岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (7): 2304-2312.doi: 10.16285/j.rsm.2019.2115

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑水合物填充和胶结效应的深海能源土 弹塑性本构模型

袁庆盟1,孔亮1, 2,赵亚鹏1   

  1. 1. 青岛理工大学 土木学院,山东 青岛 266033;2. 青岛理工大学 理学院,山东 青岛 266033
  • 收稿日期:2019-12-18 修回日期:2020-05-08 出版日期:2020-07-10 发布日期:2020-09-13
  • 作者简介:袁庆盟,男,1988年生,博士研究生,主要从事海洋岩土力学与工程的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 11572165,No. 51778311)。

An elastoplastic model for energy soils considering filling and bonding effects

YUAN Qing-meng1, KONG Liang1, 2, ZHAO Ya-peng1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao, Shandong 266033, China; 2. School of Science, Qingdao University of Technology, Qingdao, Shandong 266033, China
  • Received:2019-12-18 Revised:2020-05-08 Online:2020-07-10 Published:2020-09-13
  • Contact: 孔亮,男,1969年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土本构模型与海洋岩土工程方面的教学与研究。E-mail: qdkongliang@163.com E-mail:yqm905@126.com
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (11572165,51778311).

摘要: 水合物的填充效应和胶结效应增大了能源土的密实性和强度,使能源土呈现出类似于密实砂土或胶结土的性质。在黏土和砂土的统一硬化模型(CSUH模型)框架下,总结了能源土的力学性质,引入压硬性参量描述水合物对能源土填充和胶结双重作用下的等向压缩特性,引入黏聚强度修正屈服函数并构建了黏聚强度的演变规律,利用状态参数调整剪胀方程,反映能源土剪胀、软化等特性对密实度的依赖性,从而建立能够描述能源土强度、刚度、剪胀与软化等特性的弹塑性本构模型。编制了模型的测试程序,把模拟结果与能源土室内试验结果进行对比。结果表明:提出的弹塑性本构模型能够较好地描述能源土的应力?应变关系、剪缩硬化和剪胀软化等力学特性。

关键词: 天然气水合物沉积土, 压硬性, 黏聚强度, 剪胀性, CSUH模型

Abstract: The filling and bonding effects of hydrate increase the compactness and strength for gas hydrate-bearing sediments(GHBS), which makes the GHBS exhibiting properties similar to dense sand or cemented soil. Under the frame of unified hardening model of clay and sand (CSUH model), the mechanical properties of GHBS are summarized firstly, and a compressive hardening parameter is introduced to describe the isotropic compression characteristics of GHBS under the double influences of filling and bonding of hydrate. A bonding parameter is put forward to modify the yield function, and an evolution rule of bonding effect is also proposed. The state parameters are used to adjust the dilatancy equation to reflect the dilatancy and softening depending on density. Thus, an elastoplastic model is developed, which can describe the strength, stiffness, shear dilation and strain-softening of GHBS. The model coded and tested, and the simulation results are compared with the experimental ones of GHBS. The results show that the proposed model can well describe the stress-strain relationship, shear contraction with hardening and shear dilation with softening for GHBS.

Key words: gas hydrate-bearing sediments, compressive hardening, bonding strength, dilatancy, CSUH model

中图分类号: 

  • TU 411
[1] 郭莹, 刘晓东. 成样方法对饱和粉砂不同应力路径下固结 排水剪切试验结果的影响[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 3783-3788.
[2] 王 军, 胡惠丽, 刘飞禹, 蔡袁强, . 粒孔比对筋土界面直剪特性的影响[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 115-122.
[3] 孙 凯,陈正林,路德春,. 一种考虑黏聚强度的改良土弹塑性本构模型[J]. , 2018, 39(5): 1589-1597.
[4] 徐 筱,赵成刚, . 高吸力下黏性土的抗剪强度和体变特性[J]. , 2018, 39(5): 1598-1611.
[5] 朱顺然,徐 超,丁金华,. 土工织物-砂土界面的叠环式剪切试验[J]. , 2018, 39(5): 1775-1780.
[6] 唐建一,徐东升,刘华北. 含石量对土石混合体剪切特性的影响[J]. , 2018, 39(1): 93-102.
[7] 熊 焕,郭 林,蔡袁强, . 主应力轴变化下非共轴对砂土剪胀特性影响[J]. , 2017, 38(1): 133-140.
[8] 温 勇,杨光华,汤连生,钟志辉,姚 捷,. 基于广义位势理论的土的数值弹塑性模型及其初步应用研究[J]. , 2016, 37(5): 1324-1332.
[9] 王占军 ,陈生水 ,傅中志,. 堆石料的剪胀特性与广义塑性本构模型[J]. , 2015, 36(7): 1931-1938.
[10] 王 军 ,林 旭 ,符洪涛 , . 砂土-格栅筋土界面特性的本构模型研究[J]. , 2014, 35(S2): 75-84.
[11] 赵春雷 ,赵成刚 ,张卫华 ,蔡国庆,. 考虑组构变化效应的饱和密砂循环本构模型[J]. , 2014, 35(11): 3056-3064.
[12] 姜景山 ,程展林 ,左永振 ,丁红顺,. 粗粒土剪胀性大型三轴试验研究[J]. , 2014, 35(11): 3129-3138.
[13] 褚福永 ,朱俊高 ,殷建华 . 基于大三轴试验的粗粒土剪胀性研究[J]. , 2013, 34(8): 2249-2254.
[14] 秦建敏 ,迟璐璐 . 颗粒材料剪胀性的微观力学分析[J]. , 2013, 34(5): 1508-1514.
[15] 刘 鹏 ,栾茂田 ,王忠涛 . 主应力方向对砂土剪胀性的影响分析[J]. , 2013, 34(3): 667-673.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[3] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[4] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
[5] 胡 伟,黄 义,刘增荣. 循环荷载下饱和黄土不排水强度退化规律试验与理论研究[J]. , 2009, 30(10): 2996 -3000 .
[6] 张明义,刘俊伟,于秀霞. 饱和软黏土地基静压管桩承载力时间效应试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3005 -3008 .
[7] 吴 亮,钟冬望,卢文波. 空气间隔装药爆炸冲击荷载作用下混凝土损伤分析[J]. , 2009, 30(10): 3109 -3114 .
[8] 周晓杰,介玉新,李广信1. 基于渗流和管流耦合的管涌数值模拟[J]. , 2009, 30(10): 3154 -3158 .
[9] 吴昌瑜,张 伟,李思慎,朱国胜. 减压井机械淤堵机制与防治方法试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3181 -3187 .
[10] 崔皓东,朱岳明. 二滩高拱坝坝基渗流场的反演分析[J]. , 2009, 30(10): 3194 -3199 .