【摘要】：砂土宏觀連續(xù)、細(xì)微觀離散、失穩(wěn)和破壞都是漸進(jìn)的過程,復(fù)雜的多尺度機(jī)理造成其穩(wěn)定和變形分析長(zhǎng)期單獨(dú)、分開進(jìn)行研究。傳統(tǒng)彈塑性理論復(fù)雜及其模型參數(shù)多造成其漸進(jìn)破壞的工程應(yīng)用非常困難,同時(shí)漸進(jìn)破壞涉及到剪切帶產(chǎn)生后的局部化變形,多尺度研究無法避免。為此,本文用離散元模擬砂土真實(shí)三維空間的變形破壞過程,借助李學(xué)豐等在砂土細(xì)觀組構(gòu)定量測(cè)定方面的研究成果,將細(xì)微組構(gòu)特性和宏觀漸進(jìn)破壞特性聯(lián)系起來,基于新的建模思想——亞塑性理論,構(gòu)建組構(gòu)相關(guān)的各向異性模型,并考慮主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)對(duì)宏觀力學(xué)特性影響,最終借助離散元、有限元、微極理論在描述砂土漸進(jìn)破壞的優(yōu)勢(shì),利用雙軸試驗(yàn)的應(yīng)變局部化宏觀現(xiàn)象,從多尺度結(jié)合的角度研究砂土的漸進(jìn)破壞特性。主要工作和結(jié)論如下:(1)基于離散元法構(gòu)建了不同顆粒形狀的試樣,模擬真三軸及雙軸試驗(yàn)條件下應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,研究微觀組構(gòu)演化對(duì)宏觀力學(xué)特性的影響。首先,將不同形狀的顆粒進(jìn)行定量描述,然后建立真三軸和雙軸數(shù)值模型,在宏觀尺度,研究了恒定平均應(yīng)力下,中主應(yīng)力系數(shù)對(duì)砂土的強(qiáng)度與變形特性的影響;在微觀尺度探究了顆粒形狀對(duì)砂土的強(qiáng)度與變形特性的影響,給出了加載過程中砂土組構(gòu)的演化規(guī)律,利用偏組構(gòu)的概念描述了顆粒形狀對(duì)砂土各向異性程度的影響。(2)建立亞塑性本構(gòu)模型研究砂土細(xì)觀組構(gòu)對(duì)其強(qiáng)度與變形特性的影響。采用宏細(xì)觀相結(jié)合的方法,利用組構(gòu)張量和應(yīng)力張量的概念,建立了組構(gòu)相關(guān)的各向異性狀態(tài)變量,該變量的物理意義清晰,形式較為簡(jiǎn)單。將各向異性狀態(tài)變量引入亞塑性本構(gòu)模型中的臨界狀態(tài)方程中,推導(dǎo)了考慮砂土細(xì)觀組構(gòu)的亞塑性本構(gòu)模型,使得亞塑性模型可考慮應(yīng)力歷史,并反映孔隙比及細(xì)觀組構(gòu)的影響。(3)建立了考慮主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)的各向異性亞塑性本構(gòu)模型。在組構(gòu)張量中引入主應(yīng)力軸的旋轉(zhuǎn)效應(yīng),并將該組構(gòu)張量和應(yīng)力張量結(jié)合,構(gòu)建了可考慮主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)的各向異性狀態(tài)變量,基于該變量推導(dǎo)了可考慮主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)的各向異性亞塑性本構(gòu)模型。探討了平面應(yīng)變條件下主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)對(duì)各向異性狀態(tài)變量、臨界狀態(tài)以及模型強(qiáng)度與變形特性的影響,并用平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行了模型驗(yàn)證。(4)基于有限元法結(jié)合微極理論(Micropolar theory)與推導(dǎo)的可考慮細(xì)觀組構(gòu)的亞塑性本構(gòu)模型,分析了砂土細(xì)觀組構(gòu)對(duì)于應(yīng)變局部化的影響。將可考慮微觀尺寸效應(yīng)的微極理論與亞塑性本構(gòu)模型相結(jié)合,在Abaqus軟件中建立平面應(yīng)變數(shù)值模型,一方面研究了微極理論中“特征長(zhǎng)度”對(duì)剪切帶寬度的影響,另一方面從剪切帶形成的時(shí)刻、角度、初始形態(tài)及旋轉(zhuǎn)速度等方面探究了細(xì)觀組構(gòu)對(duì)應(yīng)變局部化的影響。
【圖文】：

形成新的集合。本文采用方法（丨）來生成三種不同形狀的顆粒簇（橢球、三角體、正方體），此方法逡逑既可以反應(yīng)顆粒形狀對(duì)于砂土宏微觀力學(xué)特性的影響，又保證了比較高效的計(jì)算效率。逡逑圖２－１為兩種不規(guī)則形狀顆粒生成的示意圖，圖２－２為本文中所用到的幾種顆粒形狀。逡逑激贏逡逑⑷邐（ｂ）逡逑圖２－１不規(guī)則形狀顆粒生成示意圖：⑷粘結(jié)法：（ｂ）填充法逡逑如圖２－２所示，，在本文中一共用到了四種不同形狀的顆粒，其中，橢球體、三角體、正方體逡逑－８－逡逑

（ｃ）凹凸度Ｃ邐（ｄ）反應(yīng)顆粒真實(shí)形狀逡逑圖２－３顆粒形狀描述示意圖：（ａ）長(zhǎng)短軸比ＡＲ；邋（ｂ）球度Ｓ；邋（ｃ）凹凸度Ｃ；邋（ｄ）反應(yīng)顆粒真實(shí)形狀逡逑如圖２－３（ａ）所示，ＡＲ指的是顆粒的最短軸ｄｍｉｎ和最長(zhǎng)軸ｄｍａｘ之比；圖２－３（ｂ）中，Ｓ指與顆逡逑－９－逡逑
【學(xué)位授予單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU441

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本文編號(hào)：2701122