[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

一種考慮含石量的土石混合料本構模型建立方法。其包括建立含石量與粘聚力及內摩擦角的關系式；基于擴展SMP準則推導粘聚力不為0時的變換應力；建立三維化變換應力空間中考慮含石量土石混合料本構模型的屈服函數；計算塑性應變增量；計算塑性標量因子；推導彈塑性剛度矩陣；推導對稱的彈塑性剛度矩陣并確定出考慮含石量的土石混合料本構模型等步驟。本發明在本構模型中考慮含石量，將含石量和粘聚力及內摩擦角關系引入進來，建立了考慮含石量的土石混合料本構模型，能夠更加合理地反映土石混合料的抗剪強度和應力應變特性，使得對實際高填方工程問題的分析更加合理。所建立的土石混合料本構模型參數簡單易測，便于在有限元中應用。

技術領域

本發明屬于巖土本構模型技術領域，特別涉及一種考慮含石量的土石混合料本構模型建立方法。

背景技術

隨著航空業的發展，機場建設規模越來越大，尤其是西部機場建設也發展迅速，西部機場建設多為高填方工程，其特點為填方量大，填方高度高，而且填料多為土石混合料，土石混合料的組成主要以礫石、塊石與砂土、粘土等為主，與一般土體相比，其力學性質復雜。

在機場高填方工程建設中，工程的工后沉降會引起許多沉降病害和穩定性問題，因此機場高填方工程的沉降變形及穩定性問題成為了機場建設的核心問題。目前，巖土數值分析是巖土工程問題的常用分析方法，而本構模型是數值分析的核心技術，能否對機場高填方工程變形及穩定性進行合理分析，關鍵取決于對高填方工程土石混合料的力學特性的準確模擬，也就是需要建立一種能準確反映土石混合料應力應變特性的本構模型，這樣就能夠對機場高填方工程問題進行合理的分析。

目前在數值分析中廣泛應用的MCC等彈塑性模型，主要針對的是細粒土，只能反映正常固結土或弱超固結土的應力應變特性，對超固結土或土石混合料的應力應變特性還不能夠合理反映。所以迫切需要建立一種針對土石混合料的、能合理反映土石混合料應力應變特性的本構模型，以便該模型能方便應用于數值分析中，從而能夠對機場高填方工程地基變形及穩定性進行合理分析，為實際工程施工提供指導依據。

含石量是影響土石混合料抗剪強度的重要因素，影響著內摩擦角和粘聚力，所以如果在本構模型中考慮含石量，將含石量和粘聚力及內摩擦角的關系引入進來，則能夠更加合理地反映土石混合料的抗剪強度和應力應變特性，使得對實際高填方工程問題的分析更加合理。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種考慮含石量的土石混合料本構模型建立方法。

為了達到上述目的，本發明提供的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。