[硕士]淤泥土有限特征比本构模型研究.pdf

摘要 摘要 目前本构关系的研究通常基于传统的弹性、弹塑性、粘弹塑性理论(在考虑水 的影响时还结合达西定律或其修正关系)；考虑较为复杂的情况是将其中土颗粒变形 用粘塑性、次塑性等模型加以描述，这些均属于连续介质力学的范畴。传统连续介 质理论和现代连续介质热动力学在讨论多组分介质的统观性质时，在实际描述中仍 M 然未给予体积元的(即质点)几何考虑，这种忽略体积元几何效应的理想化在描述 O 细观(颗粒尺度)不连续的岩土类介质时遇到严重的挑战。岩石力学试验表明，材 C . 料变形和强度特征与其内部颗粒大小有重要关系；关于土的变形性状研究指出，粒 G 径及形状可能是最基本的影响因素。 N 有限特征比是由李彰明提出的描述介质内部特征尺度与介质整体外部特征尺度 O L 关系的一个基本量。有限特征比方法理论(FCRT)就是以有限特征比为讨论问题的 U 出发点，基于不可逆热力学而建立的。FCRT可自然地描述介质渐进不可逆变形的 H Z 客观现象，对变形局部化问题的描述也非常方便。本文引入有限特征比理论，既考 . 虑介质响应的内部特征尺度，又考虑介质整体外部特征尺度，确定合理的描述淤泥 W W 变形的有限特征比本构模型。具体工作主要有以下几个方面： W (1)对淤泥进行三轴压缩剪切试验，采用两种方案：一是对于同一地点淤泥土 样(粒径相同)采用不同围压、不同的试验类型(CD和Cu)进行试验；二是对相 同围压下不同内部颗粒土试样的力学响应进行比较。对淤泥试样内应力(全过程总应 网 力、有效应力)变化、孔隙水压力的变化、体积的变化及施加不同压力时淤泥试样内 龙 应力与变形等问题进行研究，并对淤泥土样的结构特性和力学特性进行讨论。 (2)以FCRT为基础，结合试验，通过曲线拟合的方法寻求淤泥的演化规律， 筑 确定关于淤泥的有限特征比本构模型，并将淤泥的有限特征比理论计算的结果与试 验结果进行对比，对比结果表明二者具有很好的一致性，这说明此模型合理地描述 了淤泥的变形特征。 (3)基于师姐鞠海燕所做的关于不同粒径砂土的三轴试验及分析工作和本课题 研究的淤泥土的三轴试验及分析，通过将计算得到三轴状态下应力一应交关系和试 验结果相比较验证了FCRT在描述内外结构特征比越大的土体相对于经典弹塑性理 广东工业大学工学硕士学位论文 论越精确的结论；通过理论推导得到有限特征比理论在不考虑有限特征比的情况下 可以简化为经典的弹塑性本构关系；最后通过根据有限特征比理论、D-P模型与剑 桥模型而计算得到的实际工程沉降数据与现场监测数据对比得到有限特征比模型在 实际工程运用中比D-P模型和剑桥模型更为合理及精确的结论，从而验证了有限特 征比本构模型在实际工程中运用的合理性。 关键词：淤泥 结构性对比试验有限特征比本构模型模型参数确