基于扰动状态理论的饱和黏性土三剪统一结构性本构模型研究

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土在自然状态下都具有一定的结构性,土的结构性对土体的力学性质有着显著的影响。目前大多数的土体本构模型都是针对重塑土而建立的,这些模型往往忽略了土的结构性。随着计算机编程的发展及广泛应用,只要能够建立合适的本构模型,都可以很好的利用计算机编程模拟出土体的应力应变等关系曲线。则建立考虑适合结构性土体的本构模型,成为当下首要解决的问题。本文从扰动状态理论出发,以修正剑桥模型为基础,结合三剪统一屈服准则,建立了饱和黏性土的三剪结构性本构模型。由于修正剑桥模型的破坏应力比M为一定值,无法体现应力状态的变化。将三剪统一屈服准则作为破坏准则,分别运用等量代换法和坐标平移法对破坏应力比M进行修正,有效的弥补了上述不足。其中坐标平移法考虑了土体粘聚力c的影响,更符合饱和黏性土的力学特性。在此基础上,本文还创新的将建立的结构性本构模型进行三维化处理,来表达六维应力状态下,结构性土体的应力应变关系。以江西饱和原状红土为试验土样,通过大量的室内土工试验和常规三轴试验,获得基本土性参数和本构模型的计算参数。同时进行了常规三轴排水、不排水试验,0K压缩实验等,得到了江西红土的剪应力与轴向应变、体积应变与轴向应变、孔隙水压力等特性曲线,着重说明了结构性对土体的强度和变形特性的影响。为实际岩土工程提供了一定的依据。通过Fortran9.0程序语言,编写了本构模型的有限元子程序。分别模拟了结构性土体在常规三轴试验,0K压缩试验、真三轴试验下,土体的应力应变之间的关系曲线及变化规律。将等量代换法和坐标平移法的模拟结果与试验结果进行对比,验证了新建立的本构模型的正确性和合理性,同时也探讨了中主应力影响系数b,对本构模型的影响。
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