非饱和土SFG弹塑性本构模型的改进与验证

发布时间：2020-10-14 23:29

　　 土体在自然状态下受到温度、大气降雨等自然环境的影响,其饱和度时常处于变化的状态,这使得天然状态下构成土壤的固、液、气三相物质之间的比例并非是恒定不变的。土在湿化或者干燥过程中均会产生变形,土体湿化是诱发地基沉降、边坡失稳、路基沉陷等一系列严重工程事故的重要原因。人们要找到更加安全、经济、可靠的方式预防或处理地基土体中因饱和度的变化而在实际工程产生的工程事故,首先要做的工作就是深入认识非饱和土体的应力变形现象随饱和度变化的规律。因此进行非饱和土弹塑性本构模型的研究对于预防或处理土体因饱和度变化而造成的工程事故具有深远的意义。本文对SFG模型的屈服面进行改进后推导出其相应的弹塑性本构关系,并将改进的模型编制成程序。通过对南昌某地红土进行试验,测定了模型验证所需的计算参数。将参数输入模型程序运算,并将运算所得结果与非饱和三轴试验数据进行对比。验证模型模拟非饱和土应力-应变行为的正确性,具体工作内容如下:(1)本文在SFG模型的加载湿陷屈服面的基础上,把联合型屈服面的改进方法引入其中,得到一种新的改进屈服面。新的改进的屈服面在拥有光滑连续性的基础上,既具有SFG模型中的加载湿陷屈服面(LC屈服面)的特性,也能够反应BBM模型中提出的吸力增加屈服面(SI屈服面)的特性。在改进屈服面的基础上,基于弹塑性理论框架,推导出相应的弹塑性本构关系。改进后的模型克服了原模型中单一LC屈服面无法描述吸力大于临界饱和吸力值s_(sat)后,吸力增加会产生塑性变形的问题。也简化了双屈服面模型中屈服面的耦合分析,拓宽了SFG模型的适用性。(2)基于弹塑性本构关系的推导成果,利用Matlab数值计算软件对轴对称应力状态下非饱和土弹塑性本构关系的计算过程进行编程,为模型的可靠性验证计算提供了便捷的方法。(3)使用非饱和土固结直剪仪对南昌某地区的红土进行了模型参数试验,得到了模型计算所需的十一个参数:λ_(vp)、κ_(vp)、s_(sat)、G、M、m、s~c、e_0、p_(y0)、p_(yn0)、s_0,为模型的验证提供了数据保障。(4)通过试验得到了南昌某地区的红土土样的压缩系数λ、回弹系数κ随基质吸力s的变化规律,并与模型预测的参数规律进行对比,两者较为吻合,验证了SFG模型模拟非饱和状态下的红土应力-应变行为的可行性。(5)将试验所得到的红土计算参数输入模型程序进行运算,模拟非饱和土样在多种应力路径下的应变行为,并将计算所得到的应力-应变关系曲线与课题组中成员对同种红土在相同应力路径下的非饱和三轴试验所得应力-应变关系曲线进行对比,发现两者所得关系曲线较为吻合。使用模型程序模拟Cunningham等人对重塑粉质黏土进行的非饱和三轴试验,并将计算结果与已发表文献中的试验结果进行比较,发现模型的模拟结果与试验所得应力-应变关系曲线较为接近。验证了模型对非饱和土的应力-应变行为模拟的可靠性。
【学位单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU43
【部分图文】：

第 1 章 绪论，饱和度接近饱和且几乎不会随着吸力的改变而改变；土体和度会随着吸力的升高迅速降低；土体处于残余区，由于土通状态，饱和度随吸力升高而降低的趋势趋于平缓。而目前学特征曲线形态的影响因素比较公认的看法是：土体的矿物成力历史的不同，是造成土体土水特征曲线形态差异的主要原

技术路线图

变与应力关系式的建立模型中认为非饱和土的体应变v 与净平均应力ap=p-u 或基质为基质吸力 s 引起的体应变与平均应力 p 引起的体应变之基质吸力改变与净平均应力改变对土体体应变的影响需要学中认为有效应力与比体积之间有以下关系表达式：d dddwv vp vpw wv pu-v p -u p -u wu 为空隙水压力，p 为平均应力，dv 为体应变增量，v为比量，λvp为饱和土正常固结压缩线 NCL 斜率，可以根据仅向固结试验绘制的 v-lg 曲线得到，曲线如图 2.1 所示。 模型的建立
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本文编号：2841350