考慮應力各向異性土體本構模型及其應用研究.pdf

1、本文首先在河海大學ZSY-1真三軸試驗儀上進行了主要針對砂土的系列不等向固結后單向加載試驗.通過對裝樣方法的試驗驗證,表明振搗濕法裝樣可以有效消除制樣所引起初始各向異性的影響;在前人試驗的基礎上,進一步驗證和揭示了土體在復雜應力狀態(tài)下的各向異性應力變形規(guī)律;為建立各向異性模型提供了試驗依據(jù).通過對真三軸試驗和相關資料試驗結果分析比較,表明在三向應力狀態(tài)下,土體這種非連續(xù)介質(zhì)散粒體材料具有典型的應力各向異性;在復雜應力狀態(tài)下土體真三軸試驗

2、揭示的出土體各向異性基本規(guī)律基礎上,從柔度矩陣的角度分析各向異性的影響,總結了復雜應力狀態(tài)下柔度矩陣應該具有的特征,同時對現(xiàn)有模型的局限性進行深入分析;提出應力各向異性是土體這種散粒體非連續(xù)介質(zhì)材料區(qū)別于一般典型彈性連續(xù)介質(zhì)材料的根本特性之一考慮各向異性特點,從實用角度出發(fā),對既有常用的土體非線性彈性本構模型的深入分析;在常用經(jīng)典非線性彈性模型—鄧肯E-v非線性彈性土體本構模型基礎上,結合真三軸試驗結果所揭示的復雜應力條件下土體應力各向

3、異性特性,建立一種近似的實用各向異性非線性彈性模型,從而從一定程度上反映土體應力各向異性的影響結合坐標轉(zhuǎn)換方法,通過適當假設,給出各向異性模型在一般應力空間的應力應變關系轉(zhuǎn)換矩陣,推導了平面問題的各向異性有限元格式;在河海大學BCF固結有限元程序的基礎上,通過添加各向異性模型的相應程序段,編制了各向異性固結有限元計算程序,對一簡單算例進行了數(shù)值計算分析,并和鄧肯E-v模型計算結果進行比較,結果初步驗證了各向異性模型和程序的可靠性.依據(jù)本

4、文各向異性模型和平面固結有限元程序,對某面板堆石壩進行平面應力變形分析,并和常規(guī)鄧肯模型計算結果及現(xiàn)有實測資料比較,分析了各向異性對于面板堆石壩應力變形的影響;通過分析蓄水期間面板堆石壩的加荷特征,說明在此階段在壩體內(nèi)由于應力各向異性的影響,壩體材料的應力應變規(guī)律和常規(guī)模型有所不同,并將對壩體應力變形特征,尤其是面板上的變形和應力分布規(guī)律產(chǎn)生顯著影響.現(xiàn)有模型因為不能合理考慮這種應力各向異性的影響,采用了較大的泊松比和較小的彈性模量,計

5、算出的面板拉應力分布區(qū)域和數(shù)值大小和現(xiàn)有的實測資料比較,都普遍偏大.本文提出的各向異性非線性彈性模型能從一定程度上考慮這樣各向異性的影響,計算的面板應力變形規(guī)律更符合實際規(guī)律;鑒于土體本質(zhì)上的彈塑性特性,以及彈塑性模型在土體本構理論研究中的重要地位,本文在前人研究的基礎上,以劍橋模型為基礎,借鑒關口太田模型的建模思想,通過在修正劍橋模型中引入新的應力比參數(shù),初步嘗試建立各向異性彈塑性模型.將關口太田模型的彈頭形屈服軌跡修正成為橢圓形屈服