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1、岩土工程专业优秀论文岩土工程专业优秀论文 无粘性土亚塑性本构模型研究无粘性土亚塑性本构模型研究关键词：无粘性土关键词：无粘性土 力学特性力学特性 亚塑性模型亚塑性模型 应力应力- -应变关系应变关系摘要：基于亚塑性理论研究了无粘性土的力学特性。在对亚塑性理论最新研究 成果及最新进展进行总结评述的基础上，介绍了亚塑性理论的基本原理，同时 对两类亚塑性模型Wu-Bauer 亚塑性模型和 Gudehus-Bauer 亚塑性模型进 行了深入研究。重点研究了 Gudehus-Bauer 亚塑性模型在复杂应力状况下的模 拟情况以及所作的改进工作。具体研究工作如下： (1) 介绍了亚塑性理论的 基本概念，探
2、讨了亚塑性模型和传统弹塑性模型的不同点，研究了亚塑性理论 的分类，分析了亚塑性本构理论从无粘性土到粘性土演化进程。归纳了亚塑性 理论在剪切带、砂土液化、地基承载力确定方面的应用情况，提出了亚塑性理 论有待进一步研究的如干问题。 (2) 介绍了 Wu-Bauer 亚塑性模型和 Gudehus-Bauer 亚塑性模型本构参数的实验确定方法。探讨了 Wu-Bauer 亚塑 性模型参数确定方法存在的问题。根据单形调优法，对模型参数确定方法进行 了改进，并通过三轴固结排水实验、侧限压缩实验和加卸载实验进行了验证。 分析表明，该方法可有效确定模型参数。同时分析了 Wu-Bauer 亚塑性模型的 优点和不足
3、之处。 (3) 无粘性土的应力应变关系可以用 Gudehus-Bauer 亚塑性本构模型来模拟，该模型强调应力增量的大小和方向不仅与当前应力状 态有关，而且还取决于当前应变增量的大小和方向。为分析其与传统弹塑性理 论的不同之处，对 Gudehus-Bauer 理论的线性项和非线性项进行了研究。并对 不同初始孔隙比下 Gudehus-Bauer 亚塑性模型的应力-应变关系进行了探讨。 结果表明 Gudehus-Bauer 亚塑性模型不用把应变分为弹性和塑性部分就能考虑 不可逆变形，并能体现密砂的剪胀特性和应变软化特性以及松砂的剪缩特性和 应变硬化特性。Gudehus-Bauer 亚塑性模型还能够
4、考虑一些砂土的应力路径和 应变路径的影响。 (4) 借助于 Gudehus 提出的响应包络线理论，对 Gudehus-Bauer 亚塑性模型不能考虑中主应力影响进行了分析。针对不能考虑 中主应力这一缺点，提出了三种简单的改进方法，其中前两种是在 Duncan- Zhang 模型考虑中主应力影响的修正方法的基础上提出的，后一种是在模型的 非线性项乘以一个考虑中主应力的因子进行改进。这三种改进都增加了土的强 度，改变了土的变形。同时将改进后的模型与中主应力参数为常量的真三轴实 验进行了比较。结果表明改进后的三种模型可以一定程度的模拟中主应力对砂 土强度和变形特性的影响，能够近似预测由于中主应力影响
5、产生的体积应变。 (5) 基于非线性连续介质力学的基本原理，提出了一个考虑主应力轴旋转的改 进的 Gudehus-Bauer 亚塑性模型。新改进的 Gudehus-Bauer 亚塑性模型强调 应力增量的大小和方向不仅与当前主应力大小有关，而且还取决于主应力旋转 增量的方向。同时通过算例把改进后模型数值模拟结果与有关实验资料作了比 较，结果表明改进的 Gudehus-Bauer 亚塑性模型可以考虑主应力轴旋转对砂土 强度和变形特性的影响。 (6) 针对 Gudehus-Bauer 亚塑性模型不能考虑砂 土的横观各向同性效应，提出了在模型中引入一个考虑横观各向同性的矩阵进 行改进。改进的 Gude
