非饱和结构性黄土本构模型研究

天然黄土在荷载作用下的变形与强度特性及本构模型研究一直是黄土土力学领域的一个重要研究方向。在影响天然黄土变形特性的诸多因素中,结构性与非饱和性是其中两个主要方面。

鉴于此,本文在前人关于黄土结构性及非饱和特性理论研究成果的基础上,从规律分析,理论推导,模型建立三个方面,较为系统的研究了天然黄土的结构屈服特性,及非饱和状态下黄土的变形及强度特性,最终提出了可以同时考虑结构性和非饱和特性的黄土水力-力学性状耦合的弹塑性本构模型。本文的主要研究内容和研究成果如下:1.建立了适用于正常固结和超固结重塑黄土的水力-力学性状耦合的弹塑性本构模型。

在非饱和临界状态理论框架内,根据对平均骨架应力的定义,改进BBM模型的LC屈服曲线方程,同时参考Wheeler提出的双线性土水特征曲线模型,建立吸力、孔隙比与饱和度之间的关系。将修正后的水力-力学性状耦合的BBM模型与下负荷面修正剑桥模型进行结合,将其扩展到超固结非饱和土,从而更好的模拟超固结非饱和重塑黄土的强度与变形特性。

通过与超固结非饱和UH模型及BBM模型的对比分析,说明了该模型较传统模型的优越性。通过对多组不同重塑黄土试验结果的数值模拟,再次验证了该模型的合理性和有效性。

2.进一步建立了能够同时描述结构性和非饱和性的正常固结天然黄土的弹塑性本构模型。针对建立的适用于重塑黄土的非饱和土本构模型不能合理反应天然黄土结构损伤特性的缺陷,改进Asaoka提出的结构性参数r的演化规则,提出一个能够同时描述天然黄土结构性和非饱和特性的本构模型。

模型在不考虑非饱和性影响的情况下,可以退化为饱和土的结构性本构模型。通过对结构性理论的验证及对多组天然黄土的试验结果的模拟验证,证明了本章所提出的模型的合理性。