复杂应力状态下岩土材料非线性本构模型研究.pdfVIP

第 23卷 第 2期 应 用 力 学 学 报 Vo1．23 NO．2 2006年 6月 CHINESEJOURNALOFAPPLIEDMECItANICS Jun．2OO6 文章编号 ：1000—4939(2006)02—0318～O4 复杂应力状态下岩土材料非线性本构模型研究 李杭州 廖红建 (西 安交通大学 诬安 710049) (中国科学院武汉岩土力学研究所 武汉 430071) 摘要：基于统一强度理论，将洛德参数引入统一强度理论，推导 出材料的统一强度参数，进而分析 中间主应力以及主剪应力系数对材料统一强度参数的影响。在此基础上，对邓肯张双曲线模型进 行改进 ，使得该模型能够反映复杂应力状态下的应力应变关系。采用粘土的平面应变试验进行验 证，结果表明：在平面应变情况下，当b：0．4时，模型能够较好地反映粘土的应力应变关系，及其强 度参数。分析了洛德参数以及 中间主应力系数对模型的影响，进一步说明岩土材料存在主应力效 应。该模型能够反映不同材料在复杂应力状态下的应力应变关系，有其更为广泛的适用性。 关键词：统一强度理论；洛德参数；邓肯张模型；中主应力 中图分类号：TU452 文献标识码： A 中综述了邓肯张模型四种考虑 中主应力 的修正，并 1 引 言 对平面应变问胚下的适用性进行 了计算 比较 。文 [6]考虑到邓肯张模型在模拟粗粒土的体变特性不 岩土材料在成岩过程中受到地质构造和地质环 足，基于三轴试验结果不改变参数对邓肯张模型进 境的影响，使其在受力时，应力应变关系表现出明显 行了修正；文[7]在岩石材料的地质力学特性的基础 的非线性 。对于岩土材料非线性本构关系已经进行 上 ，采用 Hoek—Brown破坏准则对邓肯张模型进 了大量的研究，其 中邓肯张模型形式简单，参数较少 行了修正。俞茂宏教授于 1991年提出统一强度理 且易于确定 ，而得到广泛应用，但是邓肯张模型是基 论，考虑了中间主应力的影响，且其有简单的数学表 于常规三轴试验提出的，没有考虑到中间主应力的 达形式和明确的物理意义，而得到广泛的应用。 影响，而在工程实践中最常见的情况是平面应变和 本文的目的是分析中间主应力对岩土材料强度 各种三维应力状态 ，如挡土墙 ，土 (石)坝等 ，均涉及 的影响，以统一强度理论为基础 ，考虑洛德参数在岩 到中间主应力 ，使得在应用时与实际情况有较大的 土材料中应用较为广泛 ，将其引入到统一强度理论 出人 。大量的平面应变和真三轴试验已经验证了岩 中，得到可以考虑不同应力状态下的各种强度准则 土材料强度和中间主应力有关 卜]；文-／3]中进一步 及统一强度参数，由此对邓肯张模型进行进一步的 说明岩石也存在中间主应力效应，其基本规律是：中 修正，使其得到更为广泛的应用 。 间主应力对岩石的强度有明显的影响，中间主应力 效应存在区间性 ，同时也对混凝土的中间主应力效 2 中间主应力效应 应进行了详细的研究。目前，国内外对邓肯张模型 的参数取值及修正方法进行了大量的研究，文[4]详 大量的试验已经验证 了岩土材料的应力应变关 细列举了对邓肯张模型参数取值的错误做法；文[5-1 系和中间主应力有关 ，为说明中间主应力 z与 。和 * 基金项 目：国家 自然科学基金 (编号，中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室基金(编号；Zl10503) 来稿 日期 ：2005-05—30 修回 日期 ：2005—1O-11 第一作者简介 ：