6、hus-Bauer 亚塑性模型以沉积方向角来区分砂的横观各向 同性，以当前孔隙比来控制密实度的变化。同时用改进的 Gudehus-Bauer 亚塑 性模型模拟计算了三轴固结排水情况下砂土的横观各向同性，并与相关实验进 行了比较。结果表明改进的 Gudehus-Bauer 亚塑性模型能够模拟砂土的横观各向同性，能够定量区分初始孔隙比对横观各向同性砂土的强度特性和变形特性 的影响。 (7) 对于亚塑性模型在模拟考虑循环荷载作用产生伪造的棘轮效应， 引入了考虑颗粒之间接触变形的粒间应变张量的进行改进。相比原亚塑性模型 而言，改进的亚塑性模型能够反映循环荷载下砂土的力学特性，包括变形的累 积效应，孔隙
7、水压力的累积效应以及有效应力的降低等。正文内容正文内容基于亚塑性理论研究了无粘性土的力学特性。在对亚塑性理论最新研究成 果及最新进展进行总结评述的基础上，介绍了亚塑性理论的基本原理，同时对 两类亚塑性模型Wu-Bauer 亚塑性模型和 Gudehus-Bauer 亚塑性模型进行 了深入研究。重点研究了 Gudehus-Bauer 亚塑性模型在复杂应力状况下的模拟 情况以及所作的改进工作。具体研究工作如下： (1) 介绍了亚塑性理论的基 本概念，探讨了亚塑性模型和传统弹塑性模型的不同点，研究了亚塑性理论的 分类，分析了亚塑性本构理论从无粘性土到粘性土演化进程。归纳了亚塑性理 论在剪切带、砂土液化
8、、地基承载力确定方面的应用情况，提出了亚塑性理论 有待进一步研究的如干问题。 (2) 介绍了 Wu-Bauer 亚塑性模型和 Gudehus-Bauer 亚塑性模型本构参数的实验确定方法。探讨了 Wu-Bauer 亚塑 性模型参数确定方法存在的问题。根据单形调优法，对模型参数确定方法进行 了改进，并通过三轴固结排水实验、侧限压缩实验和加卸载实验进行了验证。 分析表明，该方法可有效确定模型参数。同时分析了 Wu-Bauer 亚塑性模型的 优点和不足之处。 (3) 无粘性土的应力应变关系可以用 Gudehus-Bauer 亚塑性本构模型来模拟，该模型强调应力增量的大小和方向不仅与当前应力状 态有关
9、，而且还取决于当前应变增量的大小和方向。为分析其与传统弹塑性理 论的不同之处，对 Gudehus-Bauer 理论的线性项和非线性项进行了研究。并对 不同初始孔隙比下 Gudehus-Bauer 亚塑性模型的应力-应变关系进行了探讨。 结果表明 Gudehus-Bauer 亚塑性模型不用把应变分为弹性和塑性部分就能考虑 不可逆变形，并能体现密砂的剪胀特性和应变软化特性以及松砂的剪缩特性和 应变硬化特性。Gudehus-Bauer 亚塑性模型还能够考虑一些砂土的应力路径和 应变路径的影响。 (4) 借助于 Gudehus 提出的响应包络线理论，对 Gudehus-Bauer 亚塑性模型不能考虑中
10、主应力影响进行了分析。针对不能考虑 中主应力这一缺点，提出了三种简单的改进方法，其中前两种是在 Duncan- Zhang 模型考虑中主应力影响的修正方法的基础上提出的，后一种是在模型的 非线性项乘以一个考虑中主应力的因子进行改进。这三种改进都增加了土的强 度，改变了土的变形。同时将改进后的模型与中主应力参数为常量的真三轴实 验进行了比较。结果表明改进后的三种模型可以一定程度的模拟中主应力对砂 土强度和变形特性的影响，能够近似预测由于中主应力影响产生的体积应变。 (5) 基于非线性连续介质力学的基本原理，提出了一个考虑主应力轴旋转的改 进的 Gudehus-Bauer 亚塑性模型。新改进的 G
11、udehus-Bauer 亚塑性模型强调 应力增量的大小和方向不仅与当前主应力大小有关，而且还取决于主应力旋转 增量的方向。同时通过算例把改进后模型数值模拟结果与有关实验资料作了比 较，结果表明改进的 Gudehus-Bauer 亚塑性模型可以考虑主应力轴旋转对砂土 强度和变形特性的影响。 (6) 针对 Gudehus-Bauer 亚塑性模型不能考虑砂 土的横观各向同性效应，提出了在模型中引入一个考虑横观各向同性的矩阵进 行改进。改进的 Gudehus-Bauer 亚塑性模型以沉积方向角来区分砂的横观各向 同性，以当前孔隙比来控制密实度的变化。同时用改进的 Gudehus-Bauer 亚塑 性
