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淤泥土有限特征比本构模型研究

作　者: 关炳朋
导　师: 李彰明
学　校: 广东工业大学
专　业: 岩土工程
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定模型应用对比
分类号: TU41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

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，粒径及形状可能是最基本的影响因素。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：(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，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—应变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。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-28
  1.1 国内外本构关系的相关研究及存在的问题  14-26
    1.1.1 土的非线性弹性模型理论  14-16
    1.1.2 土的弹塑性模型理论  16-22
    1.1.3 土的损伤本构模型理论  22-23
    1.1.4 土的结构性本构模型理论  23-26
  1.2 土体结构性的本构关系研究的必要性  26-27
  1.3 本文研究的目标、内容及主要工作  27-28
    1.3.1 研究目的  27
    1.3.2 研究内容  27
    1.3.3 论文的主要工作  27-28
第二章有限特征比本构模型基本理论  28-35
  2.1 概述  28
  2.2 李彰明提出的有限特征比基本理论(FCRT)  28-33
    2.2.1 质点尺寸的l_p提出  28-29
    2.2.2 有限特征比理论的基本思想  29-30
    2.2.3 有限特征比理论的基本假定  30
    2.2.4 有限特征比基本理论体系  30-31
    2.2.5 演化规律  31
    2.2.6 岩土类结构体本构模型  31-33
  2.3 有限特征比模型对砂土应力—应变关系描述中的应用  33-35
第三章三轴压缩试验及结果整理、分析  35-61
  3.1 概述  35-36
  3.2 三轴压缩试验  36-39
    3.2.1 三轴压缩仪简介  36-38
    3.2.2 三轴压缩试验的试验过程  38-39
  3.3 相关的数据推导公式  39-40
    3.3.1 面积修正  39-40
    3.3.2 摩擦角  40
  3.4 常规三轴试验本身对试验结果的影响  40-41
    3.4.1 乳胶膜的影响  40-41
    3.4.2 端部约束的影响  41
  3.5 淤泥的三轴压缩试验结果分析  41-59
    3.5.1 各试样试验结果  41-54
    3.5.2 固结排水试验结果分析对比  54-56
    3.5.3 固结不排水试验结果分析对比  56-58
    3.5.4 相同围压下淤泥、细砂试验结果分析对比  58-59
  3.6 淤泥试样微观下三轴压缩剪切前后比较分析  59-61
第四章淤泥的结构力学特性及有限特征比模型的建立  61-69
  4.1 概述  61
  4.2 淤泥土样的结构力学特性  61-63
    4.2.1 淤泥土样的结构特性分析  61-62
    4.2.2 淤泥土样的力学特性分析  62-63
  4.3 有限特征比模型的建立  63-66
    4.3.1 模型参数确定方法及讨论  63-65
    4.3.2 模型参数a_1、a_2、a_3、aq_(kk)的确定  65-66
  4.4 淤泥有限特征比本构模型计算结果与试验结果比较分析  66-69
    4.4.1 计算关系式  66-67
    4.4.2 结果比较分析  67-69
第五章有限特征比模型与其它常用模型比较分析  69-79
  5.1 概述  69
  5.2 忽略有限特征比参数L_(GI)影响时有限特征比本构理论的简化  69-71
  5.3 有限特征比模型与其它理论的比较分析  71-79
    5.3.1 有限特征比理论在不同内外结构特征大小情况下的比较分析  71
    5.3.2 有限特征比模型与D-P模型和剑桥模型的比较分析  71-79
结论与展望  79-80
有关问题的进一步研究  80-81
参考文献  81-87
攻读学位期间发表的论文  87-89
致谢  89

淤泥土有限特征比本构模型研究

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