天然软黏土由于自身复杂的力学性质,常给工程实践带来许多困难和麻烦,对于其变形和强度特性的研究也因此成为了土力学研究中的热点问题。天然状态下的软黏土受到沉积固结的影响,通常具有明显的各向异性和结构性。此外,土体的应力历史也会对其力学特性产生重要的影响,实际工程中的软黏土常因经历卸载再加载等复杂应力路径而处于超固结状态,因此在本构模型中增加对于软黏土超固结特性的考虑也具有十分重要的意义。鉴于此,本文在前人工作基础上,从规律分析、理论推导、数学建模三个方面,较为系统地研究了天然软黏土的塑性各向异性、超固结特性以及结构屈服特性,建立了能够考虑循环加载特性的超固结天然软黏土各向异性弹塑性模型。本文的主要研究内容和成果如下:1.基于现有的文献资料,对前人关于软黏土各向异性、超固结特性和结构性的研究成果及其对工程特性的影响进行了简要概述;并在此基础上较为全面地总结分析了考虑软黏土各向异性、超固结特性、结构性及循环加载特性的本构模型研究进展,从而明确了本文的主要思路。2.简要介绍了软黏土临界状态理论及以此为依据的传统临界状态模型的特点。在对其进行简要评述的同时,针对其不足之处,引入了上、下负荷屈服面理论,并推导了上下负荷面修正剑桥模型的本构方程,为本文后续模型的建立奠定了理论基础。3.建立了适用于正常固结及超固结重塑软黏土的各向异性下负荷面模型。基于各向同性的下负荷面修正剑桥模型,参考沈恺伦(2006)对于各向异性的描述方法,在采用各向异性屈服面的同时引入各向异性状态变量及旋转硬化法则,以综合考虑土体的初始各向异性及应力诱发各向异性;引入Coliins等(2002)提出的非等向硬化法则,将其与旋转硬化法则以及超固结状态变量统一于采用相关联流动法则的下负荷面弹塑性模型中;在对模型参数进行详尽分析后,通过对多组软黏土试验结果的模拟及与其它模型的对比,充分验证了其合理性与有效性。4.进一步建立了一个同时适用于静、动力荷载条件下的天然软黏土上下负荷面弹塑性模型。针对建立的重塑软黏土各向异性下负荷面模型无法合理描述天然软黏土的结构性及其在交变荷载条件下的部分力学特性,参考Zhang等(2007)对于结构性的描述方法,对其结构性状态变量的演化法则进行改进;同时在程序上实现了对于循环加载的模拟,重点研究了循环荷载下天然软黏土的累积应变特性。模型能综合考虑循环荷载下天然软黏土的各向异性及结构性,通过对相关试验的模拟计算及与其它模型的对比,初步验证了模型的有效性。