›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (4): 1219-1226.doi: 10.16285/j.rsm.2016.1196

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于分数阶微积分的粗粒料静动力边界面本构模型

孙逸飞,沈 扬   

  1. 河海大学 教育部岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098
  • 收稿日期:2016-05-25 出版日期:2018-04-11 发布日期:2018-06-06
  • 作者简介:孙逸飞,男,1988年生,博士,副教授,主要从事粗粒土静动力力学特性及本构模型方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金面上项目(No. 51479060);中央高校基本科研业务费(No. 2017B05214);博士后面上基金项目(No. 2017M621607)。

Bounding surface model for granular aggregates incorporating the concept of fractional calculus

SUN Yi-fei, SHEN Yang   

  1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China
  • Received:2016-05-25 Online:2018-04-11 Published:2018-06-06
  • Supported by:

    This work was supported by the General Program of National Natural Science Foundation of China (51479060), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2017B05214) and the Research Funds from China Postdoctoral Science Foundation (2017M621607).

摘要: 分数阶微分理论在土体静力黏弹性本构模型中得到了广泛应用,然而,其在动力弹塑性模型中的应用尚不多见。为此,基于分数阶微积分理论分析了粗粒料在循环荷载下的变形特性,提出了粗粒料在循环荷载下的分数阶应变率;并以此为基础,进一步建立了粗粒料受静动力荷载作用下的边界面塑性力学本构模型。所提出模型包含10个参数,均可以运用常规三轴试验获得。为了验证所提出模型,选取了几种已有不同文献中的不同粗粒料试验数据进行了模拟,发现,所提出的模型可以较好地模拟粗粒料在静动力加载下的应力-应变行为,对于循环荷载下的长期变形也能较好地预测。

关键词: 分数阶微积分, 边界面, 临界状态, 本构模型, 粗粒料

Abstract: The theory of fractional calculus has been widely applied to model the viscoelastic behaviour of soils subjected to static loading. However, limited work has been carried out on using fractional calculus to describe the cyclic elastoplastic behaviour of granular soils. Hence, a fractional rate for strain accumulation of coarse granular aggregates under cyclic loading is proposed, based on the analysis of the deformation of coarse granular aggregates subjected to cyclic loads by using the theory of fractional calculus. A fractional order bounding surface plasticity model for coarse granular aggregates under monotonic and cyclic loads is developed. It is noted that there are ten parameters of the proposed model, which can be experimentally determined by the traditional triaxial compression tests. To further validate the model, a series of laboratory test results of different granular aggregates from several independent literatures is simulated. It is found that the proposed model can well capture the monotonic and cyclic stress strain behaviour of coarse granular aggregates. It can also well predict the cumulative deformation under long-term cyclic loading.

中图分类号: 

  • TU 433

[1] 孟庆彬, 王杰, 韩立军, 孙稳, 乔卫国, 王刚, . 极弱胶结岩石物理力学特性及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 19-29.
[2] 王翔南, 郝青硕, 喻葭临, 于玉贞, 吕禾. 基于扩展有限元法的大坝面板脱空三维模拟分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 329-336.
[3] 高玮, 胡承杰, 贺天阳, 陈新, 周聪, 崔爽, . 基于统计强度理论的破裂岩体本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2179-2188.
[4] 朱剑锋, 徐日庆, 罗战友, 潘斌杰, 饶春义, . 考虑固化剂掺量影响的镁质水泥固化土 非线性本构模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2224-2232.
[5] 褚福永, 朱俊高, 翁厚洋, 叶洋帆. 粗粒料级配缩尺后最大干密度试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1599-1604.
[6] 吴二鲁, 朱俊高, 王龙, 陈鸽, . 粗粒料的单参数级配方程及其适用性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 831-836.
[7] 杨高升, 白冰, 姚晓亮, . 高含冰量冻土路基融化固结规律研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 1010-1018.
[8] 金青, 王艺霖, 崔新壮, 王成军, 张珂, 刘正银, . 拉拔作用下土工合成材料在风化料-废弃轮胎 橡胶颗粒轻质土中的变形行为研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 408-418.
[9] 邓子千, 陈嘉帅, 王建伟, 刘小文, . 基于SFG模型的统一屈服面本构模型与试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 527-534.
[10] 李潇旋, 李涛, 彭丽云, . 控制吸力循环荷载下非饱和黏性土 的弹塑性双面模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 552-560.
[11] 程昊, 唐辉明, 吴琼, 雷国平. 一种考虑水力滞回效应的非饱和土弹塑性扩展 剑桥本构模型显式算法有限元实现[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 676-686.
[12] 吴二鲁, 朱俊高, 郭万里, 陆阳洋. 基于级配方程的粗粒料压实特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 214-220.
[13] 何鹏飞, 马巍, 穆彦虎, 黄永庭, 董建华, . 黄土−砂浆块界面剪切特性试验及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 82-90.
[14] 刘斯宏, 沈超敏, 毛航宇, 孙 屹. 堆石料状态相关弹塑性本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 2891-2898.
[15] 张超, 杨期君, 曹文贵. 考虑峰值后区应力跌落速率的 脆岩损伤本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3099-3106.
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