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天津软土的结构性及本构模型研究的开题报告一、研究背景天津市是我国海河三角洲经济区域中心城市之一，基础设施建设和城市扩张迅速，建筑工程深基坑、地铁隧道、桥梁等大型工程的建设及运营成为城市可持续发展的关键因素。
然而，天津地区大部分地下水位高，地下水氯离子含量大，软黏土层较厚且广泛分布，给地下工程的设计和建设带来了极大困难。
地下水的渗流对软土地层力学性质的影响更为关键。
因此，对天津软土的结构性及本构模型的研究，对完善天津市区大型地下工程的设计和施工具有重要意义。
二、研究目的和意义1. 了解天津软土的结构特征和物理性质，分析其弹性模量、剪切模量、压缩模量等参数的变化规律，提高天津地区软土力学性质的理论认识。
2. 基于实际场地测试数据，开展不同条件下天津软土的强度试验，探寻天津软土的力学性质，建立合适的本构模型，为天津市区地下工程设计和施工过程提供可靠的理论依据。
3. 分析天津软土的水分对其力学性质的影响，探究水分含量与力学参数的关系，为天津市区地下工程的水文地质条件设计和施工提供指导。
三、研究方法1. 实地采集天津市不同区域和地层位置的土样，进行土工试验和室内试验，获得天津软土的弹性模量、剪切模量、抗剪强度和压缩模量等参数。
2. 根据实验数据，结合已有的软土力学理论与经验，选择合适的本构模型，在不同条件下建立与试验数据相符的模型，为天津市区地下工程设计和施工提供可靠的力学参数参考。
3. 采用数值模拟方法，验证所建立的模型的可行性和适用性，分析土体在不同工况下的变形和破坏形式，为天津市区大型地下工程的设计和施工提供依据。
四、预期结果1. 获得天津软土的结构特征和力学性质的相关数据，建立相应的本构模型，为天津市区地下工程设计和施工提供参考。
2. 分析天津软土的力学性质与水分含量之间的关系，为天津市区地下工程的水文地质条件设计和施工提供指导。
3. 建立可靠的数值模拟方法，为天津市区大型地下工程的设计和施工提供依据。
文章编号（黑体加粗）：1000－7598－(2003) 02―0304―03（编号用Times New Roman）饱和土本构模型研究进展摘要：自20世纪50年代以来，随着计算机技术的发展，许多能够描述饱和土体复杂力学行为的本构模型相继被提出来，但由于模型数量较多，很多模型较为复杂，因此不被工程师们所接受。
综述近60年来饱和土体静力本构和动力本构的发展情况，对每种模型进行简单的介绍，以求尽可能多的囊括近年来较为成熟的各类模型，便于工程师与科研工作者对这些模型有所了解，并能在工程中进一步完善和应用。
关键词：中图分类号：TU 443（Times New Roman）文献标识码：AAdvance in research on constitutive model of saturated soilAbstract: s ince 1950’s, with the development of computer science, many constitutive models were proposed to describe the complicated nature of saturated soil. However, the number of the new model is too large and many of them are not accepted by engineers. We review the development of saturated soil constitutive and soil dynamics constitutive in nearly 60 years, and introduce as many relevant maturity models briefly as possibly in order to make engineers and scientists know about these models and utilize them in real projects.Key words:1.引言土作为一个自然形成的天然材料，具有复杂的物理力学性质，普遍认为用统一的土的本构模型完全模拟土的物理力学性质是十分困难的[1]，现有的模型普遍都具有局限性。
《软土地基》课程论文学院建工学院姓名王洋学号软土本构模型综述1 引言土体具有复杂的变形特征，如剪胀性、各向异性、受应力路径影响等。
土体变形的这种复杂性是在复杂受力状态下表现出来的。
复杂应力状态存在 6 个应力分量，也有 6 个应变分量。
其间的关系是一种多因素物理量与多因素物理量之间的关系，不能由试验直接建立。
须在简化条件的试验基础上，做某些假定及合乎规律的推理，从而提出某种计算方法，把应力应变关系推广到复杂应力状态。
