岩土变形过程模拟的统计损伤方法新探讨

论文摘要

岩土应变软硬化变形过程模拟是岩土力学研究的重要内容。统计损伤理论的发展已为其开辟了一条良好的研究思路与途径。但是,目前利用统计损伤理论建立的岩土损伤本构模型存在一定不足,既不能反映复杂应力状态影响的岩土应变软硬化变形过程,也不能反映岩土变形过程的体积变化特性,而且,模型参数物理意义也不明确,须对此进行深入探讨,以完善岩土变形过程模拟研究的内容。因此,本文就此展开研究,具有重要的理论与工程实际意义。本文内容主要包括岩石和饱和土应变软硬化变形过程模拟方法。其一,在考虑岩石屈服或破坏后仍具承载力特征的岩石损伤模型研究基础上,假定岩石微元强度服从正态分布,利用统计损伤理论,建立出岩石应变软硬化变形全过程模拟的损伤模型及损伤统计本构模型,并通过探讨岩石应变软硬化过程的特点和模型参数与岩石应力应变曲线特征参数(峰值点强度和应变等)之间的关系,提出了岩石应变软硬化统计损伤本构模型参数确定方法,该模型具有参数物理意义明确、易于确定和适用于复杂应力状态的特点;其二,在岩石损伤模型研究的基础上,结合饱和土有效应力原理,提出了反映饱和土损伤力学机理的新型损伤模型,据此,采用统计损伤理论,并引入体积变形模量,针对饱和土三种试验条件,分别建立出反映饱和土变形过程的统计损伤本构模型,该模型能充分反映饱和土变形过程的体积变形的影响;其三,利用饱和土三轴试验曲线和已有岩石三轴试验曲线,对本文模型进行了实例分析,验证了本文模型的合理性。本文研究成果较现有同类研究成果明显具有优越性,完善了岩土应变软硬化变形过程模拟方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 损伤理论的国内外研究现状
• 1.3 岩石本构模型的国内外研究状况
• 1.3.1 岩石非线性本构理论的研究
• 1.3.2 损伤理论在岩石本构关系中的应用
• 1.4 饱和土本构模型的国内外研究状况
• 1.4.1 经典理论在土力学中的应用
• 1.4.2 损伤理论在饱和土本构关系中的应用
• 1.4.3 基于宏观唯象理论的统计损伤土力学
• 1.4.4 体积变形对饱和土损伤模型的影响
• 1.5 本文研究的内容与工作
• 第2章 岩石变形过程模拟的统计损伤方法新探讨
• 2.1 概述
• 2.2 岩石变形过程模拟的软硬化统计损伤本构模型
• 2.2.1 岩石损伤变量与损伤模型的建立
• 2.2.2 岩石损伤演化方程及损伤本构模型的建立
• 2.3 岩石变形过程模拟的本构模型的参数确定方法
• 2.3.1 特定围压下本构模型参数的确定方法
• 2.3.2 不同围压下统一模型参数的确定方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 岩石统计损伤本构模型的验证
• 3.1 概述
• 3.2 岩石的应变软硬转化特性
• 3.2.1 岩石的压缩试验结果
• 3.2.2 岩石随围压增大发生软化和硬化转化的特性
• 3.3 新型本构模型的合理性
• 3.3.1 损伤定义的修正
• 3.3.2 应变等效性假设的局限
• 3.3.3 模型参数确定方法的改进
• 3.4 实例与验证
• 3.4.1 岩石应变软化的统计损伤本构模型试验验证
• 3.4.2 岩石应变硬化的统计损伤本构模型试验验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 饱和土变形过程模拟的统计损伤方法新探讨
• 4.1 概述
• 4.2 三轴压缩试验下饱和土应力应变特性
• 4.3 不固结不排水试验下饱和土变形过程的统计损伤本构模型
• 4.3.1 不固结不排水情况下饱和土的损伤力学性质
• 4.3.2 不固结不排水情况下饱和土统计损伤本构模型
• 4.3.3 不固结不排水饱和土本构模型的参数确定方法
• 4.4 固结不排水试验下饱和土变形过程的统计损伤本构模型
• 4.4.1 固结不排水试验下饱和土整体力学性质
• 4.4.2 剪切过程中饱和土的损伤力学性质
• 4.4.3 固结不排水情况下饱和土统计损伤本构模型
• 4.4.4 固结不排水饱和土本构模型的参数确定方法
• 4.5 固结排水试验下饱和土变形过程的统计损伤本构模型
• 4.5.1 固结排水试验下饱和土整体力学性质
• 4.5.2 剪切过程中饱和土损伤力学性质
• 4.5.3 固结排水情况下饱和土统计损伤本构模型
• 4.5.4 固结排水饱和土本构模型的参数确定方法
• 4.6 本章小结
• 第5章 饱和土的三轴试验与损伤模型验证
• 5.1 概述
• 5.2 试验介绍
• 5.2.1 试验设备简介
• 5.2.2 试件的制备
• 5.3 不固结不排水试验下饱和土的本构模型验证
• 5.3.1 试验步骤
• 5.3.2 试验结果及分析
• 5.3.3 试验验证
• 5.4 固结不排水试验下饱和土的本构模型验证
• 5.4.1 试验步骤
• 5.4.2 试验结果及分析
• 5.4.3 试验验证
• 5.5 固结排水试验下饱和土的本构模型验证
• 5.5.1 试验步骤
• 5.5.2 试验结果及分析
• 5.5.3 试验验证
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 附录 A：攻读学位期间所发表的学术论文
• 致谢