【摘要】：土的本構模型是現(xiàn)代土力學的基本方程,土的本構模型的研究對現(xiàn)代土力學的發(fā)展具有重要意義。現(xiàn)有用于建立土的本構模型的理論主要是基于傳統(tǒng)的金屬材料本構理論,然而土的力學特性與金屬材料有很大的不同,直接應用是不適合的,即使在其基礎上進行修正,但由于傳統(tǒng)理論基本假設及理論基礎的限制,也還是存在一定的局限性。 廣義位勢理論從數(shù)學角度出發(fā)建立了土的統(tǒng)一的本構模型理論體系,可克服金屬材料本構理論的不足而又同時包含了傳統(tǒng)理論作為其特例,從而為土的本構模型研究提供新的和更一般的理論。同時,由于土的力學性質的復雜性,還有不少問題有待于進一步深入地研究。本文基于廣義位勢理論,針對目前土的本構模型中存在的一些主要問題展開研究,提出了幾個簡化的實用本構模型并進行了初步的應用。主要研究內容及結論如下： (1)從廣義位勢理論出發(fā),揭示了傳統(tǒng)位勢理論的數(shù)學實質是在一定的假設條件下的坐標變換問題,因而傳統(tǒng)位勢理論可看作為廣義位勢理論在一定假設條件下的特例；并進一步分析了傳統(tǒng)塑性位勢理論在描述土的塑性應變增量方向非唯一性以及土的非共軸性等問題上的局限性,指出廣義位勢理論可為解決這些問題提供更為廣闊的理論基礎。 (2)針對劍橋模型中采用的“能量方程”假設所帶來的模糊性,從數(shù)學角度出發(fā)重新構建并發(fā)展劍橋模型,建立了基于廣義位勢理論的類劍橋模型。該模型既保持了原有劍橋模型參數(shù)確定簡便的優(yōu)點,同時又具有了更明確的數(shù)學基礎；此外,該模型具有更大的靈活性,通過引入一個新的參數(shù),可建立考慮剪脹性的類劍橋模型。試驗驗證結果表明：類劍橋模型計算結果與試驗結果吻合較好,且能夠反映剪脹性,效果優(yōu)于傳統(tǒng)的劍橋模型和修正劍橋模型。 (3)針對傳統(tǒng)塑性位勢理論在描述土的塑性應變增量方向非唯一性以及土的非共軸性問題上的局限性,根據(jù)基于廣義位勢理論的擬彈性彈塑性模型提出了解決方法。該模型將塑性應變增量按其主要構成特性分解為方向與應力增量方向相關的擬彈性部分和方向由總應力狀態(tài)確定的符合正交流動法則的純塑性部分,這樣分解后建立的模型更符合土的實際變形機理,并可應用于解決土的塑性應變增量方向非唯一性以及土的非共軸性問題。試驗驗證結果表明：基于廣義位勢理論的擬彈性彈塑性模型能夠同時反映土的塑性應變增量方向的唯一性(高應力水平)和非唯一性(低應力水平),以及合理地描述主應力軸旋轉過程中土的非共軸性,結果更符合實際。 (4)針對鄧肯—張模型基于廣義胡克定律的理論限制以及采用雙曲線函數(shù)擬合試驗曲線的局限性,根據(jù)基于廣義位勢理論的數(shù)值彈塑性模型提出了解決方法。該模型既保留了鄧肯—張模型在參數(shù)確定方面的簡單性,又可彌補鄧肯—張模型在反映土體剪脹性方面的缺陷。試驗驗證結果表明：基于廣義位勢理論的數(shù)值彈塑性模型計算結果與試驗結果吻合良好,且能夠反映剪脹性,從而初步證明了該模型的合理性。 (5)基于FLAC3D軟件實現(xiàn)了基于廣義位勢理論的類劍橋模型、擬彈性彈塑性模型和數(shù)值彈塑性模型的二次開發(fā),并對三峽二期圍堰等幾個工程問題進行了分析。數(shù)值模擬結果表明：與共軸模型相比,基于廣義位勢理論的擬彈性彈塑性模型能夠考慮主軸旋轉對土體變形的影響；與鄧肯—張模型相比,基于廣義位勢理論的數(shù)值彈塑性模型能夠反映土體的剪脹特性,其計算結果與實測結果具有更好的一致性,從而進一步驗證了該模型的合理性。
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【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU43

【參考文獻】

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1 包承綱 ,劉松濤 ,龔壁衛(wèi);長江三峽圍堰混凝土防滲墻方案應力應變非線性有限元分析綜合報告[J];長江水利水電科學研究院院報;1986年01期

2 劉松濤;三峽深水圍堰堰體與防滲墻聯(lián)合作用研究[J];長江科學院院報;1997年01期

3 程展林,余劍平,丁紅順;水布埡面板堆石壩填料應力應變關系試驗研究[J];長江科學院院報;1999年01期

4 沈珠江;土的三重屈服面應力應變模式[J];固體力學學報;1984年02期

5 沈細中;張俊霞;蘭雁;馮夏庭;;修正D-P模型在三峽二期圍堰分析中的應用[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2009年06期

6 殷宗澤;李宏;;三峽二期圍堰混凝土防滲墻的受力分析[J];河海大學學報;1987年01期

7 邵松桂;向大潤;;土石壩空間非線性和彈塑性的應力應變分析[J];河海大學學報;1987年05期

8 盧廷浩;向大潤;夏懷祖;;一種新的土體本構模型的建議[J];河海大學學報;1991年06期

9 劉元雪,鄭穎人;含主應力軸旋轉的土體平面應變問題彈塑性數(shù)值模擬[J];計算力學學報;2001年02期

10 范鏡泓;內蘊時間塑性理論及其新進展[J];力學進展;1985年03期

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1 姚捷;基于廣義位勢理論的土的本構模型的研究[D];武漢大學;2010年

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本文編號：2414248