这种计算方法叫本构模型。
1.1 土的本构模型发展到现在，土的本构模型数目众多，大致可以分为以下几大类: ( 1) 非线性模型;( 2) 弹塑性模型;( 3) 粘弹塑性模型;( 4) 结构性模型。
对于软土而言，比较适用的一般为弹塑性模型。
弹塑性模型是把总的变形分成弹性变形和塑性变形两部分，用虎克定律计算弹性变形部分，用塑性理论来解塑性变形部分。
1.2 变形假定对于塑性变形，要作三方面的假定:( 1) 破坏准则和屈服准则;( 2) 硬化准则;( 3) 流动法则。
不同的弹塑性模型，这三个假定的具体形式也不同。
最常用的弹塑性模型为剑桥模型及其扩展模型。
2 剑桥模型与修正剑桥模型1958 年，Roscoe 等发现了散粒体材料在孔隙比-平均有效应力-剪应力的三维空间里存在状态面的事实，1963 年，提出了著名的剑桥模型，1968 年，形成了以状态面理论为基础的剑桥模型的完整理论体系。
Roscoe 等人将“帽子”屈服准则、正交流动准则和加工硬化规律系统地应用于Cam 模型之中，并提出了临界状态线、状态边界面、弹性墙等一系列物理概念，构成了第一个比较完整的土塑性模型。
剑桥模型又被称为临界状态模型，是一个非常经典的弹塑性模型，它是第一个全面考虑重塑正常固结或弱超固结粘土的压硬性和剪胀性的模型，标志着土的本构理论发展新阶段的开始。
1968 年，Roscoe 等人在剑桥模型的基础上提出了修正剑桥模型，将原来的屈服面在p'，q 平面上修正为椭圆，并认为在状态边界面内土体变形是完全弹性的。
黄土结构性试验研究及结构性本构模型【中文摘要】土的结构性题目是“二十一世纪土力学的核心题目”。
黄土是一种典型的结构性土,其特殊的结构性直接决定着黄土的工程力学性质。
因此,对黄土结构性方面的研究将是本世纪黄土力学研究的主要内容。
在阅读和分析相关文献的基础上,总结了近些年黄土结构性方面的优秀成果,提出了本文的研究目标。
对未扰动、重塑、未扰动饱和及重塑饱和黄土进行了常规三轴试验。
深进分析和探讨了几种黄土在三轴条件下的变形特性和基质吸力的变化规律,结果表明,含水量和围压是影响黄土变形特征的主要因素,含水量对基质吸力起控制作用,重塑黄土具有一定的结构性。
鉴戒前人对于结构性的土力学研究方法,研究了未扰动黄土的结构性变化特征,解释了结构性参数随各种因素的变化规律;试验对比分析了两种基于应力考虑的结构性定量化参数。
结果表明,两种结构性参数具有很好的一致性;定义了重塑黄土及未扰动饱和黄土的结构性定量化参数,试验研究了重塑黄土和未扰动饱和黄土的结构性变化特征;论证了本文所建议的重塑黄土及未扰动饱和黄土的结构性参数具有很好的适用性。
基于损伤统计理论,建立了简单的黄土结构性损伤本构模型,试验结果和猜测结果的对比,表明该模型能较好地模拟应变软化的全过程;在应变较小时,与应变硬化曲线也能较好吻合,模型能在一定程度上模拟黄土的结构性特征。
为研究黄土的结构性本构模型提供了一个新思路和新途径。
');【Abstract】 The problem of soil structural characteristics is called as "the focus problem of soil mechanics in the 21~(st) century".The loess is one kind of typical structural soil,its special structure property directly affects the mechanics and engineering property of loess. Therefore the study on the structural of loess is the main content about loess mechanics study this century.In this ***,based on the observation and analysis of a large number of literature reference,the first-class study outcomes on structural property of loess is summarized,and the essential study object of this *** are presented.Some outcomes are obtained as following:A large number of routine triaxial tests are carried out on the unsaturated soiltriaxial apparatus for different water content unsaturated