饱和砂土的三剪弹塑性边界面模型研究(一)——模型理论

基于边界面模型方法研究了不同密实度和含泥量的饱和砂土在静、动荷载作用下的力学和变形特性。其中,初始边界面方程是通过改进修正剑桥模型椭圆形屈服方程得到的,后继边界面方程则是在前次边界面方程的基础上采用中心点映射法获得。针对原模型破坏应力比为定值,不能反映全应力状态和黏聚力在土体受力过程中的作用这一问题,基于三剪统一强度准则,通过等量代换法、坐标平移法对破坏应力比、相变应力比进行了修正,使修正后的椭圆形边界面适用于不同密实度和含泥量的饱和砂土。在此基础上应用边界面理论,研究了饱和砂土的三剪弹塑性边界面本构模型及有限元算式。该模型能够描述密实砂土在受力时表现的剪胀特性,同时可以反映中间主应力效应、应力区间效应、拉压差效应和黏聚力对应力-应变特性的影响。

一种改进的饱和黏土运动硬化边界面模型

为了模拟海洋风、浪等循环荷载下饱和黏土的循环稳定性,基于运动硬化准则建立改进的边界面模型.改进的模型中,基于硬化中心和边界面可移动的硬化准则,描述循环荷载引起土体的各向异性;以椭圆形边界面左端点对应的应力作为运动硬化变量,建立新型的边界面方程,以解决传统的边界面方程与该硬化准则不相适应的问题;在边界面方程中引入形状参数,以增加模型的灵活性;结合边界面的演化规律,提出一种详细的塑性模量插值方法,使模型能够真实地描述饱和黏土在低应力水平下的循环稳定特性.通过对不同固结应力和循环应力水平下累积偏应变随循环周次变化关系的预测,初步验证了改进模型的合理性;通过模拟结果与试验结果的对比,进一步验证了该模型的有效性.

一种基于边界面的饱和软黏土弹塑性动本构模型

弹塑性动本构模型对循环荷载作用下路堤和地基基础的设计具有重要意义,构建兼顾实用性和通用性的动本构模型是目前岩土工程设计面临的主要问题。在临界状态和边界面理论框架下建立了综合表征饱和软黏土循环退化、非线性、滞回和变形累积特性的弹塑性动本构模型。在p’-q空间中,将参数n,ξ引入剑桥边界面方程,提出了反映水滴形和类椭圆形的广义剑桥边界面方程,统一了边界面形状。结合三角形相似原理建立了加载面和屈服面之间映射关系,形成了考虑循环退化模量场。通过常规的室内试验,确定了模型中9个参数。开展了等向循环加载和不等向循环加载的动三轴试验和数值模拟,分析了饱和软黏土应力-应变关系和应力路径,研究结果证明了试验结果与模型预测结果基本一致,模型可合理分析饱和软黏土的循环退化、非线性、应变累积和滞回特性。