考虑温度影响UH模型.pdf

中国科学: 技术科学 2011 年 第41 卷 第2 期: 158 ~ 169 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 考虑温度影响的UH 模型 * 姚仰平 , 杨一帆, 牛雷 北京航空航天大学交通科学与工程学院, 北京 100191 * E-mail: ypyao@ 收稿日期: 2010-06-25; 接受日期: 2010-11-10 国家自然科学基金(批准号:和国家重点基础研究发展规划(“973”规划)(批准号: 2007CB714103) 资助项目 摘要 首先分析了温度对饱和粘土力学特性的影响规律, 基于真强度概念并结合潜在强度的 关键词 确定方法推导出不同温度下饱和粘土临界状态应力比的理论计算公式; 随之将温度作为变量引 粘土 入到姚仰平等人提出的UH 模型(采用统一硬化(Unified Hardening)参数建立的三维超固结土弹塑 本构模型 超固结 性本构模型) 中, 建立了能够考虑温度影响的 UH 模型; 并根据姚仰平等人提出的变换应力方法, 土的温度 将模型简单地三维化. 该模型继承并发展了 UH 模型, 不仅能够描述某一恒温下超固结土的硬 化、软化、剪胀等应力应变特性, 而且能够反映由于升温引起的体积变化特性. 与修正剑桥模型 相比, 所提出的模型仅增加了一个参数来反映粘土的前期固结压力随温度升高而降低的特性. 在 常温时此模型就退化成原始的UH 模型, 而在常温且无超固结时就退化为修正剑桥模型. 模型的 温度适用范围为介于孔隙水熔点与沸点之间的温度(例如本文所采用试验所涉及的介于适用范围 内的温度20 ℃~95 ℃). 通过与已有的试验结果对比分析表明, 模型能够较为合理地描述超固结土 的基本力学特性. 温度变化对土的工程性质有较大的影响, 近年 明屈服面的大小与温度变化有关, 且正常固结土和 来, 关于温度对土应力应变特性影响的研究已经越来 超固结土对于热的敏感程度不同, 并在此基础上建 越引起人们的重视, 对其进行研究具有重要的理论意 立了考虑温度变化影响的饱和土热弹塑性本构模型. 义和实用价值. 它被广泛应用于核废料处理[1] 、地热 之后, Hueckel 等人[9]解释了饱和土热破坏的机理. 附近粘性土层承载力问题[2] 、地热资源开发与地热结 Tanaka 等人[10]对正常固结和轻微超固结(OCR=2)重 构设计[3]等领域. 此外, 热能储存、高压电缆周围粘 塑伊利土进行了不同温度下的试验来研究其力学特 性土地层承受长期的高温作用效应问题、路面-土结 性. Sultan 等人[11]为了研究温度变化对 Boom 土前期 构体系、熔炉基础在温度反复变化作用下所产生的变 固结压力的影响与超固结比对热体积变化的影响, 形和稳定问题等[2,4,5], 也是值得深入研究的课题. 进行了相关的试验研究. Cui 等人[12]基于修正剑桥模 温度对粘性土力学特性的影响很早就引起了国 型的框架提出了一个考虑温度影响的饱和土模型, 内外学者的注意. Campanella 和 Mitchell[6]较早地提 能够考虑关于温度变化对饱和粘土体积变化的影响. 出了温度变化对土壤特性的影响. Hueckel 等人[7,8]对 Graham 等人[13] 以修正剑桥模型为框架,