一種考慮損傷的粘彈塑性邊界面粘土模型.pdf

1、粘土的蠕變（流變）力學(xué)特性分析對于保障相關(guān)工程的長久安全非常重要。多年來，國內(nèi)外很多學(xué)者在粘土的蠕變特性分析課題上做了很多工作。
　　Kaliakin和Dafalias(1990)提出了一個粘彈塑性邊界面模型，該模型在應(yīng)力加載水平較低及土樣沒有開裂時，對粘土蠕變?nèi)S試驗(yàn)的模擬有明顯效果。但是當(dāng)應(yīng)力水平較高，土樣因蠕變導(dǎo)致開裂時，該模型就很難準(zhǔn)確計(jì)算模擬出此刻的變形值。
　　這一模擬的困難表明，在模型中考慮損傷的影響是必要的。

2、因此，Mosleh A.Al-Sharmarni和Stein Sture在各向異性粘土邊界面模型理論中發(fā)展了一個損傷公式。計(jì)算研究表明，與不用該損傷公式相比，采用該損傷公式對模擬蠕變變形能起到一定的改進(jìn)，但是這一改進(jìn)僅局限于中等應(yīng)力水平情況下，故該帶損傷公式的模型仍有一定缺陷，即該模型尚不能對各種應(yīng)力水平下的不排水蠕變反應(yīng)做出全面正確的模擬，尤其在應(yīng)力水平較高，蠕變開裂變形顯著的時候。
　　為了進(jìn)一步的解決這些問題，在上述前人工作

3、的基礎(chǔ)上，本文所開展的主要工作和相關(guān)成果如下：
　?、俦疚耐ㄟ^借鑒Al-Shamrani和Sture的文章思路，首先提出了一種初始損傷函數(shù)，該函數(shù)形式比Al-Shamrani和Sture文章的損傷公式形式復(fù)雜，并將該損傷函數(shù)引入了Kaliakin和Dafalias(1990)所提出的粘彈塑性邊界面模型中，形成了一種考慮損傷的粘彈塑性邊界面模型。對大阪軟粘土及溫哥華Haney軟粘土不排水蠕變試驗(yàn)計(jì)算模擬結(jié)果表明，本文所提出的初始損傷

4、函數(shù)對改善粘彈塑性邊界面模型模擬土樣蠕變開裂大變形具有明顯的作用。對比Al-Shamrani和Sture文章及本文的計(jì)算模擬結(jié)果圖可以看出，Al-Shamrani和Sture文中的時間與軸應(yīng)變關(guān)系曲線采用的是對數(shù)坐標(biāo)，而本文直接采用的是自然數(shù)坐標(biāo)，顯然本文計(jì)算所得出的精度更高。
　?、谟捎诔跏紦p傷函數(shù)公式相對復(fù)雜，在不同的荷載等級下需要輸入不同的參數(shù)值，由此需要對其進(jìn)行改進(jìn)，一方面需要簡化公式形式，另一方面需要統(tǒng)一不同荷載水平下的

5、損傷參數(shù)值。由此，根據(jù)初始損傷函數(shù)值與時間的關(guān)系曲線分析，我們從理論上闡述了為何引入損傷函數(shù)能有效改善模型對軟土試樣蠕變開裂變形的模擬。同時，從初始損傷函數(shù)出發(fā)，總結(jié)出了簡化的雙參數(shù)指數(shù)損傷函數(shù)形式，并結(jié)合大阪軟粘土及溫哥華Haney軟粘土的不排水蠕變試驗(yàn)驗(yàn)證了其在本構(gòu)模擬中應(yīng)用的合理性。
　?、垭p參數(shù)指數(shù)損傷函數(shù)僅解決了簡化損傷函數(shù)公式的問題，尚未解決不同荷載水平下?lián)p傷參數(shù)值輸入值不變的問題。因此，針對該函數(shù)中不同荷載下的兩個參

6、數(shù)自然對數(shù)值分別進(jìn)行了數(shù)據(jù)擬合，進(jìn)一步提出了滿足不同荷載下參數(shù)輸入值統(tǒng)一的簡化四參數(shù)及五參數(shù)損傷函數(shù)。通過對大阪軟粘土及溫哥華Haney軟粘土的不排水蠕變試驗(yàn)驗(yàn)證，表明了簡化四參數(shù)及五參數(shù)損傷函數(shù)的有效合理性。對于實(shí)踐中的軟粘土相關(guān)工程而言，這一適應(yīng)從低應(yīng)力到高應(yīng)力的軟土受荷全過程連續(xù)分析的損傷函數(shù)改進(jìn)，具有重要的工程實(shí)用意義。
　　④本文通過研究，提出了一種考慮損傷的粘彈塑性邊界面模型，該模型通過引入損傷函數(shù)的方式對軟土的蠕變損