intact loess,disturbed loess, saturated intact loess and saturated disturbed loess.Analyzed and studied the stress-straincharacteristic,volumetric strain-strain characteristic and matrix suction-stain characteristic under triaxial shear condition.Theresult indicates,the loess deformation property and volumetricvariety property are mainly influenced by the initial water-content and consolidation stress,the water content is the most important factor on matrix suction,the disturbed loess has initial structural characteristic.On basis of a new soil mechanical method,variation characteristics of intact loess structure were studied under triaxial stress condition,and the correlation factors influencing the loessstructure are analyzed.Contrasted the structural characteristics variation regularity of two Structure Parameter,the result indicates,the two Structure Parameter are unanimous.Defined a new structural parameter of disturbed loess and another saturated intact loess according to the result that the predecessor had researched previously,and studied variation regularity of disturbed loess and saturated intact loess, confirmed the applicability of the new structural parameter.Grounded on statistical damage theory,a *** damage constitutive model is presented.And carried on the comparison analysis between the test result and the model computed result,it makes clear that the model could simulate the strain softening well, the expected value is close to the strain hardening when the strain is small,the model could describe the strength and deformation behavior reasonably in a certain extent. Afford a new thinking and method of study on loess structural constitutive model.。
土的本构模型研究现状及发展趋势雷华阳(长春科技大学环境与建设工程学院,吉林长春 130026)摘要:从两方面总结了前人关于土体本构关系的研究成果以及目前的发展状况:一方面,从宏观现象学角度介绍了剑桥模型、弹性-硬化塑性模型以及为描述循环荷载条件下土的本构特性所建立的多重屈服面模型和边界面模型;另一方面,阐述了土的微观结构和土微结构力学模型的研究状况。
认为今后的土本构模型研究趋势必将与土的结构性研究紧密相联,成为21世纪土力学的核心。
关键词:土本构模型;宏观力学;微观结构中图分类号:P642.1 文献标识码:A 文章编号:1004-5589(2000)03-0271-06收稿日期:2000-01-04作者简介:雷华阳,女,1974年生,博士生,主要从事地质工程方面研究11 土本构模型的研究内容土体是一种地质历史产物,具有非常复杂的非线性特征。
