›› 2012, Vol. 33 ›› Issue (9): 2656-2662.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于广义位势理论的接触面本构模型一般表述

周爱兆1,卢廷浩2,姜朋明1   

  1. 1.江苏科技大学 土木工程与建筑学院,江苏 镇江 212003;2.河海大学 岩土工程科学研究所,南京 210098
  • 收稿日期:2012-05-12 出版日期:2012-09-11 发布日期:2012-09-12
  • 作者简介:周爱兆,男,1982年生,博士,讲师,主要从事土与结构相互作用特性方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金重点项目(No.50639050);江苏省科技支撑计划社会发展项目(No. BE2011746);江苏科技大学引进人才科研启动基金项目(No. 35280902)。

General description of soil-structure interface constitutive model based on generalized potential theory

ZHOU Ai-zhao1, LU Ting-hao2, JIANG Peng-ming1   

  1. 1. School of Architecture and Civil Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang, Jiangsu 212003, China; 2. Geotechnical Research Institute, Hohai University, Nanjing 210098, China
  • Received:2012-05-12 Online:2012-09-11 Published:2012-09-12

摘要: 基于广义位势理论建立的岩土体材料本构模型以及岩土体材料与结构接触面本构模型原理相通,只是前者是在三轴剪切试验条件下的三维应力空间建模,后者是在单剪试验条件下的二维应力空间建模。单剪试验条件下土与结构的接触面问题可以看作是法向与切向应力空间上的二维问题,其试验结果可以表达成由应力、应变组成的二维矢量。结合接触面力学特性,确定应力空间中的势函数以及塑性状态方程,可以推导出双重势面接触面弹塑性本构方程的一般表达式。进一步取两个势函数分别为法向应力和切向应力,建立简化双重势面接触面弹塑性模型的本构方程,该方程可直接应用于有限元等数值分析。结合试验实例对建模方法的合理性进行验证,模型拟合效果良好。研究结果表明,基于广义塑性位势理论建立接触面本构模型无需推求塑性势函数和屈服函数,可以直接得到弹塑性刚度矩阵,且建模方便。

关键词: 广义位势理论, 接触面, 本构方程

Abstract: Based on generalized potential theory, the modeling principle of establishing soil constitutive model and soil-structure interface constitutive model are similar; but the former is established in three-dimensional stress spaces according to triaxial shear test; the latter is established in two-dimensional stress space according to simple shear test. Under the simple shear test condition, the soil-structure interface problem can be regarded as a two-dimensional question in the space composed by normal stress and tangential stress, and the test result can be considered as two vectors, which composed by stress and strain respectively. According to the mechanical behavior of interface, the potential function and plastic state equation are determined; and general description of multi-potential surface interface constitutive model is deduced. Further, taking the two potential functions equal normal stress and tangential stress respectively, and a simplified multi-potential surface model of soil-structure interface is presented, which can be directly applied to the finite element numerical analysis. Finally, the proposed modeling method is verified by test examples. The model prediction results have been compared with experimental data; and results show that the modeling method is reasonable and practical. Research results indicate that the method presented is more convenient to establish the soil- structure interface constitutive model; and the elastoplastic stiffness matrix can be directly obtained without the determination of plastic potential functions and yield function.

Key words: generalized potential theory, interface, constitutive equation

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