濕陷性黃土的增濕結構性非線性本構模型研究及應用.pdf

1、黃土的應力和含水率狀態(tài)對應著一定的結構狀態(tài),微觀結構性的改變,引起宏觀力學性狀的改變。濕陷性黃土在力與水的共同作用下,產生原生結構的損傷和濕陷變形,對增濕和加荷耦合作用下的結構性變化規(guī)律,應力應變關系和增濕變形等力學特性的研究有重要的意義。本文研究了不同含水率和固結圍壓條件下原狀結構性黃土的應力應變變化規(guī)律,以及由增濕、固結作用和剪切變形引起的結構性損傷規(guī)律;統(tǒng)一考慮增濕和加荷對土體結構的損傷破壞,把含水率作為一個重要的變量,建立了可以

2、反映結構性變化的濕陷性黃土增濕結構性非線性本構模型(LSM Model);然后針對本文本構模型,分別給出了基于切線模量和割線模量的兩種有限元迭代算法,利用有限元通用程序ANSYS的二次開發(fā)功能,實現了模型的數值計算;最后以黃土公路地基為研究對象,應用本文的本構模型,結合具體的邊值條件分析了其加載過程的變形發(fā)展和應變軟化特性,以及增濕過程的變形規(guī)律。主要研究成果:(1)揭示了濕陷性黃土在增濕和加荷作用過程中的變形和強度變化規(guī)律,以及黃土的

3、結構性在增濕、等向壓縮和增濕、剪切條件下的損傷演化規(guī)律,建立了反映結構性變化的損傷參數;(2)從黃土的結構性變化統(tǒng)一考慮,認為結構性黃土的硬化型和軟化型應力應變關系曲線都反映了原生結構損傷和次生結構生成的過程,是黃土結構性變化發(fā)展的統(tǒng)一過程,因此可以建立統(tǒng)一的結構性本構模型描述土體的變形和強度發(fā)展過程;(3)建立的考慮結構損傷的濕陷性黃土非線性本構模型,能夠統(tǒng)一描述應變軟化和硬化型應力應變關系曲線,反映結構性黃土在含水率和應力連續(xù)變化條

4、件下的變形和強度特性。應用本文模型進行增濕和應力耦合條件下的變形和強度計算,可以擺脫以飽和浸水濕陷量對濕陷性進行評價的保守作法,實現了土的結構性與其本構模型研究的統(tǒng)一;(4)提出了基于本文本構模型的有限元應力積分算法,并探討了自定義本構模型在ANSYS中實現的通用方法;(5)對路基荷載作用下的結構性黃土地基研究表明:在具體邊值條件下,本文本構模型(LSM Model)能夠反映地基原狀結構性土體的實際變形過程和結構性變化規(guī)律,模擬了土體應