在外荷作用下,表现出的应力-应变关系通常具有弹性、塑性、粘性以及非线性、剪胀性、各向异性等性状[1]。
为了较好地描述土的真实性状,建立土的应力-应变-时间之间的关系式,有必要在试验的基础上提出某种数学模型,把特定条件下的试验结果推广到一般情况,这种数学模型称为本构模型[1,2]。
广义上说,本构关系是指自然界一作用与由该作用产生的效应两者之间的关系。
而土的本构关系则是以土为研究对象,以建立土体的应力-应变-时间关系为核心内容,以土体工程问题的模拟和预测为目标,以非线性理论和土质学为基础的一个课题。
纵观土力学70余年的发展历史,人们常将岩土本构关系分为宏观本构关系和微观结构本构关系两个方面。
前者是建立在宏观现象学基础上的本构关系,而后者则是从土的微观结构角度来建立土的本构关系。
通过微观结构的研究,使得众多结构研究成果与其力学性状发生定量意义上的联系,对解释宏观力学现象具有重要意义。
2 研究现状早在1773年Coulomb 就提出Coulomb 屈服准则,用以模拟土的应力-应变性质。
岩土工程中土体本构模型的研究与改进导言：岩土工程是土壤和岩石力学的应用学科，涉及地质工程、地下工程、堤坝工程等方面。
在岩土工程中，研究土体力学特性是非常重要的。
土体本构模型作为描述土体力学特性的数学模型，对于岩土工程的设计和分析具有重要意义。
本文将研究和改进在岩土工程中常用的土体本构模型，以提高工程设计的准确性和可靠性。
一、传统土体本构模型的局限性传统的土体本构模型常采用线性弹性模型或塑性模型进行描述，但这些模型在实际工程应用中存在一定的局限性。
首先，线性弹性模型忽略了土体在较大应力下的非线性变形特性。
其次，塑性模型在描述土体的变形特性时，仅考虑土体的体积塑性，但忽略了土体的剪切塑性，与实际工程情况存在一定的差距。
因此，需要对传统土体本构模型进行研究和改进，以提高模型的适用性和准确性。
二、复杂土体本构模型的研究与改进为了更好地描述土体的力学特性，研究人员提出了一系列复杂的土体本构模型。
这些模型在考虑土体的非线性特性、各向异性特性和剪切塑性特性的同时，还能够模拟土体在不同应力路径下的力学行为。
例如，Cam-Clay模型以及其改进版本，综合考虑了土体的体积变形、剪切变形和各向异性，适用于模拟粘土和软土的力学行为。
Hardening Soil模型则引入了孔隙压力的影响，并考虑了土体的强度衰减效应，适用于模拟岩土体在变动应力下的力学行为。
这些复杂的土体本构模型在改进了传统模型的同时，也增加了模型的复杂性和计算难度，需要更多的实验数据和计算技术支持。
三、新型土体本构模型的发展趋势随着计算机技术和数值方法的快速发展，越来越多的新型土体本构模型得到了研究和应用。
这些模型不仅考虑了传统模型所忽略的土体力学特性，还能够模拟土体在较大应力下的非线性变形，并提供更为准确的力学参数。
例如，基于塑性势函数理论的非线性本构模型，能够更好地描述土体在应力路径变化下的力学行为。
另外，细观尺度下的离散元模拟方法也为岩土工程提供了新的研究思路，通过将土体划分为离散的颗粒，并考虑颗粒间的作用力，模拟土体的宏观力学行为。
岩土类材料本构模型研究现状及发展趋势
岩土类材料本构模型的研究现状主要集中在以下几个方面：
1. 传统本构模型：目前岩土类材料常用的本构模型包括弹性模型、塑性模型和粘弹塑性模型等。
这些模型已经在岩土工程领域得到广泛应用，但仍存在一些不足之处，如无法精确描述材料的非线性行为、依赖于实验数据等。
2. 分子动力学模拟：近年来，随着计算机技术的发展，分子动力学模拟在岩土类材料本构模型研究中得到了广泛应用。
该方法基于分子尺度对材料的微观结构和性质进行研究，能够提供更准确的材料本构模型。
3. 非线性本构模型：针对岩土类材料的非线性行为，研究人员正在开发更精确的非线性本构模型。
这些模型能够考虑材料的强度、应变硬化、损伤以及温度等因素对材料行为的影响。
未来岩土类材料本构模型研究的发展趋势包括：
1. 多尺度本构模型：将不同尺度的模型进行耦合，从而提高模型的准确性和适用性。
例如，将分子动力学模拟结果与宏观本构模型相结合，以获得更准确的材料本构模型。
2. 数据驱动的本构模型：利用大数据和机器学习等技术，通过分析实验数据和观测数据来构建本构模型。
这种数据驱动的方法能够提高模型的预测能力和适用性。
3. 损伤模型：研究人员将更多注意力放在岩土材料的损伤行为研究上，以提高本构模型对材料失效的预测能力。
4. 特殊环境下的本构模型：考虑材料在特殊环境下的行为，如高温、低温、高压等条件下的应力应变关系。
总体来说，岩土类材料本构模型研究的发展趋势是朝着多尺度、数据驱动和考虑材料特殊环境影响的方向发展。
这将有助于提高模型的准确性和适用性，为岩土工程领域提供更科学、可靠的模型和方法。
