黄土的压剪湿损伤演化特性及本构模型研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:wxdong2009
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黄土是一种具有天然结构性的非饱和土。黄土特殊的结构组成使其具有不同于其他土类的工程性质,它是影响黄土宏观力学特性的一个最本质的内在因素,它与黄土的粒度、密度及湿度一样,能够反映土体的强度、变形等力学特性的变化,是黄土力学特性变化的根本原因之一。本文以具有显著结构性的原状黄土为研究对象,针对在加荷、增湿过程中黄土的结构损伤变形特性,从黄土的结构损伤变形规律分析入手,基于原状黄土的侧限压缩试验以及三轴剪切试验提出一种原状黄土结构从稳态到损伤的发展变化模式,并结合岩土损伤力学理论提出能够综合反映加荷、增湿作用影响的结构损伤因子(即损伤比),建立原状结构性黄土的一维压缩模型以及考虑加荷、增湿作用下原状结构性黄土的结构损伤弹塑性本构模型。主要的研究成果有:第一,针对以前学者研究结构完全损伤土(无结构性土)时,用饱和人工重塑土进行近似模拟的不足,开发了一种正常固结土制备装置。该装置可以制备出近似正常固结土力性质的试样,同时提出两种控制正常固结土成样干密度的方法。第二,对原状黄土以及正常固结黄土进行侧限压缩试验,根据试样的变形和受荷状态,分别提出原状黄土的变形损伤模式与强度损伤模式,并依据两种损伤模式分别指出结构变形损伤比与结构强度损伤比的确定方法,进一步推导出考虑原状黄土结构损伤演化的一维压缩模型表达式。第三,根据原状黄土与正常固结黄土侧限压缩曲线的相对位置,确定出原状黄土的结构屈服压力,并以结构屈服压力为界限,将原状黄土的受荷变形分为弹性变形与塑性变形。提出了一种原状黄土结构损伤的临界状态模式。第四,在不同外荷载作用下,对不同湿度的原状黄土进行基质吸力量测,提出峰值基质吸力以及基质吸力临界荷载的概念;研究基质吸力临界荷载与结构屈服压力的关系;对不同湿度原状黄土进行湿陷试验,研究了峰值湿陷压力与结构屈服压力的关系。第五,对不同湿度原状黄土以及正常固结黄土进行三轴等向压缩试验和三轴剪切试验,分析原状黄土结构在等向压缩及三轴剪切路径下的损伤变形特性,并分别提出球应力损伤比及剪应力损伤比的确定方法。第六,结合本文提出的正常固结土制备方法所制备的正常固结黄土试样,进行相关试验,分析其屈服破坏特性,验证了本文提出的正常固结土制备方法的合理性。第七,结合提出的原状黄土结构损伤比,分析原状黄土的屈服破坏特性,推导出结构损伤黄土的弹塑性本构模型,并通过相关试验验证了本构模型的合理性。第八,结合黄土一维压缩条件下结构损伤串联模型与并联模型及推导的黄土结构损伤弹塑性本构模型对实际工程场地进行湿陷变形量估算。为黄土地区实际工程地基的湿陷性评价分析提供了一种新的途径。
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