论文部分内容阅读
冻土是由岩土颗粒、冰、未冻水和空气组成的复合介质，它与未冻土的本质区别是冻土中冰的存在，土冻结后强度将提高很多倍，其中主要依赖于冻土粘聚力的大幅度提高，而冻土的粘聚力主要受冰控制。由于寒区工程建设的迅速发展，要求我们对冻土力学特性及变形机理进行更深一层次的研究。因此，本文通过开展室内常规三轴试验，分析研究了-6℃冻结砂土的应力-应变关系，用试验的方法研究了冻结砂土的屈服准则及其损伤本构关系。
选取青藏线砂土为试验土样，进行了室内常规三轴试验、等向固结试验和循环加载试验。发现，在低围压下，应力-应变关系表现出强烈的软化现象，随围压的增大，软化现象逐渐减弱；在高围压下，则主要表现为硬化现象。在高围压下，由于冻土的压融现象，在试验围压范围内，莫尔包络线并非直线，应力峰值在高围压下反而减小。
对常规三轴试验数据分析，从总应变中分离出弹性部分和塑性部分，做出流线(塑性应变增量方向)、势线，用试验的方法得到冻土的塑性势面，发现塑性势函数可以用椭圆型函数表示。采用Drucker塑性公设，假定塑性势函数与屈服函数相同，选用塑性功作为硬化参数，建立了冻结砂土的弹塑性本构模型。与试验结果对比发现，利用该模型所得的计算值与试验值吻合较好，只是对应力峰值后的软化阶段的模拟有一定的偏差。
对冻结砂土的应力应变曲线以及破坏特征分析，认为总变形可以分解为三种不同类型的变形，即弹性变形、塑性变形和损伤变形。利用损伤力学理论，推导出了冻土的各向异性损伤变量的表达式，利用常规三轴试验数据，得到了各个围压下的应变损伤门槛值，做出了损伤变量的变化曲线。将损伤变量引入前面所建立的本构模型中，就得到冻结砂土的弹塑性损伤本构模型。编制了计算程序，经过计算发现，计算值与试验值基本吻合，解决了软化阶段模拟不好的问题。