混凝土本构关系研究现状及发展混凝土是一种重要的建筑材料，广泛应用于各种结构和设施的建设。
本构关系是指材料在受力状态下其力学性质与状态变化之间的关系，是混凝土结构设计的重要基础。
因此，对混凝土本构关系的研究具有重要意义。
本文将概述混凝土本构关系的研究现状、不足和挑战，并介绍本文的研究方法、结果和结论。
混凝土本构关系的研究涉及多个领域，包括土木工程、材料科学和物理学等。
在土木工程领域，研究者主要混凝土在静载和动力荷载作用下的本构关系，以及与结构稳定性和安全性相关的本构关系。
在材料科学领域，研究者则更加注重从微观角度研究混凝土的本构关系，包括混凝土的细观结构和材料参数对力学性能的影响。
目前，混凝土本构关系的研究已经取得了一定的成果。
例如，研究者们通过试验和数值模拟方法，对混凝土在各种荷载作用下的本构关系进行了深入研究，提出了一系列经验公式和模型。
同时，随着计算机技术和数值计算方法的发展，有限元法、有限差分法等数值方法在混凝土本构关系研究中得到了广泛应用。
尽管混凝土本构关系的研究已经取得了一定的进展，但仍存在一些不足和挑战。
在理论框架下，混凝土本构关系的模型建立通常基于一定的假设和简化条件，难以完全反映实际情况的复杂性和多层次性。
在实验模版下，由于混凝土是一种复合材料，其本构关系受到多种因素的影响，如原材料、配合比、施工工艺等，导致实验结果的不确定性和离散性。
混凝土本构关系研究还面临着数据量庞大和处理复杂的挑战。
由于混凝土材料的复杂性和多样性，试验数据和实测数据的规模往往非常庞大，需要采用先进的数据处理和分析方法进行处理和解释。
同时，为了提高研究的准确性和可靠性，需要开展更多高水平、多层次的实验和实测工作，这也增加了研究的时间和成本。
本文主要采用文献调研和实验研究相结合的方法，对混凝土本构关系进行深入研究。
通过文献调研了解混凝土本构关系的研究现状和发展趋势，总结和分析现有研究成果和不足之处。
根据文献调研的结果，设计相应的实验模版和数据处理方法，通过实验和数值模拟方法获取混凝土在不同条件下的本构关系。
常用岩土本构模型及其研究现状学生：彭敏班级：水工一班学号：2014141482159 授课教师： 肖明砾 成绩摘要： 在土木及水利工程中岩体分析成功性很大程度取决于采用的本构模型的正确性，常用的岩土本构模型：传统的弹性模型和弹塑性模型,新型的广义塑性力学理论、微观结构性模型、分级模型等。
关键词：本构模型 弹性 弹塑性 损伤力学 微观1.传统岩土本构模型现代岩石力学研究岩石全程应力应变曲线（如图1）可分为压密阶段、弹性工作阶段、塑性变形阶段和破坏阶段，采用经典连续介质力学理论计算的岩石力学模型有： 1.1 弹性模型对于弹性材料, 应力和应变存在一一对应的关系, 当施加的外力全部卸除时 ,材料将恢复原来的形状和体积。
弹性模型分为线弹性模型和非线性弹性模型两类。
这类模型用于荷载单调加载时可以得到较为精确的结果，但用于解决复杂加载问题时, 精确性往往不能满足工程需要。
1.2弹塑性模型弹塑性模型的特点是在应力作用下, 除了弹性应变外,还存在不可恢复的塑性应变。
应变增量分为弹性和塑性两部分, 弹性应变增量用广义虎克定律计算, 塑性应变增量根据塑性增量理论计算。
错误!图1：应力应变曲线图2 弹塑性模型2. 新型岩土本构模型2.1 广义塑性力学理论广义塑性力学认为, 传统塑性理论的 3 个假设都不符合岩土材料的变形机制，广义塑性力学从寻找和消除这些假设入手, 提出了一些新的观点。
2.2 微观结构性模型将土体的变形过程看作由原状土经损伤向扰动土逐渐转化的过程, 可以采用损伤力学理论建立弹塑性损伤模型。
通过微观结构的研究, 使得众多结构研究成果与其力学性状发生定量意义上的联系, 对解释宏观力学现象具有重要意义。
2.3 分级模型该方法以服从关联流动法则的简单各向异性强化模型开始, 模型级数逐渐递增, 较高等级的模型则是通过引入非关联流动法则、各向异性强化法则和应变强化或软化法则得到的。
3.结论（1）传统岩土本构模型虽然简单，但是存在一些缺点。
J ournal o f E ngineering G eology 工程地质学报 1004-9665/2006/14(05) 0620 07土结构性本构模型研究现状综述*王国欣 肖树芳( 中国建筑第八工程局技术中心上海200135)(吉林大学建设工程学院长春130026)摘 要 土本构模型的建立是一个重要而又复杂的问题,到目前为止,国内外学者们已提出数以百计的土本构模型,诸多文献也对这些模型进行了评述和归纳。
然而这些土本构模型多是在扰动土或砂土的基础上发展和建立起来的,它们难以描述由于土结构性引起的各种非线性行为,其计算结果与实际情况相差甚远。
天然土体一般都具有一定的结构性,所以有必要建立考虑土结构性影响的土本构模型。
针对这个现实,目前有些学者已基于各种理论和方法,提出了一些可以考虑土结构性影响的土本构模型,并得了较好的应用。
