黄土结构性试验研究及结构性本构模型

论文摘要

土的结构性问题是“二十一世纪土力学的核心问题”。黄土是一种典型的结构性土,其特殊的结构性直接决定着黄土的工程力学性质。因此,对黄土结构性方面的研究将是本世纪黄土力学研究的主要内容。在阅读和分析相关文献的基础上,总结了近些年黄土结构性方面的优秀成果,提出了本文的研究目标。对未扰动、重塑、未扰动饱和及重塑饱和黄土进行了常规三轴试验。深入分析和探讨了几种黄土在三轴条件下的变形特性和基质吸力的变化规律,结果表明,含水量和围压是影响黄土变形特征的主要因素,含水量对基质吸力起控制作用,重塑黄土具有一定的结构性。借鉴前人对于结构性的土力学研究方法,研究了未扰动黄土的结构性变化特征,解释了结构性参数随各种因素的变化规律;试验对比分析了两种基于应力考虑的结构性定量化参数。结果表明,两种结构性参数具有很好的一致性;定义了重塑黄土及未扰动饱和黄土的结构性定量化参数,试验研究了重塑黄土和未扰动饱和黄土的结构性变化特征;论证了本文所建议的重塑黄土及未扰动饱和黄土的结构性参数具有很好的适用性。基于损伤统计理论,建立了简单的黄土结构性损伤本构模型,试验结果和预测结果的对比,表明该模型能较好地模拟应变软化的全过程;在应变较小时,与应变硬化曲线也能较好吻合,模型能在一定程度上模拟黄土的结构性特征。为研究黄土的结构性本构模型提供了一个新思路和新途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出及意义
• 1.2 黄土的基本性质
• 1.2.1 黄土的物理特性
• 1.2.2 黄土的组成特性
• 1.2.3 黄土的微结构特征
• 1.2.4 黄土的工程特性
• 1.2.5 黄土的成因特性
• 1.2.6 黄土的分布特性
• 1.3 黄土结构性的研究概况
• 1.3.1 黄土结构性研究的必要性
• 1.3.2 黄土结构性研究现状
• 1.4 黄土结构性本构模型研究现状
• 1.5 本文的研究思路及任务
• 第2章 未扰动、重塑黄土三轴剪切试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 试验设备及性能指标
• 2.3 试样的制备
• 2.4 试验前的准备工作
• 2.4.1 陶土板的饱和
• 2.4.2 传感器的标定
• 2.5 试验方案
• 2.6 试验方法及步骤
• 2.6.1 非饱和土常含水量试验步骤
• 2.6.2 饱和土固结排水试验
• 2.7 试验结果及分析
• 2.7.1 未扰动、重塑黄土三轴变形特征
• 2.7.2 未扰动、重塑黄土三轴剪切过程中体变特征
• 2.7.3 未扰动、重塑黄土三轴剪切过程中基质吸力变化特征。
• 2.8 本章小结
• 第3章 三轴条件下黄土结构性变化特征
• 3.1 对土的结构性的认识
• 3.2 结构性定量化参数的提出
• 3.3 基于应力考虑的两种结构性参数
• 3.4 三轴剪切条件下未扰动黄土结构性变化特征
• 3.5 基于应力考虑的三参数结构性参数和双参数结构性参数的对比
• 3.6 基于应力考虑的重塑黄土和未扰动饱和黄土的结构性参数
• 3.6.1 重塑黄土和未扰动饱和黄土结构性参数的提出
• 3.6.2 三轴剪切条件下重塑黄土结构性变化特征
• 3.6.3 三轴剪切条件下未扰动饱和黄土的结构性变化特征
• 3.6.4 重塑、未扰动饱和土结构性参数的应用
• 3.7 本章小结
• 第4章 黄土结构性本构模型及试验验证
• 4.1 损伤本构模型基本理论
• 4.1.1 损伤力学的基本概念
• 4.1.2 损伤的类型及损伤变量
• 4.1.3 有效应力和应变等效假设
• 4.1.4 基于Weibull分布的损伤变量
• 4.1.5 损伤理论分析问题的一般步骤
• 4.1.6 损伤理论在岩土材料中应用
• 4.2 黄土结构性损伤本构模型基本假定及损伤、损伤变量的定义
• 4.2.1 基本假定
• 4.2.2 损伤及损伤变量的定义
• 4.2.3 基本方程的建立
• 4.3 统计损伤演化方程
• 4.4 土体损伤本构方程
• 4.5 模型的试验验证和评价
• 4.5.1 模型试验验证
• 4.5.2 模型评价
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