天然软粘土蠕变特性和各向异性的本构模型研究

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天然饱和软粘土因其力学性质复杂,给工程实践带来了极大的困难,一直是岩土工程领域的一个重要研究方向。天然饱和软粘土除了具有结构性和各向异性之外,还具有易蠕变特性,这使得土工建筑在投入运营之后仍会产生惊人的变形,甚至倒塌。但目前,国内外学者关于这方面的试验及理论研究成果还较少,还有待进一步的丰富和完善。鉴于此,本文在前人关于软粘土蠕变特性试验和理论的研究基础上,对天然饱和软粘土在静、动荷载作用下的受力变形进行了系统的研究,提出了可以考虑蠕变特性和循环加载特性的天然软粘土的各向异性弹粘塑性边界面模型。本文的主要研究内容如下:1.通过查阅大量文献,对前人关于软粘土的结构性、各向异性和蠕变特性的研究成果及其对工程性质的影响进行总结;在此基础上,对目前现有的考虑结构性、各向异性、蠕变特性及循环加载特性的本构模型进行分析。2.对基于重塑软粘土提出的临界状态理论及其在此基础上建立的临界状态模型进行阐述,分析其在描述天然土体的某些性质时存在的不足,进而引入边界面理论这一新思路,并对边界面理论及模型进行了简单介绍,为建立本文的边界面模型奠定理论基础。3.建立了可以考虑静荷载作用下天然结构性软粘土蠕变特性的各向异性弹粘塑性边界面模型。该模型是在前人建立的可以考虑天然结构性和各向异性边界面模型的基础上,通过引入滞后变形的概念,对结构性损伤演化法则和各向异性旋转硬化法则进行修正,并将它们与各向同性硬化法则统一于采用相关联流动法则的边界面模型中。通过对多组室内三轴蠕变试验结果进行模拟,验证其可靠性。4.在本文第三章的研究基础上,通过改进映射法则建立了一个可以考虑循环蠕变效应的弹粘塑性边界面模型。该模型在考虑循环加载时采用映射中心可移动的映射法则,将循环加载过程中加载和卸载过程统一为一个加载过程,同时引入滞后变形的概念,使其不仅可以单独考虑土体的蠕变性和循环加载特性,还可以考虑软粘土循环-蠕变耦合特性。并通过对温州饱和软粘土和上海灰色淤泥质土的循环三轴不排水蠕变试验进行模拟计算,验证其准确性。
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