粗粒土硬化弹塑性本构模型的应力路径相关性研究

发布时间：2020-07-13 02:59

【摘要】：由于土石坝、高速公路与高速铁路、高层建筑、核电站等工程的不断兴建,粗粒土被广泛地应用在土石坝、桥梁墩台、公路和铁路路基、高填方和软基础处理等工程中,粗粒土是主要的填筑材料之一,其力学性质决定着工程的可靠度,故粗粒土的力学特性与应力-应变关系已经成为了研究岩土工程问题的重要课题之一。复杂应力路径和高应力下,土体与地基会出现强度和稳定性降低的问题,而土体作为弹塑性材料,强度和变形与所处的应力状态及其经历的应力路径相关。对土的应力路径实际情况进行模拟是描述土体在外力作用下应力变化过程最直接的反映,可以模拟土的实际的应力历史。同一种岩土材料,当加载方法和实验手段不同时,剪切破坏也会有不同的应力变化过程,其土的强度与变形特性也将出现非常大的差异,故研究土的应力变化过程对土体力学性质的影响,在土体分析中,反映土体应力历史条件等有很大意义。本文以粗粒土为研究对象,完善和发展了一个基于模糊集塑性理论的硬化塑性模型,并验证了该模型的有效性。此模型不同于传统的弹塑性模型,它提供了一个简单的几何图形来描述粗粒土塑性硬化模量的变化规律,不需要用到复杂的函数表达式来表征材料的运动硬化准则,应用起来更加易于表达和实现。主要工作如下:1、发展了粗粒土的硬化塑性本构模型,研究探讨了不同应力路径下粗粒土的应力—应变关系。2、在模糊集塑性理论的基础上,针对Reid Bedford sand(瑞德贝德福德砂)的常规三轴压缩试验数据,利用编程软件MATLAB,采用应力控制算法,进行数值模拟,通过对比,本文建立的模糊集硬化塑性模型能够模拟粗粒土在常规三轴压缩试验中的力学特性,并验证了所建模型的正确性及有效性。3、利用上述建立的硬化塑性本构模型,针对其相关模型参数进行敏感性分析。其中主要模型参数包括:弹性体积模量K、弹性剪切模量G;模糊锥面系数0a、1a;塑性模量参数M、d;剪胀函数系数a;状态参数ψ等。在本文中,进行模糊集硬化塑性理论本构模型的参数敏感性分析,是将每一次的数值模拟都视作一次具体的试验,将模型参数视为试验中的随机变量,采用正交试验设计的方法,对其进行统计分析,从而研究数值模拟的结果中其参数的敏感性程度,区分其主要参数和次要参数,对粗粒土应力—应变关系的影响。4、利用上述已验证的粗粒土硬化塑性本构模型,研究探讨不同应力路径下粗粒土的应力—应变关系,根据美国CASE数据库中的试验数据,选用空心圆柱体扭剪试验中Reid Bedford砂的试验结果,进行对比与校正。通过对比可知,本文所建立的硬化塑性模型,能够较好的模拟粗粒土的力学特性,并进一步验证了所建硬化塑性模型的正确性与有效性。5、最后,阐述了本文主要结论,并根据结论提出了相关展望。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU43

【共引文献】