论文部分内容阅读
黄土的结构性是土骨架颗粒空间排列及粒间胶结作用所表现出的抗力效应,是影响其力学特性的重要内在因素,它与土的密度、粒度、湿度有密切的联系,能够综合反映土的强度、变形等力学特性的变化和发展。本文针对黄土力学问题,以黄土的综合结构势研究为途径,从压缩、剪切及增湿作用下黄土的结构性演化规律出发,通过揭示湿陷性黄土在压剪湿作用下的应力应变特性、屈服破坏特性及其与结构性之间的关系,建立了反映压剪湿作用下黄土结构性发展演化的湿载结构性本构模型,并将该本构模型,引入现有的岩土工程大型数值分析软件,进行了各种黄土工程边值问题分析。应用这种分析方法,揭示了湿载作用下黄土边坡土的结构性演变、剪切带形成发展的渐近破坏过程。完善了边坡稳定性的认识,从而为指导工程实践,有效地预防和防治黄土工程灾害。主要的研究成果有: 第一,通过不同湿度、不同结构性状黄土的单轴抗压和常规三轴压缩试验,论证了土的综合结构势定量化参数描述土结构性演化特性的合理性;比较分析黄土初始结构性的构度、过程结构性的应力结构性参数和应力比结构性参数在描述黄土结构损伤演化发展特性方面的共性及特点,论证了应力比结构性参数描述黄土结构损伤演化过程的完整性;建立了应力比结构性参数与综合应变之间关系的具体数学描述,验证了应力比结构性参数描述黄土变形全过程结构性演变的可靠性。 第二,通过不同湿度、不同结构性状的黄土的侧限压缩及常规三轴压缩试验,研究了黄土在压缩、剪切及增湿条件下的湿压屈服、湿压剪屈服及其与结构性渐变演化特性之间的关系,确定了湿压屈服、湿压剪屈服与应力比结构性参数之间的关系;在黄土的结构性修正剑桥模型的基础上,提出了与等结构性临界状态屈服面对应的结构性丧失状态的下加载面,建立了考虑湿压及湿压剪影响的黄土的湿载结构性本构模型,推导出了应力比结构性参数为变量的湿载结构性下加载面本构模型弹塑性矩阵。并通过与试验数据的对比分析,验证了该模型在湿压剪作用下描述黄土应力应变特性及结构性渐变演化发展特性的合理性。 第三、在SHENG等考虑中主应力影响的屈服面形状函数的基础上,将等结构性临界状态线随罗德角的变化引入结构性本构模型,推广得到三维应力空间的结构性下加载面本构模型;将黄土的湿载结构性下加载面本构模型编程模块化,嵌入现有大型软件FLAC-3D,通过试样单元体数值计算与常规三轴试验与真三轴试验实测数据的对比,验证了该模型自定义本构模型模块的稳定性及合理性。 第四、通过黄土湿载结构性下加载面本构模型的FLAC-3D数值分析方法,分析了均质黄土边坡及复杂黄土边坡在湿载作用下的渐进破坏特性特性,揭示了黄土边坡渐近破坏的剪切带发展及结构性演变规律,进一步检验了FLAC-3D软件嵌入新模型的适用性,为黄土的湿载结构性本构模型的实际应用提供了基础。 本文得到了国家自然科学基金“基于综合结构势理论的结构性土强度和变形理论研究”(No.10872161)及国家自然科学基金“黄土的结构性力学特性及其变形与渐进破坏分析方法研究”(No.41272320)的资助。