论文题目: 黄土弹塑性损伤本构模型及工程应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 岩土工程
作者: 夏旺民
导师: 郭增玉
关键词: 黄土,结构性参数,增湿损伤,加载损伤,弹塑性,本构模型,非线性有限元
文献来源: 西安理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文通过不同初始含水量的Q4黄土及不同初始含水量和干容重的重塑黄土常规三轴、高压固结、湿陷和增湿试验,深入分析了黄土的变形强度特性、结构性以及湿陷和增湿变形特性,在此基础上建立了体现黄土结构性的弹塑性损伤本构模型,编制了黄土的入渗和弹塑性损伤平面有限元程序,对-自重湿陷黄土浸水试坑进行了数值分析。通过研究,本文主要取得了如下一些有益的成果:通过对Q4黄土和重塑黄土的常规三轴、高压固结、湿陷和增湿试验的数据分析,在充分认识黄土的变形强度特性、湿陷和增湿变形特性的基础上提出了一种用原状黄土、重塑饱和黄土割线模量表示的黄土结构性参数。该参数可以较好反映黄土在加载和增湿作用下结构变化和破损的过程。根据热力学和连续损伤力学理论以及黄土在加载和增湿作用下的能量转换过程,提出了黄土的损伤变量、加载损伤和增湿损伤的定义以及它们之间关系,提出了由塑性、加载损伤和增湿损伤三部分组成的黄土弹塑性损伤本构模型的基本构架。其中,首次提出黄土的增湿损伤变量的定义及与含水量有关的增湿损伤等效能量指标,描述增湿损伤的演化过程;参照Simo提出的能量指标概念,定义黄土的加载损伤的能量指标,并通过黄土加载过程中的结构破损、力学和强度指标的劣化分析,确定黄土的加载损伤演化方程;结合以塑性功为硬化参数的椭圆形屈服面,根据相关联流动法则及损伤理论推导出了黄土弹塑性损伤本构模型。将模型计算结果与试验数据比较,表明该模型可以模拟黄土的不同应力应变曲线类型,并可以通过损伤变量来控制应力应变曲线的转型,同时还可以模拟黄土的增湿变形和湿陷变形过程;计算结果与试验数据基本接近,只是低含水量情况下的计算结果稍有差异。摘要早鱼旦皿口且口里旦皿胆里旦旦旦旦 根据黄土的入渗特点和非饱和土渗流理论,运用Mat lab有限元工具箱编制了黄土入渗的平面有限元程序,计算结果符合实际。同时根据弹塑性损伤本构模型和非线性有限元理论,运用matlab有限元工具箱还编制了可以考虑加载和增湿条件的黄土弹塑性损伤平面有限元程序。最后将入渗程序和弹塑性损伤程序结合对一自重湿陷黄土浸水试坑进行数值分析,表明程序计算结果符合黄土的湿陷和增湿变形发展实际过程。同时可以根据计算损伤变量的分布规律可以预测黄土的湿陷变形区的发展范围.程序可用于各种黄土工程变形与稳定问题的计算,为黄土的加载变形特性、湿陷和增湿特性研究的验证提供了一种新的途径和方法.关键词:黄土结构性参数增湿损伤加载损伤弹塑性本构模型 非线性有限元
论文目录:
1 绪论
1．1 黄土的基本性质研究
1．1．1 黄土的分布特性
1．1．2 黄土的地质特征
1．1．3 黄土的工程性质
1．2 土的应变软化本构关系的研究
1．2．1 非线性弹性本构模型
1．2．2 弹塑性模型
1．2．3 损伤力学在岩土材料中的应用
1．3 黄土的增湿本构研究
1．3．1 黄土结构性研究
1．3．2 黄土增湿本构的研究
1．4 本文的主要研究内容
2 黄土的试验变形和强度特性
2．1 黄土的应力应变关系特性
2．2 试验概况
2．2．1 Q_4原状黄土的试验情况
2．2．2 重塑黄土试验情况
2．3 Q_4原状黄土的应力应变和强度特性
2．3．1 Q_4原状黄土的压缩特性
2．3．2 Q_4原状黄土的三轴变形特性
2．3．3 Q_4原状黄土的强度特性
2．4 重塑黄土的应力应变和强度特性
2．4．1 重塑黄土的压缩特性
2．4．2 重塑黄土的三轴变形特性
2．4．3 重塑黄土的强度特性
2．5 小结
3 黄土的试验湿陷变形特性
3．1 黄土的湿陷变形和增湿变形特性
3．2 黄土的湿陷和增湿试验
3．2．1 黄土的湿陷变形试验技术发展
3．2．2 黄土的湿陷和增湿试验情况
3．3 黄土的湿陷变形特性
3．3．1 原状黄土的湿陷变形特性
3．3．2 重塑黄土的湿陷变形特性
3．4 黄土的增湿变形特性
3．5 小结
4 黄土的结构性与湿陷机理
4．1 黄土的结构性研究综述
4．2 黄土的结构性参数
4．3 黄土的结构破损规律
4．3．1 增湿作用下黄土的结构破损
4．3．2 加载作用下黄土的结构破损
4．4 黄土的湿陷机理
4．5 小结
5 黄土的弹塑性损伤本构模型
5．1 损伤力学的一般概念
5．1．1 损伤的定义及损伤变量
5．1．2 有效应力的概念
5．1．3 应变等价原理
5．1．4 损伤力学的热力学基础
5．2 黄土的弹塑性损伤本构模型构架
5．2．1 黄土损伤变量的定义
5．2．2 热力学基础
5．2．3 塑性和损伤的演化规律
5．3 黄土弹塑性损伤本构模型建立
5．3．1 黄土的加载损伤
5．3．2 黄土的增湿损伤
5．3．3 黄土的塑性部分
5．3．4 应力应变关系
5．4 黄土弹塑性损伤本构模型的验证
5．4．1 增湿损伤部分
5．4．2 加载损伤部分
5．4．3 塑性部分
5．4．4 模型验证
5．5 小结
6 黄土弹塑性损伤本构模型的工程应用分析
6．1 黄土的入渗模型
6．1．1 非饱和渗流基本理论
6．1．2 非饱和渗流基本微分方程
6．1．3 考虑入渗过程的土壤水分运动基本方程的定解条件
6．1．4 非饱和渗流有限元格式推导和程序实现
6．1．5 计算实例
6．2 黄土弹塑性损伤有限元程序编制
6．2．1 含损伤结构定解问题的求解方法
6．2．2 黄土弹塑性损伤模型的有限元列式
6．2．3 黄土弹塑性损伤有限元方程的求解过程和程序流程图
6．3 浸水试坑的数值模拟
6．4 小结
7 结论与展望
7．1 结论
7．2 展望
致谢
参考文献
附录:攻读博士研究生期间发表的论文
发布时间: 2005-05-10
参考文献
- [1].延安地区黄土-基岩接触面滑坡复活演化及机理研究[D]. 王雷.长安大学2018
- [2].黄土非饱和增湿变形特性研究[D]. 邵显显.兰州大学2018
- [3].单变量黄土结构势参数及其与增湿变形系数、振陷系数关系研究[D]. 程大伟.西北农林科技大学2014
- [4].黄土结构性多尺度研究[D]. 马闫.西北大学2017
- [5].黄土填方介电参数特性及地质雷达回波的正演与解译研究[D]. 吕高.西安理工大学2016
- [6].基于突变理论的黄土边坡稳定性分析方法研究[D]. 胡晋川.长安大学2012