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应变局部化现象广泛存在于岩土工程问题之中,是岩土材料破坏和结构失稳的起因和先兆,实际工程中常见的基坑坍塌、山体滑坡、地基失稳破坏等具有共同的破坏机理,即土体在特定的外荷载作用下产生局部变形,伴随着应变局部化的发展逐渐形成宏观剪切带,最后导致土工结构失稳破坏。因此,对应变局部化形成机理的研究,无疑对实际工程的稳定分析有重要的现实意义。目前,对岩土变形局部化现象的众多理论研究中,分叉理论研究是岩土工程学术界甚为关注的课题之一。
用分叉理论分析研究应变局部化现象时,最基本的问题在于分叉的产生条件,而分叉的产生条件又强烈依赖于材料本构模型的特性,合理的本构描述不仅能真实地反映材料的应力应变特性,还能准确地反映应变局部化形成与发展的过程。本文首先针对基于伏斯列夫(Hvorslev)面的超固结黏土三维弹塑性本构模型,推导产生分叉的三维解析解和因应变局部化而形成的剪切带的倾角表达式。然后,根据理论推导的分叉三维解析解,求出了该本构模型不同应力路径下分叉解析结果,并分析了不同超固结比(OCR)对该模型分叉解析结果和剪切带倾角的影响。最后,利用嵌有基于伏斯列夫面的超固结黏土三维弹塑性本构模型的非线性有限元软件ABAQUS,对均匀各向同性多单元立方体就分叉现象进行了平面应变和真三轴试验数值模拟,并比较了分叉的数值解结果与解析解结果,验证了解析解的可靠性。