各向异性砂土的亚塑性模型及离散元模拟
发布时间：2021-10-26 15:30
砂土是典型的非连续碎散材料,天然沉积过程中颗粒受重力影响空间排列呈现明显的方向取向,表现出各向异性,各向异性和离散性自然是砂土的根本特征。现有多数本构模型都是基于连续性和各向同性假设的弹塑性理论建立,模型在描述细观土颗粒形状、大小以及排列方向对宏观力学特性影响,以及在复杂加载方式、应力路径等条件下各向异性对力学响应的影响等方面存在很大困难,而且建模相对复杂。亚塑性理论直接建立了应力应变的增量关系,避免大量偏微分方程的求解,建模简捷,为此,本文基于亚塑性本构理论,采用宏细观结合的方法,引入新的各向异性状态变量建立各向异性模型,结合PFC2D/3D离散元软件,从颗粒形状、力链接触、破坏规律等方面入手进行平面应变试验以及真三轴试验的模拟,通过模型的对比与分析,研究了砂土的各向异性及其离散特性的关系,其主要结论如下:（1）总结了 Wu等基于亚塑性理论建立的砂土各向异性本构模型的基本思路。基于张量运算的基本规则,阐述了亚塑性本构理论由各向同性向各向异性的推导过程,通过对砂土破坏特性的描述,剖析了破坏面和流动法则的含义,考虑了孔隙率、沉积角度等对模型排水试验的影响机理,分析了该理论的有效性与合理性...
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１连续介质力学本构关系分类??２．１．１张量运算的基本规则??
本构方程（２－６）并不能够解释砂土的固有各向异性，Ｗｕ等在横观各向同性的基础上通过结??合本构方程（２－７）的框架构建了颗粒材料的固有各向异性亚塑性本构模型。在此，首先考虑横观??各向同性的影响因素，通过参照轴＆与各向同性轴ａ重合的坐标系，如图２－３所示：??，个???？?＾?？?—？??Ｘ２??Ｖ??图２－３坐标系统??在垂直于ｆｌ的平面中，材料被认为是各向同性的。主应力是通过参考轴；＜?与主应力方向对齐??的另一坐标系来定义。；ｃ，和；ｃ丨之间的角度０称为层理角度。??针对于线性项对本模型中各向异性参数的引入没有影响，而非线性项则影响较大，可以通过??参照纵坐标；＜，对非线性项进行修改并引入各向异性参数，而四阶张量与函??数，勾）是无关的，其表达形式如下：??＋ｃｏｓ０ｃｏｓ０?—ｓｉｎ＾ｃｏｓ＾?０??Ａ?＝?—ｓｉｎ＾ｃｏｓ＾?＋ｓｉｎ＾ｓｉｎ?沒?０?（２－１０）??０?０?０??通过定义含有各向异性参数的四阶张量函数：??Ｂ？ｋｉ?＝?４，＾＋＋?ｉＰ?＋?Ａｊ＾
?＼?…２０。??．丨??图２－４?７Ｕ平面??鉴于固有各向同性函数的破坏面具有三个正交的对称轴，而各向异性函数的屈服面只有一个??对称轴，且一般情况下＾Ｔ（＜Ｔｙ）／８ｃｒｙ矣－［Ｌ（ｃｒｖ）］＿１Ａ＾（?Ｊ，７Ｖｙ）；图２－４表不各向同性时亚塑性本构模型??的破坏曲线对沉积角的影响，所以破坏面（２－２２）的流动法则与（２－１９）是无关的。??２．３模型排水试验的特点??２．３．１孔隙率的影响??由图２－５和２－６中的应力应变曲线分析可知，在各向异性状态下，当（／＝（＞时，随着孔隙率的??增加，偏应力的峰值点基本保持恒定，从体变轴变曲线中可以看出砂土颗粒的剪缩现象特别明显：??当Ｖ／＝１０时其力学行为的表现是先剪缩后剪胀，各向异性行为比较突出。??８｜?〇．〇ｊ???Ａ?－０．１??０?＃?—Ｏ－?ｖ?＝０．０??５?／?－０．２?１?一?Ｖ：＝〇?丨??４?｜?－〇－＇＝〇．〇?Ｉ?－＾－＇＝０．２??ｉ－３］?二“１?？－〇．３ｉ?－＾－ｖ．＝〇－３??Ｉ?Ｖｉ＝０?２?｜＾０￣Ｄ￣Ｑ￣ＣＭ＞￣Ｄ￣０￣Ｄ￣ＣＨ０￣Ｄ￣ａ￣Ｄ￣Ｄ￣Ｄ￣Ｃ）￣Ｑ￣０￣（??２?■＂?＇＝０．３?－０．４?＇／＼?Ｃ＊－Ｏ－１．?＞￣ｖ／＊＊－＜??１?．＇■＇、＾ＷＷｈＷｗ＇ｗＷＷＷＶｆＷＷｈＷｗＷｈ??０，?－０－５＇?Ｖ??＇＾７￣：；７￣＊７￣１？尸．一、一尸＇尸？一、??＇〇．（）?２
【参考文献】：
期刊论文
[1]砂土正交组构幅值参量的定量分析[J]. 李学丰,何玉琪,刘金锋,何维刚. 岩土力学. 2017(12)
[2]基于体视学原理砂土孔隙组构的图像分析[J]. 李学丰,何玉琪,孟凡超. 同济大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]各向异性砂土宏微观特性三维离散元分析[J]. 蒋明镜,张安,付昌,李涛. 岩土工程学报. 2017(12)
