粗粒土顆粒破碎機理與統(tǒng)一強度及本構(gòu)理論
我國粗粒土分布廣泛,在強震、高應力等復雜應力條件下,高土石壩、高邊 坡和島礁工程中,粗粒土易產(chǎn)生顆粒破碎,導致其級配發(fā)生改變并伴隨能量耗散, 從而引起邊坡及壩體變形失穩(wěn)破壞。研究粗粒土在顆粒破碎情況下的本構(gòu)模型以 及評價工程安全穩(wěn)定是目前粗粒土研究的熱點問題。本項目以國家自然科學基金 重點項目、國家杰出青年科學基金項目等為依托,歷時十余年研究,建立了粗粒 土顆粒破碎機理與塑性本構(gòu)理論。主要取得的科學發(fā)現(xiàn)點如下: (1) 針對傳統(tǒng)強度理論無法描述粗粒土的顆粒破碎、各向異性、尺寸效應 等問題,建立了粗粒土三維統(tǒng)一非線性強度理論。該強度理論能夠準確地模擬粗 粒土因顆粒破碎所導致的偏平面及子午面上非線性的強度特征;能夠合理地反映 粗粒土因自重產(chǎn)生的橫觀各向同性的強度特征;能夠準確地模擬粗粒土復雜的各 向異性的強度特征;還能夠合理地反映粗粒土三維尺寸效應的強度特征。 (2) 提出考慮中主應力影響的粗粒土三維邊界面本構(gòu)理論。試驗表明,粗 粒土剪脹特性與中主應力系數(shù)相關,據(jù)此提出了考慮中主應力影響的粗粒土三維 應力-剪脹方程。針對傳統(tǒng)本構(gòu)模型無法描述中主應力對應力變形影響的問題, 建立了考慮中主應力影響的粗粒土三維邊界面本構(gòu)模型。在邊界面理論框架下, 建立了屈服面與邊界面的演化規(guī)律,獲得了應力變形特征。 (3) 提出顆粒破碎影響的狀態(tài)相關塑性本構(gòu)理論。試驗發(fā)現(xiàn)粗粒土顆粒破 碎會導致顆粒級配發(fā)生變化,細顆粒填充粗顆粒孔隙,進而使得臨界狀態(tài)線發(fā)生 移動,并伴隨能量散耗,因此,提出了考慮顆粒破碎的三維臨界狀態(tài)面及臨界狀 態(tài)理論。粗粒土在壓縮和剪切作用下,顆粒破碎,并具有狀態(tài)相關性,因此,提 出了考慮顆粒破碎的應力-孔隙耦合狀態(tài)方程。根據(jù)所提出的考慮顆粒破碎三維 臨界狀態(tài)面,建立了考慮顆粒破碎影響的狀態(tài)相關塑性理論。
重慶大學
2021-04-11