胶结土软化计算与网格敏感性的产生机制研究

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网格敏感性一直以来都是岩土数值模拟中的难题,只有系统地研究网格敏感性的产生机制,才能准确地描述实际工程中宏观的力学特性。往往应变局部化的发生会带来网格敏感性,因此本文从应变局部化剪切带的产生机制入手,构建了能够反映胶结损伤的本构模型,模拟对比胶结损伤软化与剪胀软化所产生的应变局部化剪切带,揭示网格敏感性的产生机制,本文主要工作和研究成果如下:基于UH理论,通过引入初始胶结力c,构建了能够反映胶结损伤软化特性的本构模型。模型涉及7个胶结土本构参数和3个胶结土状态量,物理意义明确,取值简单,通过试算后发现能够反映胶结损伤软化与剪胀软化两种特性。探究了应变局部化剪切带的产生机制。验证了土体密实度对砂土剪胀软化起决定性作用。对于胶结结构性土,两个胶结参数对土体软化有很大的影响,初始胶结力能显著提高土体峰值强度,而胶结损伤系数决定胶结力损耗的快慢。本文通过对比发现剪胀软化与胶结损伤软化都会出现应变局部化现象,并且边界约束条件改变只会影响应变局部化分布,而不影响其发生。分析了网格敏感性的产生原因。网格敏感性主要发生在呈软化特性的试样中,主要体现在其软化阶段。表现为硬化特性的试样,敏感性影响可忽略不计。表现为软化特性的试样一定会发生应变局部化现象,而应变局部化剪切带的存在对于偏应力曲线中的网格敏感性影响较大而对体变曲线中的网格敏感性影响较小。胶结损伤软化条件下试样破坏呈体缩状态,而剪胀软化条件下则有明显的体胀现象,并且体缩状态下的胶结损伤软化导致的网格敏感性比较弱,而体胀状态下的剪胀软化所导致的网格敏感性较强。利用室内三轴试验证实了胶结损伤软化对应变局部化的产生造成影响。制备了不同强弱胶结力的胶结结构性土以及不同水泥含量的重塑土。所制重塑土在三轴试验中不产生应变局部化现象,模拟中网格敏感性也很弱。胶结土试样会发生胶结损伤软化,导致应变局部化剪切带的产生,而剪切带的产生又会引起网格敏感性发生。
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