海相软土热力学本构模型研究

发布时间：2021-06-16 06:22

　　从热力学基本理论出发,研究了海相软土受力变形过程中的能量耗散。研究中区分了海相软土中弹塑性变形引起的能量损失,与因土体内部胶结结构破坏引起的能量损失,引出了结构性胶结损伤耗能的概念。在Collins的热力学土体模型的基础上,针对其不能考虑土体结构性的不足加以改进,构造了海相软土的能量耗散函数。结构性土体弹塑性模型的屈服轨迹、塑性流动、硬化规律及弹性规律均可通过能量耗散函数推导得到。这种本构模型的构造方法掘弃了以德鲁克公设为基础的传统塑性理论,自动满足热力学定律,具有较为严密的数学和力学理论基础。将本文提出模型的计算结果与人工制备海相软土的三轴试验结果进行了对比,初步验证了模型的适应性与有效性。 

【文章来源】：地下空间与工程学报. 2020,16(04)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

屈服面形状

依据提出的土体热力学模型理论框架，对于等温变形的岩土体材料，只要确定耗散函数和自由能函数这2个函数，则弹塑性本构关系(包括弹性关系、屈服条件、流动法则和硬化规则等)就可以导出[18]，如图2所示。Collins等[19-21]提出的适用于各向同性土的临界状态模型中耗散增量函数的通用表达式为:

考虑一单位体积的土体，在外荷载作用下发生变形，假设该过程与外界没有热交换。由热力学第一定律可得，对于岩土材料而言，外力做功产生的机械能dw，一部分转化为对应的重塑土(完全破坏土)的外力做功增量dw;另一部分转化为重塑土与海相软土在相对应变形情况下的损失能量之差dw[27-28]，即把由于海相软土结构性导致的那部分额外能量损失定义为胶结损伤耗能，如图3所示。式中:

【参考文献】：
期刊论文
[1]红黏土在原状及重塑状态下的力学性质试验研究[J]. 张彦召,左双英,季永新.  地下空间与工程学报. 2017(06)
[2]土体结构性损伤模型研究[J]. 吴和盛,王威龙,周家伍.  地下空间与工程学报. 2014(04)
[3]基于能量方法的结构性土体损伤演化规律研究[J]. 周家伍,刘元雪,李忠友.  岩土工程学报. 2013(09)
[4]海相软土成因及其工程特性的研究[J]. 聂年圣,牛瑞森.  工程建设与设计. 2010(12)
[5]土体损伤复合体理论的几个基本问题[J]. 刘元雪,周家伍,李忠友.  地下空间与工程学报. 2010(S2)
[6]重塑及原状饱和黄土结构性参数研究[J]. 陈辉,刘明振,宋战平.  地下空间与工程学报. 2010(03)
[7]海相结构软土的次固结研究[J]. 邵光辉,刘松玉.  岩土力学. 2008(08)
[8]模拟土体本构特性的热力学方法[J]. 孔亮,Ian F. Collins.  岩土力学. 2008(07)
[9]人工制备结构性土力学特性试验研究[J]. 刘恩龙,沈珠江.  岩土力学. 2007(04)
[10]基于能量耗散的土体本构关系及其参数确定[J]. 秦理曼,迟世春,林皋.  岩石力学与工程学报. 2005(S2)



本文编号：3232549