考虑颗粒破碎下粒状材料的动力临界状态本构模型

试验资料表明：粒状材料在高围压或动力荷载下会发生颗粒破碎现象，若不考虑由颗粒破碎所引起的应力应变关系的改变，则会造成预测的失真，可能会把不排水的正孔压预测为负孔压。本申请拟将破碎前后的粒状材料视为不同的材料，通过改变e-lnp坐标系中正常压缩线和临界状态线的位置来描述这种变化。基于试验结果研究颗粒破碎前后压缩线以及临界状态线的移动规律，从而建立压缩线与临界状态线随塑性体应变变化的演化关系式，建立考虑破碎效应的临界状态强度表达式，分别建立峰值应力比、特征状态应力比与临界状态应力比的关系，再将上述关系引入到申请者等提出的统一硬化参数来反映能考虑颗粒破碎效应的剪缩、剪胀、应变硬化、软化等力学特性。研究循环加载下颗粒破碎对体变规律的影响，进而建立能反映循环加载下颗粒破碎的旋转硬化表达式。最终建立能反映粒状材料在动力荷载下发生颗粒破碎的临界状态本构模型，并采用变换应力方法对新提本构模型进行三维化。

将破碎前后的粒状材料视为不同的材料，通过压缩参数λ和峰值应力比来描述这种变化，将上述关系引入到姚仰平等提出的统一硬化模型，构造能考虑颗粒破碎效应，能考虑剪缩、剪胀、应变硬化、软化等力学特性的土的本构模型，与试验试验结果对比表明该模型能较好地模拟实际情况。引入可以表示粗粒土被压碎和剪碎的相关参数，建立了可以考虑颗粒破碎的粗粒土本构模型，通过对Lade的试验的预测，表明该模型能够合理地描述粗粒土材料的力学特性。以饱和砂土为研究对象，通过分析饱和砂土在动力循环荷载下的应力应变关系，以超固结土UH模型为基础，将其发展为针对砂土的动力本构模型。将所提动力UH模型嵌入到有限元软件中，单元以及三维地基的动力加载模拟结果表明，该模型可方便的应用于岩土工程实践中。UH模型系列的有限元分析中，由于采用变换应力方法，切线刚度矩阵是非对称的，通过将切线刚度矩阵对称化，在有限元分析中能以较快的速度收敛，解决了切线刚度矩阵矩阵对称处理前，有限元分析的收敛问题。建立了基于变换应力的三维化方法。开发了三轴试验与土的本构关系预测比较软件。