不同应力路径下黄土的力学特性与本构模型研究

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天然黄土具有典型的结构性,而应力路径对天然黄土的力学特性有很大的影响。本文主要对结构性黄土进行了室内四种应力路径试验,分析总结了不同应力路径下的应力-应变关系及其体变-应变关系;给出了破损率以及抗剪贡献率的表达式,建立了饱和结构性黄土的二元介质本构模型及其强度准则。具体结论如下:(1)在三轴压缩试验中,结构性黄土在低围压下表现为应变软化、体胀特性;在高围压下表现为应变硬化、体缩特性。而重塑黄土在低围压以及高围压下,均表现为应变硬化、体缩特性。在三轴伸长试验中,结构性黄土表现为应变软化、体胀特性。在三轴等平均伸长试验中,结构性黄土表现为软化、体胀特性。在三轴等平均压缩试验中,结构性黄土表现为硬化、体缩特性。(2)绘制了结构性黄土在四个应力路径下的强度特性曲线并进行了分析。其强度值大小依次为:三轴压缩试验强度值、三轴伸长试验强度值、等平均压缩试验强度值、等平均伸长试验强度值;在强度特性曲线中,应力水平较低时强度特性曲线呈现为非线性关系,高应力水平时强度特性曲线呈现为线性关系。(3)对结构性黄土破坏机理进行了分析,对已有的二元介质模型进行了修正,给出了全量、增量的二元介质本构表达式及其式中破损参数的计算方法,推导了饱和结构性黄土的二元介质模型。采用三轴压缩试验对二元介质模型计算结果进行了验证,表明了其合理性。(4)根据二元介质抗剪强度准则,推导了抗剪贡献率与最小主应力之间的关系,修正了已有的二元介质抗剪强度准则。采用三轴压缩、伸长试验对二元介质抗剪强度准则计算结果进行了验证,表明了其合理性。
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