《考慮溫度效應的超固結土應力應變特性模擬》是依託北京航空航天大學，由姚仰平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：考慮溫度效應的超固結土應力應變特性模擬
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：姚仰平
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
溫度對土的應力- - 應變特性的影響是岩土工程領域一個新的特殊研究方向。近年來，關於溫度對土應力- - 應變特性影響的研究已經越來越引起國內外學者的關注，特別是在核廢料處理、熱能儲存、地熱資源開發與利用、供熱管道設計等領域有重要的實用價值。在高溫作用或冷熱循環的反覆作用下，粘性土工程性質會發生變化，由此帶來的沉降及地層穩定性問題是研究者關注的焦點。本項目擬通過對考慮溫度影響下飽和黏土的室內三軸試驗研究、通過對已有大量試驗數據的深入分析，研究考慮溫度影響的飽和黏土特性的變化規律及影響因素，將申請者已提出的超固結土模型與溫度參量相結合來建立考慮溫度影響的超固結土本構模型，發揮模型參數少的優勢，給出模型參數的確定方法。基於已開發出超固結模型的分析軟體，套用新建立的考慮溫度效應的超固結土模型，開展考慮溫度影響的岩土工程的數值計算，分析溫度變化對實際工程沉降和穩定性的影響。
結題摘要
本項目在臨界狀態土力學的框架內，以UH模型為基礎，結合溫度對飽和及非飽和粘土力學特性的影響規律，建立了相應的本構關係，主要有： 1、建立了考慮溫度影響的超固結土的彈塑性本構關係分析了溫度對飽和粘土力學特性的影響規律，基於真強度概念並結合潛在強度的確定方法推導出不同溫度下飽和粘土臨界狀態應力比的理論計算公式，將溫度作為變數引入到姚仰平等提出的超固結飽和土本構模型（UH模型）中，建立了能夠考慮溫度影響的超固結飽和土本構模型。這是以經典彈塑性理論為基礎，結合溫度對飽和粘土力學特性的影響規律，在臨界狀態土力學的框架內建立的熱彈塑性本構模型，能夠描述溫度效應對正常固結土以及超固結土應力應變特性的影響規律。該模型所涉及的溫度變化為土在非凍結狀態下能夠達到的常見溫度，當溫度在20℃-90℃變化時，模型能夠較為合理地描述超固結土的基本力學特性，能夠描述溫度效應對正常固結土以及超固結土應力應變特性的影響規律。 2、建立了考慮溫度影響的非飽和土的彈塑性本構關係在考慮溫度影響的UH模型的基礎上，建立了能夠考慮溫度影響的超固結非飽和土本構模型。該模型在常溫條件下吸力為零的時候就退化成原始的UH模型，在吸力不為零且無超固結的情況下，就退化成巴塞隆納模型，在吸力為零且正常固結時，就退化為修正劍橋模型。在非常溫條件下該模型不僅使超固結狀態下的升溫和濕化模擬更為合理，而且也能夠反映溫度和吸力作用下超固結土的硬化、軟化、剪縮、剪脹特性和不同應力路徑對超固結變形特性的影響，同時能夠反映升溫或濕化使超固結程度降低甚至使超固結消失的特性。模型預測和試驗分析表明：模型能夠描述飽和黏土在不排水恆載升溫條件下會產生很大的變形直至發生熱破壞的現象，某一固定吸力下，升溫會使正常固結非飽和土強度提高，對於超固結非飽和土，升溫或濕化均會破壞土體超固結，降低軟化和剪脹的效果。 3、考慮溫度UH模型的有限元實現將ABAQUS軟體與考慮溫度影響的UH模型相結合，編制了能夠反映溫度影響下土特性的UH模型子程式，進行了考慮溫度影響UH模型的有限元實現，能夠套用有限元強大的非線性求解平台，合理的分析溫度影響下的岩土工程問題。通過不同溫度下三軸試驗的有限元模擬驗證了子程式的正確性，對承載板試驗進行了模擬，比較分析了不同溫度下地基的變形和土體結點的應力應變規律。
