【摘 要】
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土壤动力学是非常复杂的问题,它以弹塑性力学为理论基础,与岩石力学、土工及地基基础和车辆地面力学等学科分支有密切关系。本论文是结合国家自然科学基金与NSFC-RS项目,是耕作
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土壤动力学是非常复杂的问题,它以弹塑性力学为理论基础,与岩石力学、土工及地基基础和车辆地面力学等学科分支有密切关系。本论文是结合国家自然科学基金与NSFC-RS项目,是耕作过程土壤动力学国际合作项目的前期研究,目的是采用实验和数值相结合的方法去探寻一套科学的研究途径,进而选择适合的土壤模型和确定相关物性参数,为后续的土壤动力学研究做准备。
本文的研究主要包括以下两个方面:(1)土壤和试样的实验研究:对选定的土壤和试样进行分析,并完成典型的土力学实验,包括颗粒分析、拉伸、压缩、直剪和常规三轴压缩试验,全面测定该土样的特性。
(2)土样压缩实验的数值模拟:利用商业有限元软件,根据土力学实验曲线的特征选择土壤本构模型,对实验土样压缩过程进行数值模拟,预测土体材料屈服破坏发生发展过程和典型的破坏面。模拟先后试用了两种本构模型,一种是材料和几何非线性的广义弹塑性模型,另一种是作者把Duncan-Chang模型和Drucker-Prager模型相结合的复合模型。
模拟结果与实验的比较表明,采用广义弹塑性模型时二者的应力-应变曲线相当一致,并且模拟屈服面与实验破坏面也基本符合,数值模拟能预测出材料屈服到发生初始破坏的过程;不足的是模拟曲线未能很好反映加载阶段的非线性特征,作者采用把Duncan-Chang模型和Drucker-Prager模型相结合的复合模型可以解决这一问题,并完成了小变形情况下的模拟。
从本文研究可以归纳出土壤动力学研究的合理思路:
(1)在静载条件下进行土壤试样的典型土力学实验研究,依据实验结果,探寻适合的本构模型,并获取土壤试样的物性参数。
(2)对土壤试样的典型土力学实验进行相应本构模型的数值模拟,并将二者的结果进行比较,如二者相符,则验证了研究过程的实用性。
(3)在经过上述两步得到适用的模型和相应的物性参数后,就可以采用有限元法与离散元法相结合的方法,进行土壤动力学的数值模拟。
本文的创新点可概括为两点:一是将实验和数值计算相结合,两者相互印证;二是将Duncan-Chang模型和Drucker-Prager模型结合在一起的数值计算模型。
本文方法与某些研究中回避实验而随意设定条件的数值模拟不同,具有科学性和可靠性。
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