基于砂土顆粒的毛細(xì)效應(yīng)特性制備砂土試樣,在0°～90°范圍內(nèi)選取若干沉積方向,在中圍壓條件下進(jìn)行三軸固結(jié)排水剪切試驗(yàn)。試驗(yàn)表明:沉積方向?qū)υ嚇訌?qiáng)度和變形特性有顯著影響。通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到沉積方向和偏應(yīng)力的關(guān)系,結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果對Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則進(jìn)行修正,建立一種密砂初始各向異性本構(gòu)模型;對本構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值積分,并對密砂固結(jié)排水剪切試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬,分析偏應(yīng)力、體積變化以及主應(yīng)力方向的變化。將數(shù)值分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,結(jié)果表明:二者相吻合,本構(gòu)模型能夠合理地預(yù)測試驗(yàn)結(jié)果。所建立的本構(gòu)模型可用于砂土初始各向異性的研究工作中。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,37(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

變化-應(yīng)變關(guān)系(relationofvolumechangeandstrain)圖2密砂剪切試驗(yàn)結(jié)果分析Fig.2Resultsanalysisofdensesandsheartests(b)體積

、c、d、i、j、k、l、m、n、s、t均為張量坐標(biāo)。為了反映沉積方向?qū)υ嚇訌?qiáng)度的影響，對廣義剪應(yīng)力q進(jìn)行考慮各向異性影響的調(diào)整，將式(7)與式(1)相乘。調(diào)整后的廣義剪應(yīng)力為2()32()e2CDijijqABss(16)基于有限元軟件ABAQUS的二次開發(fā)端口UMAT，采用顯式積分算法和自動分步法，對本構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值積分，詳見文獻(xiàn)[6]。圖4有限元模型Fig.4Numericalmodeloftest4數(shù)值分析及驗(yàn)證4.1有限元模型采用縮減積分單元形式建立有限元模型，如圖4所示。采用平面應(yīng)變假定，模型寬度為70mm、高度為140mm。底面約束水平和豎向位移，側(cè)面施加圍壓，頂面施加偏應(yīng)力。前述本構(gòu)模型通過ABAQUS用戶子程序UMAT調(diào)用，具體流程詳見文獻(xiàn)[6]。模型參數(shù)如表1所示，沉積方向分別采用0°、30°、60°、75°、90°。4.2數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果對比(=0°)數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：①數(shù)值模型能夠正確反映密砂的應(yīng)變軟化特征，計(jì)算得到的應(yīng)力峰值比試驗(yàn)結(jié)果略大，殘余強(qiáng)度相一致；②計(jì)算得到的剪縮量比試驗(yàn)結(jié)果略小，但是，兩者的剪脹量比較接近；③數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果的差異主要集中在剪切變形的初期。數(shù)值模型采用的彈性模量是常數(shù)，而試驗(yàn)過程中試樣的彈性模量是隨著試樣的變形而發(fā)生變化的，因此，后期的研究工作將側(cè)重于解決彈性模量的處理。(a)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系(relationofstressandstrain)(b)體積變化-應(yīng)變關(guān)系(relationofvolumechangeandstrain)圖5數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果對比Fig.5Comparisonbetweennumericalsimulationandtestresults4.3其他沉積方向的試驗(yàn)結(jié)果分析

2108應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)第37卷pp33sin23(12)其中：q為廣義剪應(yīng)力；J3為偏應(yīng)力張量第三不變量；sij為偏應(yīng)力張量。塑性硬化模量pK的表達(dá)形式為ppijfgK(13)其中p，如式(9)所示。彈性模量E和剪切模量G的關(guān)系為21312EG(14)其中為泊松比。本構(gòu)模型的表達(dá)形式為pijababklcdcdijijklklmnmnststERElEKlER(15)其中：/ijijRg；/ijijlf；ijklE為彈性模量張量形式；下標(biāo)a、b、c、d、i、j、k、l、m、n、s、t均為張量坐標(biāo)。為了反映沉積方向?qū)υ嚇訌?qiáng)度的影響，對廣義剪應(yīng)力q進(jìn)行考慮各向異性影響的調(diào)整，將式(7)與式(1)相乘。調(diào)整后的廣義剪應(yīng)力為2()32()e2CDijijqABss(16)基于有限元軟件ABAQUS的二次開發(fā)端口UMAT，采用顯式積分算法和自動分步法，對本構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值積分，詳見文獻(xiàn)[6]。圖4有限元模型Fig.4Numericalmodeloftest4數(shù)值分析及驗(yàn)證4.1有限元模型采用縮減積分單元形式建立有限元模型，如圖4所示。采用平面應(yīng)變假定，模型寬度為70mm、高度為140mm。底面約束水平和豎向位移，側(cè)面施加圍壓，頂面施加偏應(yīng)力。前述本構(gòu)模型通過ABAQUS用戶子程序UMAT調(diào)用，具體流程詳見文獻(xiàn)[6]。模型參數(shù)如表1所示，沉積方向分別采用0°、30°、60°、75°、90°。4.2數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果對比(=0°)數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：①數(shù)值模型能夠正確反映密

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：3026211