砂土亚塑性与弹塑性本构模型的比较研究

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亚塑性本构理论是一种全新的岩土材料本构理论。大量研究表明亚塑性理论较弹塑性理论更适用于土体应力-关系的模拟,对亚塑性理论的研究对于岩土材料本构模型的发展有重要的意义。本文通过使用Matlab数学工具对Gudehus-Bauer亚塑性模型的几个重要方面进行了研究,具体工作如下:(1)探究了模型中材料参数初始临界孔隙比的物理意义。结合相对密实度的概念,提出了一个获得初始临界孔隙比的建议公式,由该公式得到的初始临界孔隙比与多位研究者的试验值较为接近。(2)参照临界状态线,以Matlab软件为工具,用Gudehus-Bauer亚塑性模型模拟了砂土在三轴压缩及等向固结条件下的力学行为,得到了与剑桥模型同样的临界状态线。(3)研究了在不同初始孔隙比时Gudehus-Bauer亚塑性本构模型的弹性变形和塑性变形的发展规律,结果表明无论砂土的初始物理状态是疏松还是密实,在达到某个相同的轴向应变之后,弹性应变不再增加。(4)导出了Gudehus-Bauer亚塑性模型中隐含的破坏准则(G-B破坏准则)的一般表达式。G-B破坏准则可以同时采用三轴压缩和三轴拉伸情况下的数值不同的内摩擦角,以考虑两种情况下内摩擦角不同对土体破坏的影响。通过与弹塑性模型的对比研究发现,G-B破坏准则的表达式的形式广义Mises准则非常相似,而在主应力空间的形状和轨迹却和同样适用于砂土的Lade-Duncan破坏准则非常接近,吻合程度很高。随着临界摩擦角的增大G-B破坏准则轨迹的轮廓线由外凸变为略显内凹,反映了砂土作为不稳定材料的特性。
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