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粗粒土顆粒破碎機理與統一強度及本構理論

2021-04-11 00:00:00
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項目成果/簡介:

我國粗粒土分布廣泛,在強震、高應力等復雜應力條件下,高土石壩、高邊 坡和島礁工程中,粗粒土易產生顆粒破碎,導致其級配發生改變并伴隨能量耗散, 從而引起邊坡及壩體變形失穩破壞。研究粗粒土在顆粒破碎情況下的本構模型以 及評價工程安全穩定是目前粗粒土研究的熱點問題。本項目以國家自然科學基金 重點項目、國家杰出青年科學基金項目等為依托,歷時十余年研究,建立了粗粒 土顆粒破碎機理與塑性本構理論。主要取得的科學發現點如下:

(1)  針對傳統強度理論無法描述粗粒土的顆粒破碎、各向異性、尺寸效應 等問題,建立了粗粒土三維統一非線性強度理論。該強度理論能夠準確地模擬粗 粒土因顆粒破碎所導致的偏平面及子午面上非線性的強度特征;能夠合理地反映 粗粒土因自重產生的橫觀各向同性的強度特征;能夠準確地模擬粗粒土復雜的各 向異性的強度特征;還能夠合理地反映粗粒土三維尺寸效應的強度特征。

(2)  提出考慮中主應力影響的粗粒土三維邊界面本構理論。試驗表明,粗 粒土剪脹特性與中主應力系數相關,據此提出了考慮中主應力影響的粗粒土三維 應力-剪脹方程。針對傳統本構模型無法描述中主應力對應力變形影響的問題, 建立了考慮中主應力影響的粗粒土三維邊界面本構模型。在邊界面理論框架下, 建立了屈服面與邊界面的演化規律,獲得了應力變形特征。

(3)  提出顆粒破碎影響的狀態相關塑性本構理論。試驗發現粗粒土顆粒破 碎會導致顆粒級配發生變化,細顆粒填充粗顆粒孔隙,進而使得臨界狀態線發生 移動,并伴隨能量散耗,因此,提出了考慮顆粒破碎的三維臨界狀態面及臨界狀 態理論。粗粒土在壓縮和剪切作用下,顆粒破碎,并具有狀態相關性,因此,提 出了考慮顆粒破碎的應力-孔隙耦合狀態方程。根據所提出的考慮顆粒破碎三維 臨界狀態面,建立了考慮顆粒破碎影響的狀態相關塑性理論。


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