[4]考虑砂土颗粒形状的细观组构定量描述[J]. 李学丰,王奇,刘金峰,吴伟,孟凡超. 中国公路学报. 2016(10)
[5]宏细观结合各向异性砂土的变形特性模拟[J]. 李学丰,孔亮,袁琪,王燕昌. 同济大学学报(自然科学版). 2016(02)
[6]考虑颗粒破碎对特征孔隙比影响的堆石体亚塑性本构模型[J]. 明华军,孙开畅,徐小峰,史存鹏. 岩土力学. 2016(01)
[7]岩石裂隙组构的定量测定[J]. 李学丰,王兴,袁琪. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[8]各向异性砂土剪切带角度的理论分析[J]. 李学丰,袁琪,马文国. 土木建筑与环境工程. 2015(04)
[9]砂土材料状态相关临界状态各向异性模型[J]. 李学丰,袁琪,王兴. 土木建筑与环境工程. 2015(03)
[10]基于非共轴理论的各向异性砂土应变局部化分析[J]. 李学丰,黄茂松,钱建固. 工程力学. 2014(03)
本文编号：3459756
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１连续介质力学本构关系分类??２．１．１张量运算的基本规则??
本构方程（２－６）并不能够解释砂土的固有各向异性，Ｗｕ等在横观各向同性的基础上通过结??合本构方程（２－７）的框架构建了颗粒材料的固有各向异性亚塑性本构模型。在此，首先考虑横观??各向同性的影响因素，通过参照轴＆与各向同性轴ａ重合的坐标系，如图２－３所示：??，个???？?＾?？?—？??Ｘ２??Ｖ??图２－３坐标系统??在垂直于ｆｌ的平面中，材料被认为是各向同性的。主应力是通过参考轴；＜?与主应力方向对齐??的另一坐标系来定义。；ｃ，和；ｃ丨之间的角度０称为层理角度。??针对于线性项对本模型中各向异性参数的引入没有影响，而非线性项则影响较大，可以通过??参照纵坐标；＜，对非线性项进行修改并引入各向异性参数，而四阶张量与函??数，勾）是无关的，其表达形式如下：??＋ｃｏｓ０ｃｏｓ０?—ｓｉｎ＾ｃｏｓ＾?０??Ａ?＝?—ｓｉｎ＾ｃｏｓ＾?＋ｓｉｎ＾ｓｉｎ?沒?０?（２－１０）??０?０?０??通过定义含有各向异性参数的四阶张量函数：??Ｂ？ｋｉ?＝?４，＾＋＋?ｉＰ?＋?Ａｊ＾
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【参考文献】：
期刊论文
[1]砂土正交组构幅值参量的定量分析[J]. 李学丰,何玉琪,刘金锋,何维刚. 岩土力学. 2017(12)
[2]基于体视学原理砂土孔隙组构的图像分析[J]. 李学丰,何玉琪,孟凡超. 同济大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]各向异性砂土宏微观特性三维离散元分析[J]. 蒋明镜,张安,付昌,李涛. 岩土工程学报. 2017(12)
[4]考虑砂土颗粒形状的细观组构定量描述[J]. 李学丰,王奇,刘金峰,吴伟,孟凡超. 中国公路学报. 2016(10)
[5]宏细观结合各向异性砂土的变形特性模拟[J]. 李学丰,孔亮,袁琪,王燕昌. 同济大学学报(自然科学版). 2016(02)
[6]考虑颗粒破碎对特征孔隙比影响的堆石体亚塑性本构模型[J]. 明华军,孙开畅,徐小峰,史存鹏. 岩土力学. 2016(01)
[7]岩石裂隙组构的定量测定[J]. 李学丰,王兴,袁琪. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[8]各向异性砂土剪切带角度的理论分析[J]. 李学丰,袁琪,马文国. 土木建筑与环境工程. 2015(04)
[9]砂土材料状态相关临界状态各向异性模型[J]. 李学丰,袁琪,王兴. 土木建筑与环境工程. 2015(03)
[10]基于非共轴理论的各向异性砂土应变局部化分析[J]. 李学丰,黄茂松,钱建固. 工程力学. 2014(03)
本文编号：3459756
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