学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

冻结粉质粘土细观变形机理及其各向异性损伤模型研究

作　者: 孙星亮
导　师: 汪稔
学　校: 中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）
专　业: 岩土工程
关键词: 冻结粉质粘土三轴强度特性细观变形机理 CT技术各向异性损伤弹塑性本构关系弹粘塑性本构关系应变速率蠕变损伤
分类号: TU445
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 470次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

寒区工程建设的迅速发展,要求我们对冻土的力学特性及变形机理进行更深一层次的研究,以建立有效的本构模型以描述冻土的应力—应变关系。现有大量关于冻土微、细观结构变化的研究成果已经表明:在荷载作用下,冻土体内存在大量微裂纹的萌生和扩展及土颗粒的重新定向现象,前者使冻土有效面积减小,导致承载能力的降低;后者则导致冻土损伤的各向异性,因而采用各向异性损伤理论来研究冻土变形过程是比较恰当的,而且是非常必要的。在试验的基础上分析了冻结粉质粘土的细观变形机理,建立了冻土的各向异性损伤本构模型,主要内容如下: 1、在大量试验基础上,分析了冻结粉质粘土在不同围压、不同温度下应力—应变特性,体应变随轴向应变的变化规律。发现其应力—应变曲线均呈“S”形,相同围压下的应力—应变曲线具有相似性,围压的增大使冻土的塑性变形能力明显增强。蠕变过程中粘塑性变形占主导,因而其三轴蠕变曲线没有出现渐进流动阶段。 2、冻结粉质粘土的三轴抗剪强度随温度的降低、围压和应变速率的增大而增大,且与负温的绝对值、围压成线性关系,与应变速率则成指数函数关系。其弹性模量随温度的降低而增大,成线性关系;随应变速率的增大而非线性增大,成指数函数关系;与围压没有明显的相关关系。 3、冻土的三轴剪切过程中CT图像和CT数变化分析表明:试样在受荷之前,冻土体内已经存在多种形状的孔隙和低密度区,组构单元与矿物颗粒呈无序化分布。在荷载作用下,冻土中矿物颗粒及冰晶的重新排列和定向,制约了冻土的变形和破坏,也导致了冻土力学性能的各向异性。与冻土蠕变过程中的结构变化类似,在剪切变形过程中,同样存在冻土结构的弱化和强化现象。反映冻土颗粒、孔隙胶结冰之间的相对滑移和位错造成的塑性损伤,不能用CT数的变化来计算。 4、依据不可逆热力学理论和基本原理,通过引入考虑静水压力影响的塑性势函数,导出了冻土的弹塑性各向异性损伤的本构方程,提出了基于等效应变能释放率的损伤累积势函数,导出了各向异性损伤演化方程。模型参数试验资料确定,并讨论了模型中参数随冻土温度、围压的变化规律,通过室内试验资料与模型计算结果对比,初步验证了模型的正确性;最后导出了弹塑性各向异性损伤分析的有限元方程。 5、将Perzyna方程引入到冻土的粘塑性分析之中,得到了考虑冻土各向异性损伤的弹

全文目录

第1章绪论  13-28
  1．1 冻土损伤力学国内外研究现状  14-17
  1．2 损伤基本理论简介  17-25
  1．3 本文的主要研究内容  25-28
第2章冻结粉质粘土三轴剪切变形的细观机理分析  28-53
  2．1 试验设备及其特性  28-34
  2．2 冻土常规三轴试验结果及分析  34-39
  2．3 冻土力学性能的结构效应  39-42
  2．4 冻土三轴剪切过程中结构变化的CT动态观测与细观变形机理分析  42-51
  2．5 本章小结  51-53
第3章冻结粉质粘土弹塑性各向异性损伤本构关系  53-76
  3．1 引言  53-54
  3．2 热力学框架  54-57
  3．3 弹塑性各向异性损伤本构关系  57-63
  3．4 损伤演化方程  63-68
  3．5 模型参数确定及其试验验证  68-71
  3．6 冻土弹塑性各向异性损伤有限元分析  71-74
  3．7 本章小结  74-76
第4章冻结粉质粘土弹粘塑性各向异性损伤本构关系  76-98
  4．1 冻土在不同应变速率下的三轴强度特性  76-79
  4．2 冻土弹粘塑性本构关系  79-84
  4．3 粘塑性各向异性损伤演化方程  84-88
  4．4 模型参数确定及试验验证  88-93
  4．5 冻土粘塑性各向异性损伤有限元分析  93-96
  4．6 本章小结  96-98
第五章结论与展望  98-101
  5．1 主要结论  98-99
  5．2 展望  99-101
参考文献  101-107

冻结粉质粘土细观变形机理及其各向异性损伤模型研究

内容摘要

全文目录

相似论文