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结构性土本构模型研究

【摘要】: 本文首先介绍了结构性土性质研究的意义,对目前结构性土研究现状进行了总结,并从理论、试验、计算模拟几个方面对结构性土的基本性质和本构模型进行研究,提出了基于能量耗散原理的土的结构性本构模型。 采用在原料土中掺入微量普通硅酸盐水泥的方法制备具有不同胶结强度和初始孔隙比的结构性土样,模拟天然结构性原状土的受力变形性质。试验表明,人工制备的结构性土具有与原状结构性土相同的受力变形规律,并且突出了研究重点,摒弃了次要因素对试验结果的影响。 建立在热力学基本定律基础上的重塑土的热力学本构模型更符合实际土体的受力变形规律,克服了传统弹塑性理论的缺陷。通过结构性土的等向压缩曲线,引进结构性影响因子,进而定义了结构破损应力的概念,建立了结构性土的硬化规律。 试验结果表明,结构性土具有明显的初始屈服面,在初始屈服面内,土体变形表现为弹性,超过屈服面则表现为弹塑性性质。胶结强度越大,结构性越强,土体在低围压作用下的不排水剪切试验时的应力应变关系表现为应变软化,在高围压作用下表现为应变硬化,而在排水剪切试验中的应力应变关系均表现为应变硬化。 最后本文对结构性本构模型参数进行了讨论,给出了参数的合理取值范围,根据试验数据,利用遗传算法在可行解空间搜索模型参数的合理取值,使模型计算结果与试验结果相吻合。最终结果表明本文结构性本构模型对结构性土的力学特性具有较好的预测作用,模拟结果可靠。

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