关于砂土的本构模型

zwh2530 · 发表于 2009-11-19 10:26:59

对于土的损伤模型，国内外大多是针对粘土的，不知各位同行是否有有关砂土损伤方面的文章，贡献一下，谢谢！

zhoubcxynu · 发表于 2009-11-24 20:31:24

本帖最后由 zhoubcxynu 于 2009-11-24 20:39 编辑

岩土力学里损伤一般指土体结构性的丧失。
对砂土而言，除了颗粒之间的咬合，砂土没什么结构性；如果不考虑颗粒破损，砂土就谈不上什么损伤。

zwh2530 · 发表于 2009-11-25 10:28:03

谢谢zhoubcxynu，我认为土的结构性包括土体组成、排列变化和粒间胶结，所以虽然砂土没有粒间胶结，但其排列特征很显著，所以我认为砂土也应该考虑损伤，请指教，谢谢！

zhoubcxynu · 发表于 2009-11-25 20:56:14

本帖最后由 zhoubcxynu 于 2009-11-25 21:00 编辑

一般而言，岩土力学里的损伤模型是基于连续介质理论建立在弹塑性模型的框架中，即将土体视为连续介质，损伤主要考虑的是联结能力的丧失，黏土当然可以视为连续介质，所以对黏土较有意义（实际上到目前为止，个人认为损伤理论在土力学中的应用并不很成功，迄今为止也没有一个相对公认的损伤变量的考虑方法）
砂土，可看作连续介质，在弹塑性框架中解决，如著名的lade模型；
若考虑到颗粒破损，可将损伤引入到弹塑性模型中，近年来这方面的文献较多。
砂土也可以看作非连续介质，若考虑排列特征、颗粒特征、孔隙特征的变化，用离散元方法，用PFC更为合适。
所以，如果不考虑颗粒破损，砂土就谈不上什么损伤。

以上均为个人看法。

zwh2530 · 发表于 2009-11-26 20:13:13

谢谢zhoubcxynu的宝贵建议，其实我现在研究的是组构（也就是各向异性）对非饱和颗粒土强度的影响，准备利用洛德角和应力轴旋转考虑应力诱发的各向异性，采用lade模型，请给一些建议，看看我的想法是否可行，最后我想把损伤代入其中，考虑剪切模量的变化，如何？恳请指教？

zhoubcxynu · 发表于 2009-11-27 14:13:19

土不是金属，个性很强
我的理解，从加载模式和量测方法上看，这种试验很难做，相应的试验结果应该比较少
这不仅要真三轴试验，而且如何考虑各向异性的效应都是一个系统问题
你收集的有相应的试验结果吗，或者说你准备做这样的试验吗
若仅靠物理力学概念和数值模拟做出来的结果，个人认为，对土没有太大的意义

zwh2530 · 发表于 2009-11-28 20:12:42

zhoubcxynu,首先感谢你的热心指导,对于颗粒土,其存在原生和次生各向异性,国内外已经有许多这方面的试验结果,而且对于中密砂,其剪胀行为就是一损伤过程,因为其剪切模量和压缩模量是随应变不断减小的,这方面有试验可以参照,所以我认为分析颗粒状土可以考虑在弹塑性中引入损失变量,你觉得呢?

zhoubcxynu · 发表于 2009-11-28 20:58:51

本帖最后由 zhoubcxynu 于 2009-11-28 21:14 编辑

你的原话“其实我现在研究的是组构（也就是各向异性）对非饱和颗粒土强度的影响，准备利用洛德角和应力轴旋转考虑应力诱发的各向异性，采用lade模型，”

若考虑洛德角的影响就需要真三轴试验或空心扭剪试验结果
同时考虑各向异性和洛德角的影响的试验结果应该不多

剪胀与各向异性是不同概念
与剪胀同时发生的应变软化（即你讲的剪切模量和压缩模量是随应变不断减小），你可以用损伤解释
但可以考虑应变软化的弹塑性模型较多，似乎没有必要引入损伤概念
这个问题与各向异性似乎是两个问题

非线性弹性模型用剪切模量和压缩模量
弹塑性模型用屈服面的扩大和缩小来表征应变强化和应变软化

zwh2530 · 发表于 2009-11-29 09:56:26

zhoubcxynu,太感谢您了,给我提供了宝贵意见,怪我没说清,首先:
1.我研究的方向是组构对非饱和颗粒土的影响,既然是组构,就涉及到原生与此生各向异性,此生各向异性也就是应力诱发的各项异性,应力诱发就涉及到洛德角和应力轴的旋转,我想把这两方面加到我的lade模型中,但现在不知如何考虑加进去?
2.从另一方面,就像上面所说的,既然砂土的剪胀过程导致弹性模量和剪切模量的降低,我就想是否可以把模量的降低作为损伤变量加到我在1中提到的模型中呢?
总之,我的模型就是想考虑组构影响的同时,再采用损伤变量建立非饱和砂土的本构模型(当然这里也考虑吸力),请提宝贵意见,不胜感激!

zhoubcxynu · 发表于 2009-12-1 18:06:03

本帖最后由 zhoubcxynu 于 2009-12-1 20:29 编辑

1. 在混凝土和岩石的本构关系中引入损伤概念是非常有价值的
但与混凝土和岩石不同，土体是固、液、气三相多孔松散介质，引入损伤概念，有多大价值，我个人持保留态度
用损伤考虑黏土联结能力的丧失，以及砂土的颗粒破损是有积极意义的
但在弹塑性框架中可以较好地描述应变软化，似乎没有引入损伤概念的必要

2. 在土体本构关系的研究中，各向异性的影响、中主应力的影响（即洛德角的变化）、应力路径的影响、基质吸力的影响（土体的非饱和本构关系）均是困难的问题，个人认为，目前这4个方面的研究均不成熟，这取决于试验水平和理论水平的进展
我的看法，目前试图将这4种影响的其中几项耦合起来考虑是比较困难的，因为
a. 如前所述，这4个方面的研究本身均不成熟
b. 建立土体本构模型的目的是反映土体特性，其研究必须基于各种因素影响下的强度、变形、渗透等力学特征，而其力学特征的测试需要通过试验获得，目前来看，将此几项因素耦合起来进行的试验比较困难，若没有相应的试验成果作为参数确定和考察模型适用性的依据，建立的模型是数学模型，而不是土体本构模型，不可能达到反映土体变形与强度特征的目的

3. 若考虑各向异性，个人认为，原生各向异性与次生各向异性是两个不同的问题，应分别考虑
a. 首先要清楚原生各向异性与次生各向异性对土体变形与强度特性有什么样的影响
b. 然后再考虑建立合适的本构模型来反映这种影响
c. 再用试验成果确定模型参数
d. 然后用你的模型对其他工况进行预测以证实你的模型
e. 若两种各向异性均要考虑，应该在此基础上再考虑其耦合

4. 我坚持认同，由于土体的复杂性和工程应用要求的简单性，应根据具体土体特性建立相应的本构模型；对于能够将所有因素都考虑进去的模型，我觉得没有什么可能性与可行性

所有回复均属个人看法。
This is my final reply to the question.

zwh2530 · 发表于 2009-12-2 10:48:58

zhoubcxynu，太感谢你的答复，使我受益匪浅，谢谢！

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[岩土力学] 关于砂土的本构模型

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