但在目前的文献中还很少有对土的结构性本构模型研究进行归纳,基于此,本文简要介绍了一下目前土的结构性本构模型研究现状,并提出了这些本构模型在应用中所存在的问题。
关键词 土 本构模型 结构性中图分类号:P642.1 文献标识码:AREV IE W ON CURRENT SITUAT I ON OF S O I L STRUCTURAL CON S T ITU TIVE MODEL SWANG Guox in XI AO Shu fang( D epart men t of G eotechnical E ngineer i ng,T ongj i Un i ver sit y,Shangha i200092)(onstruction Engineer i ng Colle g e,J ili n University,Changchun130026)Abst ract It is an i m portant and co m p lex task to constr uct so il constit u ti v e m ode.l Up to no w,t h ere are hundreds of so il constituti v e mode ls wh ich have been pr ov i d ed by scho lars in China and abroad.These m ode ls have been re vie w ed and docum ented i n m any literatures.H o w ever,because they w ere constr ucted and developed m ainly on the basis of dist u rbed soils or sandy soils,these m ode ls are not ab le to descri b e the var i o us nonli n ear behav ior induced by structural property o f so i.l Subsequen tl y,t h e calcu lated resu lts can g reatl y d ifferentw ith the resu lts o f tests per f o r m ed i n situ.Genera ll y,natura l so ils have struct u ra l property.So it is necessary to construct so il constit u ti v e m ode ls wh ich can take account o f the so il structura l property.So m e scholars have proposed soil constitutive m odels t h at can take account o f struct u ra l property on the basis of a llk i n ds of theories and m ethods,and have ach ieved sat isfactory resu lts.But up to now,there are fe w literatures to g ive a state o f the art revie w on so il struct u ral constit u ti v e m odels.Therefore,the paper presents a rev ie w on thethe current situation of so il str uctural constitutive m ode ls, po i n ts out so m e issues i n use o f the so il structura l constit u ti v e m odelsK ey w ords Soi,l Constitutive m ode,l Structura l pr operty,So ilm echanics,Geotechn ica l engineeri n g*收稿日期:2005-12-12;收到修改稿日期:2006-05-17.基金项目:国家自然科学基金资助项目(40172092),国家博士后科学基金资助项目(2003034276).第一作者简介:王国欣(1976-),男,博士,主要从事地质工程.Ema i:l cyx w gx@126.co m1引 言近年来,土的结构性研究引起了人们的广泛关注。
