超固結土的彈粘塑性本構關係

《超固結土的彈粘塑性本構關係》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：超固結土的彈粘塑性本構關係
• 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

土的應力應變關係時間相關性被稱作粘性。與土粘性相關的現象包括蠕變和載入率效應，它們會使土的工程性質發生改變，進而導致地基沉降以及邊坡失穩等工程問題。因此，長期以來人們對粘土的應力應變關係時間相關性進行了大量的試驗研究，並建立了許多本構模型來描述土的粘塑性本構關係。但是，目前的本構模型對土的蠕變壓力依存性等粘性基本規律的描述還有所欠缺，同時也不能合理反映土在時間效應下產生超固結後所具有的剪脹、軟化等性質。本項目擬在對飽和粘土的蠕變及載入率效應進行試驗探索的基礎上，研究蠕變和載入率影響下的飽和粘土應力應變特性，並通過蠕變的壓力依存性來考慮蠕變和載入率效應的耦合，構造飽和粘土新的簡單合理的一維應力-應變-時間-載入率關係框架，將其與申請者提出的超固結土本構模型結合以實現時間效應與超固結的耦合，建立三維彈粘塑性本構模型，最後將新本構模型嵌入到有限元程式以模擬實際的岩土工程問題。

結題摘要

岩土材料具有特殊複雜的力學特性，特別是高大填方工程的變形和穩定性控制等重大工程問題，都亟需更加精準、合理、實用的本構模型和強度理論支持相關大型複雜的數值分析計算。本項目的主要研究內容是通過試驗研究探索應力應變關係時間相關性，根據試驗所得與超固結土統一硬化模型結合，建立彈粘塑性本構模型。主要研究成果是：基於蠕變規律，建立了考慮時間效應的UH模型，該模型在UH模型的基礎上考慮時間效應，能夠描述土的剪下蠕變、鬆弛、速率效應等粘性規律，能夠反映土的剪脹、軟化等超固結性質；將溫度變化對黏土體積和強度參數的影響引入超固結土等向應力-應變-時間關係，建立了超固結土的熱黏彈塑性本構模型；將所建立的考慮時間效應的超固結土統一硬化模型推廣為能夠考慮K0各向異性的彈黏塑性模型；考慮到臨界狀態實際上是土在一定的載入速率作用下表現出的破壞規律，建立了率相關彈黏塑本構模型；以瞬時正常壓縮線為參考線，引入彈性瞬時壓縮線，提出了可以同時考慮時間和應力歷史影響的高填方地基一維蠕變沉降計算方法，用該方法預測實際工程沉降效果良好。基於有限元軟體的二次開發平台，把上述UH模型用於有限元分析。 上述成果是土的統一硬化本構理論的組成部分，具有物理概念清晰、理論推導嚴密、模型參數易確定，有極強的兼容性和再發展性的特點。其中蠕變計算方法被編入《濕陷性黃土地區建築規範》。在國家自然科學基金支持下的系列研究成果“土的統一硬化本構理論”獲 2016年度高等學校科學研究優秀成果獎自然科學獎一等獎。