›› 2008, Vol. 29 ›› Issue (7): 1732-1740.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

模拟土体本构特性的热力学方法

孔 亮1, 2,Ian F. Collins2   

  1. 1.宁夏大学 固体力学研究所,宁夏 银川 750021;2.奥克兰大学工程学院,新西兰 奥克兰 92019
  • 收稿日期:2007-03-05 出版日期:2008-07-10 发布日期:2013-07-27
  • 作者简介:孔亮,男,1969年9月生,教授,博士后,国家注册岩土工程师。主要从事岩土力学与工程研究。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(10402014)与新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-05-0895)

Thermomechanical approach to modeling constitutive behaviors of geomaterials

KONG Liang1, 2, Ian F. Collins2   

  1. 1. Institute of Solid Mechanics, Ningxia University, Yinchuan 750021, China; 2. School of Engineering, University of Auckland, Auckland 92019, New Zealand
  • Received:2007-03-05 Online:2008-07-10 Published:2013-07-27

摘要: 简要介绍了建立岩土材料弹塑性本构模型的热力学方法。它不仅具有紧凑的数学结构,而且自动满足热力学定律,仅从两个热力学势函数,即自由能函数与耗散增量函数出发,就足以导出弹塑性理论必须的屈服条件,流动法则,硬化定律和弹性定律。通过理论证明指出,只要耗散增量函数依赖于当前应力,流动法则必然是非关联的,岩土材料的摩擦特性与非关联流动法则密不可分。介绍该方法在三维模型,岩土材料的微细观力学特性,应力应变的均匀化以及剪胀和各向异性方面应用的主要研究进展,并对一些重要的概念,诸如“储存的塑性功”,“Reynolds-Taylor状态”等,进行分析与解释。最后给出近期需进一步深入研究的几点建议。

关键词: 热力学, 本构方程, 弹塑性, 土力学, 岩土材料

Abstract: The thermomechanical approach to establishing elastoplastic constitutive model for geomaterials is introduced briefly. The major attraction of this approach is that it not only provides a tight mathematical structure, but also satisfies the laws of thermodynamics automatically. The whole of the constitutive structure (yield condition, flow rule, hardening laws and elasticity law) is determined just from two thermodynamic potentials (the free energy and the increment of dissipation function). It is demonstrated that, whenever the dissipation potential depends on the current stress; the flow rule is necessarily non-associated; and the concepts of friction and of non-associated flow rule are intimately linked. Then, some research advances, including three-dimensional problems, characteristic of geomaterials on micro and meso level, homogenization of stress-strain relation, dilation and anisotropy, are given. Several important concepts, such as “stored plastic work or frozen elastic energy” and “Reynolds-Taylor State”, are explained and analyzed. Finally, some proposals for further research are made.

Key words: thermomechanics, constitutive equations, elastoplasticity, geomechanics, geomaterials

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