饱和粘土应变局部化分析的广义塑性梯度模型及其数值模拟研究

经典塑性力学只适用于金属材料，当用于岩土类摩擦材料时会出现一些不符合实际的情况。本项目基于广义塑性理论建立饱和粘土应变局部化分析的应变梯度新模型，拟通过模型建模、试验研究和数值模拟的研究方法，研究饱和粘土应变局部化分析的广义塑性梯度模型的建立、模型参数测定和高效数值模拟方法。基于广义塑性理论框架建立适合于饱和粘土变形特性的应变梯度模型，采用基于数字图像非接触测量技术的土工三轴试验测定广义塑性梯度模型参数，为数值模拟提供高精度的模型参数。基于广义Biot固结理论、广义塑性梯度本构模型构造饱和粘土弹塑性固结问题的势能泛函，建立饱和粘土应变局部化分析的参变量有限元数值模拟方法；在模型参数的试验测试研究基础上，采用数值模拟研究方法对饱和粘土在固结排水和固结不排水两种情况下应变局部化带形成的影响因素进行研究，揭示应变局部化带形成机理。课题的研究有助于对饱和粘土渐进破损理论的发展。

基于参变量变分原理，建立了广义塑性梯度模型的参变量最小势能原理以及最终的二次规划模型，编制相应的计算程序，进行了数值算例分析。为便于工程应用，项目同时还进行了基于ＡＢＡＱＵＳ软件的应变梯度数值算法研究，实现了单屈服面梯度模型的应变局部化数值模拟。基于Matlab语言编写了基于数字图像相关分析方法（DIC ）的粗–细搜索方法的位移场，分别基于等参有限单元插值函数和无网格自然邻接点法(NEM)插值函数进行了变形场计算。研究了固结不排水条件下饱和粘土应变局部化带形成影响因素研究，揭示了应变局部化带形成机理。课题的研究有助于对饱和粘土渐进破损理论的发展。