【摘要】：由于土石壩、高速公路與高速鐵路、高層建筑、核電站等工程的不斷興建,粗粒土被廣泛地應(yīng)用在土石壩、橋梁墩臺(tái)、公路和鐵路路基、高填方和軟基礎(chǔ)處理等工程中,粗粒土是主要的填筑材料之一,其力學(xué)性質(zhì)決定著工程的可靠度,故粗粒土的力學(xué)特性與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系已經(jīng)成為了研究巖土工程問(wèn)題的重要課題之一。復(fù)雜應(yīng)力路徑和高應(yīng)力下,土體與地基會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低的問(wèn)題,而土體作為彈塑性材料,強(qiáng)度和變形與所處的應(yīng)力狀態(tài)及其經(jīng)歷的應(yīng)力路徑相關(guān)。對(duì)土的應(yīng)力路徑實(shí)際情況進(jìn)行模擬是描述土體在外力作用下應(yīng)力變化過(guò)程最直接的反映,可以模擬土的實(shí)際的應(yīng)力歷史。同一種巖土材料,當(dāng)加載方法和實(shí)驗(yàn)手段不同時(shí),剪切破壞也會(huì)有不同的應(yīng)力變化過(guò)程,其土的強(qiáng)度與變形特性也將出現(xiàn)非常大的差異,故研究土的應(yīng)力變化過(guò)程對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)的影響,在土體分析中,反映土體應(yīng)力歷史條件等有很大意義。本文以粗粒土為研究對(duì)象,完善和發(fā)展了一個(gè)基于模糊集塑性理論的硬化塑性模型,并驗(yàn)證了該模型的有效性。此模型不同于傳統(tǒng)的彈塑性模型,它提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何圖形來(lái)描述粗粒土塑性硬化模量的變化規(guī)律,不需要用到復(fù)雜的函數(shù)表達(dá)式來(lái)表征材料的運(yùn)動(dòng)硬化準(zhǔn)則,應(yīng)用起來(lái)更加易于表達(dá)和實(shí)現(xiàn)。主要工作如下:1、發(fā)展了粗粒土的硬化塑性本構(gòu)模型,研究探討了不同應(yīng)力路徑下粗粒土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。2、在模糊集塑性理論的基礎(chǔ)上,針對(duì)Reid Bedford sand(瑞德貝德福德砂)的常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù),利用編程軟件MATLAB,采用應(yīng)力控制算法,進(jìn)行數(shù)值模擬,通過(guò)對(duì)比,本文建立的模糊集硬化塑性模型能夠模擬粗粒土在常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)中的力學(xué)特性,并驗(yàn)證了所建模型的正確性及有效性。3、利用上述建立的硬化塑性本構(gòu)模型,針對(duì)其相關(guān)模型參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。其中主要模型參數(shù)包括:彈性體積模量K、彈性剪切模量G;模糊錐面系數(shù)0a、1a;塑性模量參數(shù)M、d;剪脹函數(shù)系數(shù)a;狀態(tài)參數(shù)ψ等。在本文中,進(jìn)行模糊集硬化塑性理論本構(gòu)模型的參數(shù)敏感性分析,是將每一次的數(shù)值模擬都視作一次具體的試驗(yàn),將模型參數(shù)視為試驗(yàn)中的隨機(jī)變量,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法,對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從而研究數(shù)值模擬的結(jié)果中其參數(shù)的敏感性程度,區(qū)分其主要參數(shù)和次要參數(shù),對(duì)粗粒土應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的影響。4、利用上述已驗(yàn)證的粗粒土硬化塑性本構(gòu)模型,研究探討不同應(yīng)力路徑下粗粒土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系,根據(jù)美國(guó)CASE數(shù)據(jù)庫(kù)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù),選用空心圓柱體扭剪試驗(yàn)中Reid Bedford砂的試驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行對(duì)比與校正。通過(guò)對(duì)比可知,本文所建立的硬化塑性模型,能夠較好的模擬粗粒土的力學(xué)特性,并進(jìn)一步驗(yàn)證了所建硬化塑性模型的正確性與有效性。5、最后,闡述了本文主要結(jié)論,并根據(jù)結(jié)論提出了相關(guān)展望。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU43

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2752859