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岩土塑性力学原理 ——广义塑性力学郑颖人 院士主 要 内 容 概论 应力－应变及其基本方程 屈服条件与破坏条件 塑性位势理论 加载条件与硬化规律 广义塑性力学中的弹塑性本构关系 广义塑性力学中的加卸载准则 包含主应力轴旋转的广义塑性力学 岩土弹塑性模型第1章 概 论 岩土塑性力学的提出 岩土塑性力学及其本构模型发展方向 岩土材料的试验结果 岩土材料的基本力学特点 岩土塑性力学与传统塑性力学不同点 岩土本构模型的建立弹性 → 塑性 → 破坏 岩土塑性力学的提出材料受力三个阶段： 弹性力学 塑性力学 破坏力学 断裂力学等 岩土塑性力学的提出塑性力学与弹性力学的不同点： 存在塑性变形 应力应变非线性 加载、卸载变形规律不同 受应力历史与应力路径的影响 岩土塑性力学的提出力学要解决的问题： 已知应力矢量(方向与大小) 求应变矢量 (方向与大小) 弹性力学: (单轴情况) 与弹性力学理论及材料宏观试验参数有关 塑性力学: Q—塑性势函数、F—屈服函数；H—硬化函数。 岩土塑性力学的提出传统塑性力学：基于金属材料的变形机制①传统塑性位势理论：（给出应变增量的方向）②屈服条件与硬化规律：（给出应变增量的大小）应用于岩土材料 并进一步发展岩土塑性力学传统塑性力学塑性力学发展历史1864年Tresca准则出现，建立起经典塑性力学；19世纪40年代末，提出Drucker塑性公论，经典塑性 力学完善；1773年Coulomb提出的土质破坏条件，其后推广为 莫尔—库仑准则；1957年Drucker提出考虑岩土体积屈服的帽子屈服面；1958年Roscoe等人提出临界状态土力学，1963年提出 剑桥模型。岩土塑性力学建立。 岩土塑性力学及其本构模型发展方向 建立和发展适应岩土材料变形机制的、系统的、严密的广义塑性力学体系 理论、试验及工程实践相结合，通过试验确定屈服条件及其参数，以提供客观与符合实际的力学参数 建立复杂加荷条件下、各向异性情况下、动力加荷以及非饱和土情况下的各类实用模型 引入损伤力学、不连续介质力学、智能算法等新理论，宏细观结合，开创土的新一代结构性本构模型 岩土材料的稳定性、应变软化、损伤、应变局部化（应力集中)与剪切带等问题初始加载：卸载与再加载： 岩土材料的试验结果 土的单向或三向固结压缩试验：土有塑性体变 岩土材料的试验结果土的三轴剪切试验结果：土有剪胀（缩）性；土有应变软化现象；（1）常规三轴 岩土材料的试验结果土受应力路径的影响（2）真三轴： b=0常理试验；随b增大，曲线变陡，出现软化，峰值提前，材料变脆。 岩土材料的试验结果对应体变曲线压缩型：硬化型：双曲线应力应变曲线：压缩剪胀型：先缩后胀对应体变曲线软化型：驼峰曲线压缩剪胀型：先缩后胀压缩型：如松砂、正常固结土相应地，可把岩土材料分为3类硬化剪胀型：如中密砂、弱超固结土软化剪胀型：如岩石、密砂与超固结土 岩土材料的基本力学特点岩土系颗粒体堆积或胶结而成的多相体，算多相体的摩擦型材料。基本力学特性：压硬性等压屈服特性剪胀性应变软化特性与应力路径相关性 岩土塑性力学与传统塑性力学不同点球应力与偏应力之间存在交叉影响；考虑等向压缩屈服屈服准则要考虑剪切屈服与体积屈服，剪切屈服中要考虑平均应力；Kp，Ks，Gp，Gs——弹塑性体积模量，剪缩模量，压硬模量，弹塑性剪切模量 岩土塑性力学与传统塑性力学不同点考虑摩擦强度；考虑体积屈服；考虑应变软化；不存在塑性应变增量方向与应力唯一性；不服从正交流动法则；应考虑应力主轴旋转产生的塑性变形。 洛德参数与受力状态 洛德参数与受力状态纯拉时，纯剪时，纯压时， 洛德参数与受力状态 、 、 、 、主偏应力方程，三角恒等式模拟， 岩土本构模型建立理论、实验（屈服面、参数）要求符合力学与热力学理论，反映岩土实际变形状况、简便广义塑性理论为岩土本构模型提供了理论基础，由试验确定屈服条件进一步增强了岩土本构的客观性，从而把岩土本构模型提高到新的高度第2章 应力-应变及其基本方程 一点的应力状态 应力张量分解及其不变量 应力空间与?平面上的应力分量 应力路径 应变张量分解 应变空间与应变?平面 应力和应变的基本方程zyx 一点的应力状态 一点的应力状态 应力张量不变量主应力方程： 应力张量第一 不变量 ，是平均应力p的三倍。 应力张量分解及其不变量应力张量球应力张量偏应力张量应力球张量不变量： 、 、 应力张量分解及其不变量 应力偏量Sij的不变量 （八面体剪应力倍数） （与剪应力方向有关）在岩土塑性理论中，常用I1、J2、J3表示一点的应力状态321 应力张量分解及其不变量 等斜面与八面体正八面体等斜面54.44° 应力张量分