砂土本构关系介绍.pptVIP

砂 土 本 构 关 系 介 绍 主讲人 基础知识及相关概念 平均正应力 广义剪应力 体积应变 广义剪应变 基础知识及相关概念 临界状态 土在变形过程中到达的极限状态，即此时土体的体积、平均有效应力和剪应力都不再发生变化。 相变状态 密砂或中密砂在不排水过程中出现的状态，是指孔隙水压力由增加到减小的突变状态。 特征状态 密砂或中密砂在排水过程中土体体积变形由压缩到开始膨胀的突变状态。 1.剪胀性砂土本构模型的研究（迟明杰） 对于中密砂和密砂，剪胀现象是一个比较显著的特征，相变线是描述剪胀现象的一条特征线。以相变线作为状态参考线，提出并定义了一种状态参量： 当前孔隙比 与e具有相同p’的相变孔隙比 剪胀方程是描述应变分量之间比例关系的公式，将塑性体应变增量与塑形剪应变增量之比定义为剪胀比，将上述状态参量代入剪胀方程建立与内部状态和应力水平相关的剪胀方程表达式： Mpt 为相变点上的 q/ p’ 值；应力比η=q/ p’ ；d0 和m 均为非负常量，由试验确定。 1.剪胀性砂土本构模型的研究（迟明杰） 屈服准则 当应力水平不高不会引起砂土明显的颗粒破碎时，常应力比应力路径下产生的塑形变形要小，因此本模型采用屈服函数： 对于金属材料而言，假定其塑性体积不可压缩。因此，金属材料没有塑形体积应变，屈服仅仅被看作发生塑形剪切应变，其屈服函数与破坏函数形式一样，屈服面即破坏面。 对于岩土类材料而言则截然不同，屈服≠破坏。 1.剪胀性砂土本构模型的研究（迟明杰） 其应力-应变关系矩阵为： G和K分别为弹性剪切模量、弹性体积模量，塑形模量Hp定义为： 1.剪胀性砂土本构模型的研究（迟明杰） 1.剪胀性砂土本构模型的研究（迟明杰） 优点 对中密砂和密砂，试验过程中相变状态比临界状态更容易确定； 土体达到临界状态时受力变形已不均匀，而相变状态时轴应变较小， 土体处于均匀变形阶段，因此以相变线作为状态参考线更方便合理； 将状态参数引入剪胀方程和硬化模量的表达式，可以描述加载过程中相对密度和有效围压变化对材料强度和变形特性的影响。 缺点 本文研究仅是一个初步研究，没有详细说明该本构模型的适应范围，并且试验样本较少。 2.Li和Dafalias的砂土弹塑性本构模型 将砂土的临界状态作为参考，定义一个状态参量以描述砂土的当前状态。其值为当前有效平均正应力下的孔隙比与临界孔隙比之差，表示如下： 同第一个例子，将状态参量引入剪胀方程，得到剪胀比d的表达式： 应力比 临界状态应力比 其中，d0和m为模型常数，均可从常规三轴试验结果得到。 2.Li和Dafalias的砂土弹塑性本构模型 其应力-应变关系为： G和K分别为弹性剪切模量、弹性体积模量，塑形模量Kp隐含了材料的硬化概念，其表达式为： h和n是模型的剪胀参数，其通过三轴试验结果进行率定。 参数率定的实质就是先假定一组参数,代入模型得到计算结果,然后把计算结果与实测数据进行比较,若计算值与实测值相差不大,则把此时的参数作为模型的参数；若计算值与实测值相差较大,则调整参数代入模型重新计算,再进行比较,直到计算值与实测值的误差满足一定的范围。 2.Li和Dafalias的砂土弹塑性本构模型 我们可以发现，1和2两个本构模型的思路和表达式都是相近的，有很多相似之处。 Li和Dafalias这个本构模型是一个比较经典的砂土弹塑性本构模型，而1中所述的迟明杰建立的本构模型实际上就是在2的基础上进行的改进，这个改进之处就是在定义状态参量时将临界状态作为参考改进为了以相变状态作为参考。 优点：该本构模型是一个经典的砂土弹塑性本构模型，经历了大量的实验研究与验证，包括三轴排水与不排水压缩、三轴排水与不排水拉伸、三轴循环荷载试验等，该本构模型能较好地反映砂土的各种变形特性。 缺点：砂土的复杂特性使得砂土的临界状态测试是一项比较困难的任务,尤其是中密砂和密砂到达临界状态以前多数情况下已不再是均匀变形。 3.考虑剪切中主应力方向的砂土本构模型 从前两个介绍的本构模型，我们可以看出考虑状态依赖性的弹塑性本构模型是当代砂土本构理论发展的一个主流方向。大量复杂应力条件下的空心扭剪试验证明，剪切中的主应力方向对砂土的变形和强度特性具有重要的影响。 砂土的初始状态参量可以表达为： 在对大量试验数据的系统分析基础上，本模型建议对砂土的初始状态参量进行修正，校正因子可以采用经验表达式： 3.考虑剪切中主应力方向的砂土本构模型 从而，任意时刻的状态参量就可以表达为： 3.考虑剪切中主应力方向的砂土本构模型 剪胀方程 硬化规律（塑形模量） d0和m为模型参数，Mc为临界应力比，Ψ’为本研究提出的包含剪切中主应力方向