在目前本构关系的研究中,通常基于传统的弹性、弹塑性、粘弹塑性理论(在考虑水的影响时还结合达西定律或其修正关系);考虑较为复杂的情况是将其中土颗粒变形用传统粘塑性模型加以描述,这些均属于连续介质力学的范畴。传统连续介质理论和现代连续介质热动力学在讨论多组分介质的统观性质时,在实际描述中仍然未给予体积元的几何考虑,这种忽略体积元(即质点)几何效应的理想化在描述细观(颗粒尺度)不连续的岩土类介质时遇到严重的挑战;岩石力学试验表明,材料变形和强度特征与其内部颗粒大小有重要关系;关于土的变形性状研究指出,粒径及形状可能是最基本的影响因素。 有限特征比是由李彰明提出的描述介质内部特征尺度与介质整体外部特征尺度关系的一个基本量,有限特征比方法理论可自然地描述介质渐进不可逆变形的客观现象,对变形局部化问题的描述也非常方便。本文引入有限特征比理论,既考虑介质响应的内部特征尺度,又考虑介质整体外部特征尺度,建立合理的描述砂的变形的有限特征比法本构关系,具体工作主要有以下几个方面: (1) 利用全自动控制常规三轴压缩仪,对砂(粗砂、中砂和细砂)进行试验(CD和CU),采用两种方案:一是对于不同粒径的砂(粗砂、中砂、细砂)采用相同的外部尺寸进行试验;二是对于同一种粒径砂采用不同的外部尺寸(39.1mm和61.8mm)进行试验。对砂土体内应力(全过程总应力、有效应力)分布与变化、孔隙水压力的变化、体积的变化及施加不同压力时砂土体内应力与变形等问题进行研究; (2) 以李彰明的有限特征比理论为基础,结合试验,通过反分析及曲线拟合的方法寻求砂土演化规律,建立砂土的有限特征比本构关系,并将砂土有限特征比理论计算的结果与试验结果进行对比,对比结果表明二者具有很好的一致性,这说明此模型合理地描述了不同颗粒砂样的不同变形特征,而这种变形响应的差异在较大程度上是由于介质内外特征比的不同所贡献的; (3) 运用FORTRAN语言将建立的砂土有限特征比本构模型进行计算机程序化,在算法上采用自修正增量迭代法,计算体应变未知情况下主应力相对应的应变;将砂土的有限特征比本构模型程序计算的结果与试验结果进行对比,发现程序计算结果与