12、模型模拟计算了三轴固结排水情况下砂土的横观各向同性，并与相关实验进 行了比较。结果表明改进的 Gudehus-Bauer 亚塑性模型能够模拟砂土的横观各 向同性，能够定量区分初始孔隙比对横观各向同性砂土的强度特性和变形特性 的影响。 (7) 对于亚塑性模型在模拟考虑循环荷载作用产生伪造的棘轮效应，引入了考虑颗粒之间接触变形的粒间应变张量的进行改进。相比原亚塑性模型 而言，改进的亚塑性模型能够反映循环荷载下砂土的力学特性，包括变形的累 积效应，孔隙水压力的累积效应以及有效应力的降低等。 基于亚塑性理论研究了无粘性土的力学特性。在对亚塑性理论最新研究成果及 最新进展进行总结评述的基础上，介绍了亚塑
13、性理论的基本原理，同时对两类 亚塑性模型Wu-Bauer 亚塑性模型和 Gudehus-Bauer 亚塑性模型进行了深 入研究。重点研究了 Gudehus-Bauer 亚塑性模型在复杂应力状况下的模拟情况 以及所作的改进工作。具体研究工作如下： (1) 介绍了亚塑性理论的基本概 念，探讨了亚塑性模型和传统弹塑性模型的不同点，研究了亚塑性理论的分类， 分析了亚塑性本构理论从无粘性土到粘性土演化进程。归纳了亚塑性理论在剪 切带、砂土液化、地基承载力确定方面的应用情况，提出了亚塑性理论有待进 一步研究的如干问题。 (2) 介绍了 Wu-Bauer 亚塑性模型和 Gudehus-Bauer 亚塑性模型
14、本构参数的实验确定方法。探讨了 Wu-Bauer 亚塑性模型参数确定 方法存在的问题。根据单形调优法，对模型参数确定方法进行了改进，并通过 三轴固结排水实验、侧限压缩实验和加卸载实验进行了验证。分析表明，该方 法可有效确定模型参数。同时分析了 Wu-Bauer 亚塑性模型的优点和不足之处。(3) 无粘性土的应力应变关系可以用 Gudehus-Bauer 亚塑性本构模型来 模拟，该模型强调应力增量的大小和方向不仅与当前应力状态有关，而且还取 决于当前应变增量的大小和方向。为分析其与传统弹塑性理论的不同之处，对 Gudehus-Bauer 理论的线性项和非线性项进行了研究。并对不同初始孔隙比下 G
15、udehus-Bauer 亚塑性模型的应力-应变关系进行了探讨。结果表明 Gudehus- Bauer 亚塑性模型不用把应变分为弹性和塑性部分就能考虑不可逆变形，并能 体现密砂的剪胀特性和应变软化特性以及松砂的剪缩特性和应变硬化特性。 Gudehus-Bauer 亚塑性模型还能够考虑一些砂土的应力路径和应变路径的影响。(4) 借助于 Gudehus 提出的响应包络线理论，对 Gudehus-Bauer 亚塑性模 型不能考虑中主应力影响进行了分析。针对不能考虑中主应力这一缺点，提出 了三种简单的改进方法，其中前两种是在 Duncan-Zhang 模型考虑中主应力影 响的修正方法的基础上提出的，后
16、一种是在模型的非线性项乘以一个考虑中主 应力的因子进行改进。这三种改进都增加了土的强度，改变了土的变形。同时 将改进后的模型与中主应力参数为常量的真三轴实验进行了比较。结果表明改 进后的三种模型可以一定程度的模拟中主应力对砂土强度和变形特性的影响， 能够近似预测由于中主应力影响产生的体积应变。 (5) 基于非线性连续介质 力学的基本原理，提出了一个考虑主应力轴旋转的改进的 Gudehus-Bauer 亚塑 性模型。新改进的 Gudehus-Bauer 亚塑性模型强调应力增量的大小和方向不仅 与当前主应力大小有关，而且还取决于主应力旋转增量的方向。同时通过算例 把改进后模型数值模拟结果与有关实验资料作了比较，结果表明改进的 Gudehus-Bauer 亚塑性模型可以考虑主应力轴旋转对砂土强度和变形特性的影 响。 (6) 针对 Gudehus-Bauer 亚塑性模型不能考虑砂土的横观各向同性效 应，提出了在模型中引入一个考虑横观各向同性的矩阵进行改进。改进的 Gud
