岩土破损力学的系统论基础

天然岩土材料与其它材料的根本不同点在于它的结构性,而形成结构性的根本原因在于胶结的不均匀性。胶结强的部位形成结构体,胶结弱的部位形成结构面。岩土材料是由结构体和破损带组成的二元介质。本文分析了岩土材料的系统特性,对岩土破损力学进行了介绍,从非线性科学的角度阐述了岩土破损力学的系统论基础。

不同应力路径下结构性土体本构模型研究

为了研究结构性土在外力作用下结构破损规律及本构模型,在岩土破损力学的框架内,基于细观尺度根据土颗粒在外力作用下的受力模型,建立了胶结土颗粒间变形的几何方程,同时结合结构性土破损的物理力学方程,推导了结构性土在外力作用下破损过程中应变集中系数c和胶结破损率λ的变化规律及本构模型,并讨论了土体模量E和土颗粒间的切向接触刚度ks对模型的影响。研究结果表明:c在荷载作用下随着应变增大呈减小趋势,且主要受ks的影响。λ在受力过程中随着应变的增大而增大,且主要受E的影响;不同的围压下对岩土体进行加载,剪应力呈增大趋势,其性质表现为硬化现象;若对围压进行卸载,剪应力呈先增大,后减小的趋势,岩土体的性质表现为软化现象。

冻土二元介质模型探讨——以-6℃冻结粉土为例

二元介质模型已成功用于模拟未冻结岩土材料,比如岩石、均质或各向异性结构性土、超固结黏土、堆石料以及黄土。类似地,为了探讨冻土的应力应变关系,此处引入二元介质模型来模拟其应力应变关系。基于岩土破损力学理论框架和二元介质模型概念,将饱和冻结粉土抽象成具有强胶结特性的胶结元（冻土骨架）和无胶结特性的摩擦元（融土骨架）,胶结元在一定围压下会产生压碎和压融现象,随围压的增大逐步破损并向摩擦元转化,二者共同承担外荷载。在-6℃和0.3~15.0 MPa围压下对冻结粉土进行了一系列低温三轴压缩试验,结果表明：随变形的增大,应力应变曲线均呈三阶段变化,分别是线弹性阶段、弹塑性阶段和应变软化阶段;强度随围压的增大呈先增大后减小的趋势,极限强度对应下的围压称为临界围压,且临界围压下的软化现象最不明显。通过细观角度运用二元介质模型概念探讨了冻土变形破损机理,在非均质材料均匀化理论基础上建立了冻土二元介质模型,讨论了破损率函数演化规律。理论与试验结果对比表明,所建立的模型可以较好地模拟冻土的应变硬化和软化现象。