巖土塑性力學(xué)讀書報告

1、巖土塑性力學(xué)讀書報告 本學(xué)期我們學(xué)習(xí)了彈塑性力學(xué)這一課程，在劉老師的講解和自學(xué)的過程中學(xué)習(xí)到了不少彈塑性力學(xué)的基礎(chǔ)知識。我們是巖土工程專業(yè)的學(xué)生，彈塑性力學(xué)知識相當(dāng)重要，是后續(xù)課程的基礎(chǔ)，由于專業(yè)的實用性，我們閱讀了鄭穎人、孔亮編著的巖土塑性力學(xué)一書。這本書將不少彈塑性力學(xué)的基礎(chǔ)知識運用到巖土工程中，從彈塑性力學(xué)的角度來理解巖土這種特殊介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)，閱讀之后讓我受益匪淺。以下是我閱讀本書后的一些總結(jié)。一、巖土材料的特點 等壓屈服特性與剪脹性，3.巖土材料的硬化與軟化特性。4.土體的塑性變形依賴于應(yīng)力路徑。二、巖土塑性力學(xué)的基本假設(shè) 由于塑性變形十分復(fù)雜，因此無論傳統(tǒng)塑性力學(xué)還是巖土塑性力學(xué)都

2、要做一些基本假設(shè)，只不過巖土塑性力學(xué)所做的假設(shè)條件比傳統(tǒng)塑性力學(xué)少些，這是因為影響巖土材料塑性變形的因素較多，而且這些因素不能被忽視和簡化。下列兩點假設(shè)不論是傳統(tǒng)塑性力學(xué)還是廣義塑性力學(xué)都必須服從：（1）忽略溫度與實踐影響及率相關(guān)影響的假設(shè)。（2）連續(xù)性假設(shè)。巖土塑性力學(xué)與傳統(tǒng)塑性力學(xué)不同點：（1）巖土材料的壓硬性決定了巖土的剪切屈服與破壞必須考慮平均應(yīng)力和巖土材料的內(nèi)摩擦。（2）傳統(tǒng)塑性力學(xué)只考慮剪切屈服，而巖土塑性力學(xué)不僅要考慮剪切屈服，還要考慮體積屈服。（3）根據(jù)巖土的剪脹性，不僅靜水壓力可能引起塑性體積變化，而且偏應(yīng)力也可能引起體積變化；反之，平均應(yīng)力也可能引起塑性剪切變形。（4）傳統(tǒng)

3、塑性力學(xué)中屈服面是對稱的，而巖土材料的拉壓不等，而使屈服面不對稱，如巖土的三軸拉伸和三軸壓縮不對稱。（5）傳統(tǒng)塑性力學(xué)的基礎(chǔ)是傳統(tǒng)塑性勢理論，它具有一個塑性勢面，服從塑性應(yīng)變增量方向與應(yīng)力的唯一假設(shè)。（6）傳統(tǒng)塑性力學(xué)中勢函數(shù)確定了塑性應(yīng)變增量總量的方向，屈服面確定了總量的大小。（7）傳統(tǒng)塑性力學(xué)中，塑性勢函數(shù)與屈服函數(shù)相同，稱為關(guān)聯(lián)流動法則，而巖土塑性力學(xué)中，塑性勢函數(shù)與屈服函數(shù)不同，屬于非關(guān)聯(lián)流動法則。（8）巖土塑性力學(xué)中應(yīng)力路徑的影響較傳統(tǒng)塑性力學(xué)中更為復(fù)雜，塑性變形和應(yīng)力路徑的相關(guān)性更為明顯。（9）傳統(tǒng)塑性力學(xué)中，只考慮穩(wěn)定材料，不允許出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。巖土塑性力學(xué)中可以是穩(wěn)定材料，也可以

4、是不穩(wěn)定材料。（10）傳統(tǒng)塑性理論中，材料彈性系數(shù)與塑性變形無關(guān)，稱為彈塑性不耦合，而巖土塑性理論中，有時考慮彈塑性耦合，即彈性系數(shù)隨塑性變形發(fā)展而減少。由上可見，對巖土材料不能完全套用傳統(tǒng)塑性力學(xué)，反之，針對巖土材料建立起來的廣義塑性力學(xué)，即適用于巖土材料，又適用于金屬材料。三、廣義塑性力學(xué)和傳統(tǒng)塑性力學(xué) 經(jīng)典塑性力學(xué)的假設(shè)之一是采用了傳統(tǒng)塑性勢，也就是彈性勢理論。按此，各塑性應(yīng)變增量的分量互成比例，而巖土材料各塑性應(yīng)變增量分量不成比例，在雙屆服面與多重屈服面理論中對傳統(tǒng)塑性位勢理論作了修正，尤其是楊光華應(yīng)用張量定律導(dǎo)出了廣義塑性位勢公式：由上可見,廣義塑性力學(xué)是分量理論,此時塑性應(yīng)變增量的

