非饱和土水-力本构模型及其隐式积分算法

›› 2014, Vol. 299 ›› Issue (2): 365-370.

非饱和土水-力本构模型及其隐式积分算法

刘艳^{1, 2}，韦昌富¹，房倩²，陈盼¹

1.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室，武汉 430071；2.北京交通大学土建学院，北京 100044

收稿日期:2012-11-28 出版日期:2014-02-11 发布日期:2014-02-18
通讯作者: 韦昌富，男，1966年生，研究员，博导，主要从事多孔介质理论及其工程应用研究。E-mail: cfwei@whrsm.ac.cn E-mail:05115257@bjtu.edu.cn
作者简介:刘艳，女，1983年生，博士后，主要从事非饱和土的研究工作
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金资助（No. 2014JBM090）；国家自然基金资助项目（No. 51108022，No. 51208443）。

Implicit integration algorithm of a hydro-mechanical coupling constitutive model for unsaturated soils

LIU Yan^{1, 2}, WEI Chang-fu¹, FANG Qian², CHEN Pan¹

1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China

Received:2012-11-28 Online:2014-02-11 Published:2014-02-18

摘要/Abstract

摘要： 在已有工作基础上建立了水力-力学耦合的非饱和土本构模型，在硬化方程中考虑饱和度的影响，同时在土水特征曲线中考虑了塑性体变的影响，从而使模型可以反映非饱和土中的毛细现象与土中弹塑性变形现象的耦合行为。采用隐式积分方法，建立了非饱和土耦合模型的数值模型，并推导了得到了水力-力学耦合的非饱和土的一致切线模量。利用该算法编制了本构模型计算的子程序，使其能向外输出切线刚度矩阵，用于有限元计算。为了验证该算法和程序的正确性，用所编制程序对不同路径下的土体行为进行了预测。通过预测结果与试验结果相对比，表明程序预测结果与试验数据相吻合，模型可以较好地模拟土体的水力-力学耦合行为特性。

关键词: 非饱和土, 本构模型, 隐式积分算法

Abstract: A constitutive model for unsaturated soils? coupling of the mechanical behavior and hydraulic hysteresis is proposed. The degree of saturation is introduced into the hardening equation to reflect the hydraulic effect. Meanwhile, the plastic strain is introduced into the soil water characteristic curve to reflect the mechanical effect. Therefore, the model could well reproduce the influence of hydraulic behavior on the stress-strain behavior and vice visa. An implicit integration algorithm for integration of the nonlinear constitutive model is introduced. Consistent tangent matrix that describes the relationship between stress and strain and the one that describes the relationship between stress and suction are both derived. A corresponding program code is developed, which can be then embedded into existing finite element code for numerical simulation. In order to verify the correctness of the code, it is used to simulate existing test data under different loading paths including drying-wetting cycle test and triaxial shear test. Results indicate that the model accurately predicts the coupling effect of mechanical and hydraulic behaviors of unsaturated soils.

Key words: unsaturated soils, constitutive model, implicit integration algorithm

中图分类号:

TU 411

刘艳，韦昌富，房倩，陈盼,. 非饱和土水-力本构模型及其隐式积分算法[J]. , 2014, 299(2): 365-370.

LIU Yan , WEI Chang-fu , FANG Qian , CHEN Pan,. Implicit integration algorithm of a hydro-mechanical coupling constitutive model for unsaturated soils[J]. , 2014, 299(2): 365-370.

参考文献

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