从广义上讲,土都具有结构性[1],土结构性的强弱是与土的先期固结压力、沉积时间、沉积条件以及土的物理化学成分等相关的。
土的结构性是指土结构的力学效应,即受力时土的结构与其力学行为的相互影响。
如在对粘性土原状样(有结构性的土)和重塑样(丧失结构性的土)的室内力学试验时发现,原状样和重塑样的力学性质差异较大,主要表现在:(1)在压缩曲线上原状样有明显的结构屈服点,而重塑样压缩曲线基本为一直线;(2)三轴剪切试验中,原状样的应力应变曲线上有明显的结构屈服应力点,而重塑样没有;(3)原状样在应力低于结构屈服应力时,固结系数基本为一常数,而当应力增加到结构屈服应力附近时,固结系数急剧降低,最后趋近于重塑样的固结系数;(4)三轴剪切试验中,原状样的抗剪强度包线呈折线型,而重塑样为一直线。
以上这些特性均表明了土结构性对土的力学性质是有较大影响,所以用传统通过饱和扰动土和砂土发展起来的土本构模型是很难反映结构性土的力学性态的,其计算所得的结果必然与实际情况相差甚远[2]。
土结构性研究的重要性,早在20世纪20年代就由土力学创始人Terzaghi指出。
沈珠江也曾强调指出:土的结构性本构模型建立将成为21世纪土力学的核心问题[2]。
谢定义也曾指出:土结构性是决定各类土力学特性的一个最为根本的内在因素[3]。
不难看出,土结构性研究在土力学学科发展中的独特地位,土结构性理论与其他理论(如固结理论、流变理论等)的交叉与渗透,必将构成21世纪土力学学科的主要内容。
所以,有必要把土在受力后所表现的变形、稳定等方面问题和土的结构变化作为一个整体来研究,即开展土的结构性研究并建立相应的本构模型,这已经成为目前土力学研究中十分重要而紧迫的问题。
2土结构性本构模型的研究方法近十年来,土结构性本构模型研究得到了长足的发展,国内外许多学者提出了众多的土结构性本构模型。
(1)从微观角度出发,结合相关非线性理论,如分形理论、突变理论等,将微结构参数与宏观力学参数相结合进行研究的。
微结构研究方法是由20世纪20年代沿袭和发展下来的微结构形态学的研究方法,它几乎将微结构当成了土结构性的代名词,多年来许多学者都试图通过微结构观测与宏观力学试验相对应,建立起微结构参数与宏观力学参数间的关系,但由于测试技术上的复杂性和准确性,其建立的土结构性本构模型似乎离真正的应用还相差很大的距离。
(2)结合固体材料力学研究方法进行的,如损伤力学、扰动状态概念以及多屈服面理论等。
通过这方面的研究试图从数学力学的观点建立一种能够有效描述土结构性在受力过程中变形和破坏的力学模型,由此推导和反映土的宏观力学行为。
它是受到土力学中揭示规律的影响,带有现代力学发展意义的特色,但在土结构性的表征方式和结构性受到扰动时变化规律的正确反映方面,还有许多工作要做。
(3)采用土力学的研究方法,主要是通过对结构性土和重塑土做对比试验,得出可以描述结构破坏的结构性参数。
它或局限于说明不同结构性的土具有不同的力学规律,或只针对某些土的特殊性质而提出某些对症的表述参数(如结构强度、先期固结压力、湿陷系数、灵敏度和液化度等),从总体上看,仍然缺乏实质、系统、全面的研究[3]。
3微结构本构模型的研究方法3.1结构性土的微结构本构模型微结构本构模型是指根据土的微观结构和粘土颗粒的物理化学性质建立土的本构模型,以此来反映土的宏观力学行为。
它的基本思路出自Tay lor (1938)提出的材料中不同方向微滑面上的应力应变关系。
目前土的微结构模型大多是针对重塑土或扰动土建立起来的,而对于结构性土建立的微结构模型不多,具有代表性的主要有以下两个模型。
3.1.1黄土的突变失稳本构模型1999年,苗天得等基于微结构突变失稳假说,给出了一个完整失陷变形黄土的本构模型[4],此模型的增量本构形式为:d v=a! (1-co s)N(R)d R(1)d d=b! N(R)d R(2)其中: =(1-∀!V)e01+(1-∀!V)e062114(5) 王国欣等:土结构性本构模型研究现状综述式中,a、b是考虑到实际土体孔隙和模型结构的差别而引入的两个变形调整因子,它们是含水量和应力状态的函数;R为孔隙半径; 为孔隙率;N(R)为孔隙分布函数,满足#R ma x0N(R)d R=1;为微结构突变角度;∀!V为总的体积改变;e0为初始孔隙比。
此模型是针对湿陷性黄土建立的,而黄土是一种典型的结构性土,它的建立对其他结构性土(如软粘土、红土等)是非常具有启发意义的。
3.1.2软土固结蠕变本构模型王常明(1999)研究了软土固结过程中微结构参数的变化,提出了微观结构因子M的概念,并用其构造了一个反映变形本质的固结蠕变本构模型,为流变学的深入研究提供了一个新的途径[5]。
其本构模型表达形式为:=[a M0(tT +1)-∀#p-b]lnt+TT(3)式中,微观结构因子M,M0为初始微观结构因子,M值综合反映了微观结构的特征,它是通过微结构单元体的分维数与定向度的比值加以求取的。
