 第6章 模型的试验验证及比较
• 6.1 与 Alonso试验结果的验证及比较
• 6.1.1 Alonso试验简介
• 6.1.2 Alonso试验数据的模拟
• 6.2 与陈正汉试验结果的比较
• 6.2.1 陈正汉试验简介
• 6.2.2 陈正汉试验数据的模拟
• 6.3 与 GDS非饱和三轴仪试验结果的验证及比较
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录 计算源程序
• 学位论文数据集