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土木、水利、交通等工程的建设中存在着大量土与结构相互作用的问题,其具有十分重要的工程应用价值。合理地描述粒状土与结构接触面的力学特性,对于正确地评价土与结构相互作用具有重要意义。土与结构接触面因为同时受到结构与土体的作用,因此其力学性质既与土体不同,更与结构材料有巨大区别,相对来说接触面有更为复杂的力学特性,包括应变局部化、应力集中、大剪切变形和张闭、滑移等复杂情况。为了建立起合理的粒状土与结构接触面本构模型,正确地分析接触面的强度和变形特性并进行数值模拟,本文提出了粒状土与结构接触面三维多重机构边界面模型,对多组接触面试验进行数值模拟,并与试验结果进行对比,具体的研究工作和成果如下:(1)利用塑性滑移理论,将粒状土与结构接触面的宏观变形分解为一个宏观法向变形和剪切面内一系列不同方向分布的相互独立的虚拟微观剪切变形。通过虚功原理,在粒状土边界面弹塑性理论引入一个状态参数,再在其框架上建立一个粒状土与结构接触面的多重剪切边界面模型。每个微观剪切变形包含一个微观剪应力-应变关系和一个微观应力-剪胀关系。引入一个与接触面土体密度和法向应力相关的状态参数,用以描述不同状态下粒状土与结构接触面的变形和强度特性。(2)对包括粗粒土与砂土在内的不同粒状土与结构接触面在二维以及三维条件下的单调和循环剪切试验进行模拟计算,并将模型模拟结果与试验结果进行对比。粗粒土与结构接触面在不同相对密实度,不同正压力等不同试验条件下的模型模拟结果与试验结果都吻合良好,说明模型能够合理地描述粒状土与结构接触面的非线性力学行为。(3)本文在粒状土与结构接触面三维多重机构边界面模型的基础上,通过引入塑性功来考虑材料的颗粒破碎耗能对临界状态线的影响,以此提高原边界面模型模拟精度。改进后的模型的模拟结果与试验结果大致吻合,模型能够合理地反映接触面中土体的颗粒破碎特性,通过塑性功来考虑颗粒破碎的影响具有更好的适用性,可以模拟材料全荷载周期下的颗粒破碎和力学特性。