人工胶结土二元本构理论及其应用.ppt

3 硬填料的应力变形特征及本构研究 硬填料的微结构研究表明，其水化硬化的机理是在“部分”骨料间形成了有胶结作用的水化产物,破坏后的胶结堆石体，主要表现为部分胶结体产生了破坏、部分颗粒之间发生了相对运动以及少部分颗粒产生了破碎 二元本构模型的参数求取 两类试验方法 组构（无胶结）三轴试验+不同龄期硬填料三轴试验，求取所有参数 组构+不同龄期硬填料单轴压缩试验，求取损伤参数以外的所有参数 硬填料坝初步设计中应力变形计算可以不考虑损伤 4 二元本构模型的应用展望 结构性土、胶结砂 加筋土 钢筋混凝土 硬填料二元本构模型之组构元件(3) Institute of Mechanics, CAS -*- 非线性解耦K-G模型模拟 可以考虑应力路径的影响 硬填料二元本构模型之胶结元件(1) Institute of Mechanics, CAS -*- 胶结元件—弹性损伤模型 强度和模量随龄期发展，反映胶结体水化硬化过程 E(τc)-无损伤弹性模量 ω—损伤因子 损伤起始轴向应变ε1d ε1≤ε1d时，无损伤阶段（ω=0） ε1ε1d时，损伤阶段（0ω≤1） 7天龄期硬填料试样 – 无胶结试样 E(τc) ε1d 指数型关系 硬填料二元本构模型之胶结元件(2) Institute of Mechanics, CAS -*- 无损伤弹性模量E(τc) 参考与硬填料组成和施工方法类似的碾压混凝土 损伤起始轴向应变ε1d 相关研究较少，未形成统一的表达形式，参考已有研究结果，暂以指数关系式表示： 损伤演变过程—损伤因子ω 与围压、龄期关系不大 硬填料二元本构模型之泊松比 Institute of Mechanics, CAS -*- 泊松比 胶结元件影响总体泊松比 特点 损伤之前无影响 损伤之后使总体泊松比变大 逐渐导致体胀 龄期增长，影响越大 28天龄期硬填料试样 – 无胶结试样 7天龄期硬填料试样 – 无胶结试样 7天胶结影响 28天胶结影响 硬填料二元本构模型之结果比较 Institute of Mechanics, CAS -*- K-G + 胶结 — 7天 Duncan-Chang E-B + 胶结 — 28天 硬填料的强度准则 Institute of Mechanics, CAS -*- 试验表明 满足摩尔库伦强度准则 不同龄期的胶结作用对粘聚力c值的影响显著，粘聚力c值随龄期而增长 龄期对内摩擦角φ的影响不大 式中：τf表示抗剪强度，σn表示法向应力，τc表示龄期。 不同龄期下粘聚力c(τc)的具体表达式可根据试验结果采用双曲线型、指数型、乘幂型等不同形式，内摩擦角φ可取不同龄期下φ的平均值。 掺有粉煤灰----硬填料强度发展较慢，后期强度仍具有很强的增长性 按龄期外推有风险 设置龄期阈值τc-max 硬填料二元本构模型 小结 Institute of Mechanics, CAS -*- 基于对硬填料应力变形特征及其胶结机理和破坏机理的认识 将表征硬填料初始形成状态的堆石体概化为“组构元件”，将胶凝材料的胶结作用概化为“胶结元件” 提出了基于应变一致假定的全龄期二元并联本构模型 既能描述硬填料应力应变非线性特征又能描述龄期相关性的特征 确定参数试验有常规方法（确定全部参数）和简化方法（无损伤参数） * * * * 混凝土是使用峰值强度进行设计的，而硬填料是作为线弹性体设计的，所以弹性区域的极限强度为硬填料的设计强度。 * * * * * * * * * * * * * * * * * 骨料性质与级配、配合比、用水量=性质 划分 * * * 人工胶结土的二元本构理论及其应用 中国科学院 力学研究所 吴梦喜 中国科学院力学研究所　 2011.8.14 目录 人工胶结土及其力学特征 胶结土体的二元本构理论 二元本构理论在硬填料本构关系研究中的应用 二元本构理论应用展望 1 人工胶结土及其力学特征 土颗粒之间存在胶结作用的土可以叫做胶结土，具有一定的胶结强度，试样无需橡皮膜支撑便可直立 土、砂砾石、堆石中掺入胶凝材料形成的颗粒之间有胶结强度的新材料，统称为人工胶结土。 三合土、水泥土、硬填料（hardfill、CSG、CMG）为人工胶结土 力学性质介于土和混凝土之间 假定散粒体三轴试样加高压后注入胶凝浆胶结硬化后，卸载，会发生什么情况？（与高压岩体中开挖卸荷类似） 现有的非线性和弹塑性模型不能描述其强度和变形机制 2 胶结土体的二元本构理论 对于泥灰岩（marl）、砂岩（sandstone）、人工胶结土体Gens和Nova （1993）提出在非胶结土体本构模型中考虑胶结作用，由此建立胶结土体的本构模型。 Chazallon和Hicher （1998）将胶结土体的应力拆分（seperation）为非胶结