›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (4): 1153-1158.doi: 10.16285/j.rsm.2016.0794

• 基础理论与实验研究 •    下一篇

一个深海能源土弹塑性本构模型

蒋明镜1, 2, 3,刘 俊1, 2, 3,周 卫1, 2, 3,奚邦禄1, 2, 3   

  1. 1. 同济大学 土木工程防灾减灾国家重点实验室,上海 200092;2. 同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092; 3. 同济大学 土木工程学院 地下建筑与工程系,上海 200092
  • 收稿日期:2016-04-14 出版日期:2018-04-11 发布日期:2018-06-06
  • 作者简介:蒋明镜,男,1965年生,博士,教授,博士生导师,主要从事天然结构性黏土、砂土、太空土、非饱和土和深海能源土宏微观试验、本构模型和数值分析方面的研究。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No. 51579178);土木工程防灾国家重点实验室基金项目(No. SLDRCE14-A-04)。

An elasto-plastic constitutive model for methane hydrate bearing sediments

JIANG Ming-jing1, 2, 3, LIU Jun1, 2, 3, ZHOU Wei1, 2, 3, XI Bang-lu1, 2, 3   

  1. 1. State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China; 3. Department of Geotechnical Engineering, College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
  • Received:2016-04-14 Online:2018-04-11 Published:2018-06-06
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51579178) and the State Key Laboratory Disaster Reduction in Civil Engineering (SLDRCE14-A-04).

摘要: 天然气水合物赋存在低温高压环境中,会在土颗粒间形成胶结从而增大深海能源土抗剪强度。基于损伤力学理论,将结构性砂土本构模型推广应用于深海能源土分析中,模拟计算了三轴固结排水剪切试验,再根据应力-应变曲线关系定量反演初始屈服系数与水合物饱和度之间的函数关系,并修正了原有的结构性砂土破损规律,建立了深海能源土弹塑性本构模型。另外,根据该模型模拟了另外一组深海能源土三轴剪切试验和等向固结压缩试验。计算结果表明:新建立的深海能源土本构模型可以有效模拟深海能源土剪切强度随水合物饱和度之间的增长关系;随着水合物饱和度的增加,三轴压缩试验中深海能源土峰值强度及割线模量(E50)逐渐增加,等向固结压缩试验中屈服强度增加,与试验结果有较好的一致性,表明了该模型的合理性。

关键词: 深海能源土, 本构模型, 水合物饱和度

Abstract: Methane hydrate (MH) is usually formed in marine deposit under specific temperature and pressure conditions. MH can enhance the shear strength of its bearing sediments due to bonding effect. Based on the framework of damage mechanics, the structured sand constitutive model is employed to simulate the mechanical behavior of methane hydrate bearing sediments. By simulating the consolidated drained triaxial compression tests, a quantitative relationship between the initial yield parameter and the methane hydrate saturation is developed according to the stress-strain relationship. The primary damage law is modified to develop an elasto-plastic constitutive model for methane hydrate bearing sediments. Furthermore, another set of triaxial tests and isotropic compression test on methane hydrate bearing sediments are simulated by the established model. Results show that this elasto-plastic constitutive model can effectively describe the relationship between the mechanical behavior of methane hydrate bearing sediments and the methane hydrate saturation. When methane hydrate saturation increases, the peak shear stress and the secant modulus increase in the triaxial tests, and the yielding stress under isotropic path increases along isotropic compression path.

Key words: methane hydrate bearing sediments, constitutive model, saturation of hydrate

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