[發明專利]一種考慮含石量的土石混合料本構模型建立方法

在審

• 申請號: 202110735907.2
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113297665A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 馮興;張獻民
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F17/15;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

1.一種考慮含石量的土石混合料本構模型建立方法，其特征在于：所述考慮含石量的土石混合料本構模型建立方法包括按順序進行的下列步驟：

1)根據土石混合料的含石量與粘聚力及內摩擦角增量的關系圖，獲得土石混合料的含石量與內摩擦角關系式以及含石量與土的粘聚力關系式，由此得到土石混合料的內摩擦角及土的粘聚力；

2)根據土的強度準則中擴展松岡-中井準則，并參考統一硬化模型中變換應力公式，結合步驟1)得到的土石混合料的內摩擦角及土的粘聚力，獲得土的粘聚力不為0時的變換應力；

3)基于上述獲得的土的粘聚力不為0時的變換應力，考慮含石量和內摩擦角及土的粘聚力的關系，參考統一硬化模型的屈服函數公式，在三維化的變換應力空間中，得到考慮含石量的土石混合料本構模型的屈服函數；

4)利用塑性應變增量表達式計算出塑性應變增量；

5)對上述步驟3)獲得的屈服函數求微分并代入步驟4)獲得的塑性應變增量，得到塑性標量因子；

6)將步驟5)獲得的塑性標量因子代入步驟4)中的塑性應變增量表達式，然后再代入應力增量和應變增量的關系式，得到彈塑性剛度矩陣；

7)對上述步驟6)獲得的彈塑性剛度矩陣進行對稱化處理，得到對稱的彈塑性剛度矩陣，最后基于對稱的彈塑性剛度矩陣確定出考慮含石量的土石混合料本構模型。

2.根據權利要求1所述考慮含石量的土石混合料本構模型建立方法，其特征在于：在步驟1)中，所述根據土石混合料的含石量與粘聚力及內摩擦角增量的關系圖，獲得土石混合料的含石量與內摩擦角關系式以及含石量與土的粘聚力關系式，由此得到土石混合料的內摩擦角及土的粘聚力的具體方法如下：

土石混合料的內摩擦角與含石量的關系式為：

其中，

式中，為純土的內摩擦角；為土石混合料的內摩擦角；P_R為土石混合料的含石量；為當含石量為P_R時土石混合料的內摩擦角較相應純土的內摩擦角增量；為當含石量P_R超過70％時土石混合料的內摩擦角較相應純土的內摩擦角增量；

土的粘聚力與含石量的關系式為：

c＝c_cg(P_R) (3)

其中，c_c為純土的粘聚力；c為土的粘聚力。

3.根據權利要求1所述考慮含石量的土石混合料本構模型建立方法，其特征在于：在步驟2)中，所述根據土的強度準則中擴展松岡-中井準則，并參考統一硬化模型中變換應力公式，結合步驟1)得到的土石混合料的內摩擦角及土的粘聚力，獲得土的粘聚力不為0時的變換應力的具體方法如下：

土的粘聚力不為0時的變換應力為：

其中，

其中，σ為正應力；為土的粘聚力c＝0情況下用擴展SMP準則表示的變換應力；為土的粘聚力c≠0情況下用擴展SMP準則表示的平均主應力；為土的粘聚力c≠0情況下用擴展SMP準則表示的三軸壓縮時的偏應力；為土的粘聚力c≠0情況下用擴展SMP準則表示的應力不變量；為擴展SMP面上的三個主應力。

4.根據權利要求1所述考慮含石量的土石混合料本構模型建立方法，其特征在于：在步驟3)中，所述基于上述獲得的土的粘聚力不為0時的變換應力，考慮含石量和內摩擦角及土的粘聚力的關系，參考統一硬化模型的屈服函數公式，在三維化的變換應力空間中，得到考慮含石量的土石混合料本構模型的屈服函數的具體方法如下：

考慮含石量的土石混合料本構模型的屈服函數為：

式中，為變換應力空間當前應力點上的平均主應力；為該點上的廣義剪應力；為相應的初始平均主應力；c_p＝(λ-κ)/1+e₀，λ為等向壓縮線的斜率，κ為等向回彈線的斜率，e₀為初始孔隙比；M為特征狀態和臨界狀態下的應力比，為硬化參數，可表示為：

式中，為變換應力空間的潛在強度，為變換應力空間的超固結參數，為前期固結壓力，為塑性體積應變，為變換應力空間的應力比。