土的三剪統一動力和結構性本構模型研究

《土的三剪統一動力和結構性本構模型研究》是依託南昌大學，由胡小榮擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：土的三剪統一動力和結構性本構模型研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：胡小榮
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

基於三剪統一強度理論研究循環荷載作用下均質土體的三剪統一動力強度準則、三剪統一動力帽子模型和三剪統一動力本構模型，對重塑土進行動三軸和動真三軸試驗並用於模型驗證；通過引入適當的土結構性參數，研究土的三剪統一結構性強度準則、三剪統一結構性帽子模型和三剪統一結構性本構模型，對原狀土進行三軸和真三軸試驗並用於模型驗證；通過引入適當的能夠反映均質土體結構性和土體在循環荷載作用下動力效應的土結構性動力參數，研究土的三剪統一結構性動力強度準則、三剪統一結構性動力帽子模型和三剪統一結構性動力本構模型，並與原狀土的動三軸和動真三軸試驗進行對比。基於上述三種本構模型建立相應的彈塑性有限元算式和有限差分法算式，編制相應的計算程式，完成對若干大型商用軟體的二次開發，並將其用於江西紅土邊坡工程、紅土路基工程和南昌捷運工程等實際岩土工程的分析。所提模型能更好地反映現場土體的實際力學特性，且具有較強的普適性。

結題摘要

本項目基於三剪統一強度理論研究了原狀黏性土、超固結黏性土和砂土在靜力及循環荷載作用下的靜力及動力本構模型。主要研究內容有：在原狀黏性土的靜力結構性本構模型研究中，將Liu等提出的土的結構性本構模型與三剪強度準則相結合，提出了均質飽和黏性土的三剪結構性本構模型，該模型既保留了原結構模型的特點，又考慮了應力狀態對土特性及土的拉壓強度差異的影響；基於擾動狀態概念研究了正常固結飽和原狀黏性土的本構模型，其中，完全調整狀態是基於臨界狀態土力學框架，將修正劍橋模型與三剪強度準則相結合而建立的彈塑性本構模型來表征。為了更好地反映黏性土的黏聚力影響，提出了等量代換法和坐標平移法兩種處理方法並作了對比研究。為便於複雜應力狀態下的土體變形分析及有限元編程，提出了一個將原模型三維化的方法。在超固結土的本構模型研究中，針對飽和超固結黏性土現有下載入面修正劍橋模型中破壞應力比為定值、土體黏聚力為零，以及不能準確反映不同應力狀態下土的強度差異這些問題，基於三剪統一強度準則以及應力坐標平移法得到了擴展破壞應力比。在此基礎上提出了飽和超固結黏性土的三剪彈塑性本構模型，該模型的特點是能描述土體受力時的中間主應力效應，應力區間效應和拉壓差影響，同時也能更好地考慮土體黏聚力的影響。基於該模型對ABAQUS軟體進行了二次開發，對江西贛南崩崗土常規三軸壓縮條件下力學特性作了模擬和試驗結果對比。在砂土的本構研究上，以修正劍橋模型為基礎，基於三剪統一強度準則，推導出砂土的三剪統一本構模型，並編寫了相應的ABAQUS二次開發子程式。對南昌捷運砂土進行了排水和不排水條件下的常規三軸壓縮試驗，利用二次開發後的ABAQUS軟體模擬了試驗模型的應力狀態。數值解與實驗結果符合較好，證明模型推導和二次開發編程的正確性。在土的動力本構模型研究上，運用邊界面模型方法研究了原狀黏性土、超固黏性土以及砂土在循環荷載作用下的動力本構關係。其中，採用不同圍壓、不同頻率、不同振幅對江西原狀江西紅黏土、超固結土、南昌捷運砂土作了大量動三軸試驗。將理論模型與試驗數據作了對比，結果表明數據符合一致性較好。上述研究成果對於促進三剪統一強度理論在岩土工程分析中的套用有一定的推動作用。