5、方向不僅與應(yīng)力有關(guān),還與應(yīng)力增量有關(guān)。 經(jīng)典塑性力學(xué)的假設(shè)之二是采用關(guān)聯(lián)流動法則,而巖土材料不適合關(guān)聯(lián)流動法則,即塑性勢面與屈服面不同。其實塑性應(yīng)變增量矢量的方向由塑性勢面確定,而大小由屈服面確定。可見塑性勢面與屈服面必然相關(guān),但相關(guān)只要求塑性勢面與屈服面兩者相應(yīng),并不要求兩者一定相等。例如求塑性應(yīng)變增量分量，其塑性勢面的法線必為方向(即p應(yīng)力方向);與此相應(yīng)的屈服面的硬化參量必為,屈服面可寫成, 按屈服面定義,它就是的等值面,即方向的分量屈服面,一般稱作體積屈服面。同理,相應(yīng)塑性勢q方向的屈服面為q方向的剪切屈服面,相應(yīng)塑性勢方向的剪切屈服面為.經(jīng)典塑性力學(xué)假設(shè)之三是沒有考慮主軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的

6、塑性應(yīng)變,對于動力問題更應(yīng)考慮主軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的塑性變形。國外在這方面作了較多工作尤其是日本Masouka作了不少試驗與計算。國內(nèi)劉元雪及作者通過應(yīng)力分解把應(yīng)力增量分解為共軸應(yīng)力分量與旋轉(zhuǎn)應(yīng)力分量(即應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力分量),并導(dǎo)出了旋轉(zhuǎn)應(yīng)力增量與繞主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角增量之間的關(guān)系:然后按廣義塑性位勢理論建立能考慮應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)的廣義塑性位勢公式。把塑性應(yīng)變分為共軸部分與旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)部分需采用6個應(yīng)力分量作塑性勢。式中:是塑性因子, 一般需通過試驗擬合,或試驗得到的經(jīng)驗公式來確定這方面還缺少深入的研究。巖土塑性力學(xué)基本理論方面國內(nèi)學(xué)者作了不少工作,但還需繼續(xù)完善和驗證,尤其是不斷普及與推廣,

7、為巖土界所接受。四、巖土本構(gòu)模型的建立 巖土塑性與本構(gòu)模型的發(fā)展,主要是圍繞著兩個方面:一是對經(jīng)典塑性理論的修正與靜力本構(gòu)模型的完善:二是針對不同巖土不同工況發(fā)展了許多新型的本構(gòu)模型。國內(nèi)學(xué)者作了大量的工作,新發(fā)展的廣義塑性力學(xué)既適應(yīng)巖土類摩擦材料,也適應(yīng)金屬,可以作為巖土塑性力學(xué)的理論基礎(chǔ)。新型模型中動力模型、復(fù)雜路徑模型等正在逐漸走向?qū)嵱谩＼浕瘬p傷模型、非飽和土模型、結(jié)構(gòu)性土模型、細觀模型也在不斷地發(fā)展與完善。五、關(guān)于屈服條件的研究塑性力學(xué)中的屈服條件決定著塑性應(yīng)變增量的大小,相當(dāng)于彈性力學(xué)中的力學(xué)參數(shù)。由于巖土本構(gòu)模型中常依據(jù)建模者的經(jīng)驗來確定屈服條件,有較大人為性,因而對巖土屈服條件需

8、作進一步的研究與改造。1用試驗擬合方法客觀地確定土體屈服條件由分析可知,屈服條件是應(yīng)力水平、硬化參量、材料性質(zhì)的函數(shù),客觀的屈服條件應(yīng)通過試驗獲得。一般情況下,只需通過土的常規(guī)三軸試驗就能得到,但由于人們對此缺乏認識,沒有充分利用這種條件。具體的試驗擬合過程是先按上述所得的屈服曲線假設(shè)為幾種屈服曲線表達式,并將表達式中的系數(shù)表述為塑性應(yīng)變分量或硬化參量的函數(shù),通過試驗數(shù)據(jù)擬合,求得屈服條件的具體表達式最后繪出求得的屈服曲線,并與試驗點相比。如求得的屈服曲線十分靠近試驗點,即可認為此為實際屈服曲線,反之,再重新假設(shè),重新擬合。2壓縮剪脹型土的體積屈服條件對于中密、緊密砂、超固結(jié)土體其體變先是壓縮后是體脹。以往能反映壓縮剪脹型土的屈服條件不多。近年來,國內(nèi)外在這方面都有所進展。段建立與作者依據(jù)中密砂的試驗,擬合得出形的屈服曲線6圖(3)。圖中有一條來自試驗的狀態(tài)變化線,在狀態(tài)線下方為體積壓縮,其體積屈服條件一般為類似劍橋模型的橢圓形屈服曲線。在狀態(tài)線上方只產(chǎn)生體脹,由試驗獲得的屈服條件近似為一條直線。由此得出由兩段屈服曲線組成的S形屈服曲線。在低剪應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生體縮,高剪應(yīng)力狀態(tài)下