›› 2010, Vol. 31 ›› Issue (5): 1381-1388.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑颗粒破碎的粗粒土剪胀性统一本构模型

贾宇峰,迟世春,林 皋   

  1. 大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024
  • 收稿日期:2008-07-02 出版日期:2010-05-10 发布日期:2010-05-24
  • 作者简介:贾宇峰,男,1979年生,博士研究生,主要从事粗粒土本构关系研究。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 50479057)。

Dilatancy unified constitutive model for coarse granular aggregates incorporating particle breakage

JIA Yu-feng, CHI Shi-chun, LIN Gao   

  1. State Key Laboratory of the Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning, 116024, China
  • Received:2008-07-02 Online:2010-05-10 Published:2010-05-24

摘要:

粗粒土作为无黏性散粒状材料具有状态依赖特性,土体的剪切特性受密度和应力水平影响。易破碎是粗粒土的另一个特点,颗粒破碎影响粗粒土的剪胀、内摩擦角、峰值强度和渗透系数。为了能够准确地描述粗粒土的应力-应变关系,采用初始状态参量描述粗粒土的内部状态,根据三轴试验数据建立考虑颗粒破碎耗能的应力-应变关系,采用相关联流动法则推导考虑颗粒破碎的粗粒土剪胀性“统一本构模型”,并建立初始状态参量与模型参数之间的关系。所建立的统一本构模型既考虑了颗粒破碎对剪胀、内摩擦角的影响,又考虑了剪切特性对土体初始状态的依赖。采用变异粒子群算法拟合试验曲线,确定模型参数。模型计算结果能够很好地拟合试验曲线。采用同一组参数对假定的初始状态进行模拟计算,计算结果表明,模型能够模拟不同初始密度和应力水平下粗粒土变形的一般规律。

关键词: 统一模型, 状态依赖, 颗粒破碎, 破碎耗能, 变异粒子群算优化法

Abstract:

The coarse granular aggregates equipped the state-depended characters is a kind of cohesiveless granular materials, of which stress-strain relationship depends on the density and stress level. The coarse granular aggregate is fragile, which is another character of it. Particle breakage of coarse granular aggregates modifies its structure directly, influencing its dilatancy, friction angle, strength and permeability. In order to accurately describe stress-strain relationship of coarse granular aggregates, the initial state parameter is applied to represent the interior state of the soil. The stress-strain relationship incorporating particle breakage energy is established according to triaxial test results, on which the dilatancy unified constitutive model of coarse granular aggregates is developed with associated plastic flow rule. The relationship between parameters of the current model and initial state parameter is developed. The unified constitutive model is developed, which incorporates not only the particle breakage influence exerting on dilatancy and friction angle, but also the dependence of stress-strain relationship on initial state. The parameters of model are determined by mutation particle swarm optimization algorithm, on which the triaxial test results are well simulated. The simulations are applied according to presumed initial state with the parameters determined above; the result indicates that the current model could simulate the transformation of coarse granular aggregates at various initial densities and stress levels.

Key words: unified constitutive model, state-depended, particle breakage, breakage energy, mutation particle swarm optimization algorithm

中图分类号: 

  • TU 443
[1] 李小刚, 朱长歧, 崔翔, 张珀瑜, 王睿, . 含碳酸盐混合砂的三轴剪切试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 123-131.
[2] 张凌凯, 王睿, 张建民, 唐新军, . 考虑颗粒破碎效应的堆石料静动力本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2547-2554.
[3] 彭宇, 丁选明, 肖杨, 楚剑, 邓玮婷, . 基于染色标定与图像颗粒分割的 钙质砂颗粒破碎特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2663-2672.
[4] 孔宪京, 宁凡伟, 刘京茂, 邹德高, 周晨光, . 应力路径和干湿状态对堆石料颗粒破碎的影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2059-2065.
[5] 孙逸飞, 陈 成, . 无状态变量的状态依赖剪胀方程及其本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1813-1822.
[6] 丁建源, 陈晓斌, 张家生, 刘怡吟, 肖源杰, . 基于对数几率回归模型的粗颗粒土颗粒 破碎过程演化研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1465-1473.
[7] 郭万里, 朱俊高, 钱 彬, 张 丹, . 粗粒土的颗粒破碎演化模型及其试验验证[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1023-1029.
[8] 张小燕, 蔡燕燕, 周浩燃, 杨 洋, 李玉龙, . 珊瑚砂大剪切应变下的剪切特性和分形维数[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 610-615.
[9] 郭万里, 蔡正银, 武颖利, 黄英豪. 粗粒土的颗粒破碎耗能及剪胀方程研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4703-4710.
[10] 纪文栋,张宇亭,王 洋,裴文斌, . 循环单剪下珊瑚钙质砂和普通硅质砂剪切特性对比研究[J]. , 2018, 39(S1): 282-288.
[11] 李兆华,胡 杰,冯吉利,龚文俊. 基于黏弹塑性本构模型的泥石流数值模拟[J]. , 2018, 39(S1): 513-520.
[12] 王新志,翁贻令,王 星,陈伟俊, . 钙质土颗粒咬合作用机制[J]. , 2018, 39(9): 3113-3120.
[13] 黄宏翔,陈育民,王建平,刘汉龙,周晓智,霍正格, . 钙质砂抗剪强度特性的环剪试验[J]. , 2018, 39(6): 2082-2088.
[14] 张小燕,蔡燕燕,王振波,江芸倩,. 珊瑚砂高压力下一维蠕变分形破碎及颗粒形状分析[J]. , 2018, 39(5): 1573-1580.
[15] 邹德高,田继荣,刘京茂,周晨光,宁凡伟,. 堆石料三维形状量化及其对颗粒破碎的影响[J]. , 2018, 39(10): 3525-3530.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 吴 琼,唐辉明,王亮清,林志红. 库水位升降联合降雨作用下库岸边坡中的浸润线研究[J]. , 2009, 30(10): 3025 -3031 .
[2] 陈红江,李夕兵,刘爱华. 矿井突水水源判别的多组逐步Bayes判别方法研究[J]. , 2009, 30(12): 3655 -3659 .
[3] 和法国,谌文武,韩文峰,张景科. 高分子材料SH固沙性能与微结构相关性研究[J]. , 2009, 30(12): 3803 -3807 .
[4] 雷永生. 西安地铁二号线下穿城墙及钟楼保护措施研究[J]. , 2010, 31(1): 223 -228 .
[5] 肖 忠,王元战,及春宁,黄泰坤,单 旭. 波浪作用下加固软基上大圆筒结构稳定性分析[J]. , 2010, 31(8): 2648 -2654 .
[6] 李 峰,王晓睿,罗晓辉,郭院成. 基坑坑底稳定性的机会约束评估方法[J]. , 2010, 31(12): 3867 -3874 .
[7] 张 霆,刘汉龙,胡玉霞,STEWART Doug. 鼓式土工离心机技术及其工程应用研究[J]. , 2009, 30(4): 1191 -1196 .
[8] 苏国韶,张克实,吕海波. 位移反分析的粒子群优化-高斯过程协同优化方法[J]. , 2011, 32(2): 510 -515 .
[9] 高文华,朱建群,张志敏,黄自永. 基于Hoek-Brown非线性破坏准则的软岩地基极限承载力数值模拟[J]. , 2011, 32(2): 593 -598 .
[10] 冷 艺,栾茂田,许成顺,马太雷. 复杂应力条件下饱和砂土排水剪切强度的试验研究[J]. , 2009, 30(6): 1620 -1626 .