黄土流变特性试验分析及本构模型的研究

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流变性是土的重要性质之一,不仅是粘土,即使是无凝聚性的砂土,其变形都不是瞬间产生的,而是以某一速度增长的。随着西部大开发的进行,各行各业越来越多的工程活动将涉及到黄土,黄土与各类工程的作用十分复杂,尤其是黄土的流变特性与工程的稳定性及长期安全使用有着十分密切的关系,基于此本文以普遍分布且与工程关系密切的Q2黄土为对象进行了分析研究。 为了分析黄土的流变特性和建立相应的本构模型,本文首先根据对不同含水量的Q2黄土进行的一系列单轴应力条件的室内蠕变试验结果,分析总结了Q2黄土蠕变特征和应力—应变等时曲线特征,得出Q2黄土在不同的应力水平下蠕变变形表现形式不同;在不同的时刻应力—应变等时曲线存在有较明显的拐点,拐点所对应的应力即为屈服应力,屈服应力随着含水量的增大而呈指数形式降低;Q2黄土可近似看成一种线性粘弹塑性体。然后利用经验方程法和流变模型理论两种方法建立了Q2黄土流变本构模型,并确定了相关参数。由经验方程法得出的模型,可看出对于同一含水量,参数随着应力水平的增大呈增大趋势;对于同一应力水平,参数随着含水量的增大呈增大趋势。由模型理论建立的模型,可看出模型参数随含水量的增大呈指数形式降低,而且可借助数学、力学的方法将该模型推广到复杂应力条件下。最后本文利用ANSYS软件进行前处理,即利用ANSYS建模后,用APDL语言提取相关数据信息,然后用MATLAB编写的有限元程序进行数值模拟,并与试验数据进行对比,结果表明本文建立的黄土流变模型是正确的,它为Q2黄土流变性理论研究与在黄土中修建工程有重要的理论意义和工程借鉴价值。
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