土的粘弹塑性模型的

土的粘弹塑性模型的研究1、引言在我国东部沿海地区，相当一部分土具有显著的流变特性，经过大量的现场量测和室内试验也表明了土的这一特性。在土的流变理论研究方面，前人都作了大量的探索和讨论，研究表明，土的流变性质主要与土的颗粒排列结构有关，土的强度在很大程度上取决于土体接触面以及粘土颗粒间的内摩擦和粘聚力，在土体的蠕变过程中由于土颗粒发生位移，改变了土体原有的应力状态，从而导致土体强度的降低。本文进一步探讨土体颗粒间粘聚力和内摩擦在土体发生流变过程中的作用，并建立土的粘弹塑性本构模型，以描述土体在流变过程中蠕变加速阶段和应力松弛阶段的特征。2、土体的理想粘弹塑性模型流变性质是土的一个重要工程性质，主要与土体的应力应变以及时间密切相关。在不同应力条件下土体的理论蠕变曲线（如图1所示），可以将蠕变分为四个不同的阶段，从图中可知蠕变过程随应力不同而不同。图1土的蠕变曲线在土的蠕变曲线中，在恒定的应力（σ=σ0）作用下，曲线a中的OA段为土体加载后瞬时产生的弹性应变，即为瞬时变形阶段；AB段是随着时间的增长产生的初期蠕变，其变形速率由大逐渐减小，直至趋于某一常量，这一阶段的历时通常较短，该阶段称为蠕变的非稳定阶段或过渡阶段；在BC段，应变速率保持为常量，呈定值稳定状态，历时一般较长，时间主要取决于施加的应力水平，该阶段为稳态蠕变或等速蠕变；CD段为蠕变的渐变阶段，是土体破坏前的应变速率呈加速增长的蠕变阶段。从BC阶段，土体开始存在不可恢复的粘塑性变形。由于当应力较小时，土体不存在蠕变，如图1曲线b所示，本文提出一种新的V元件，其中εs是无限小值，此时的应力应变关系为：（1）图2V元件及其应力应变关系经大量的土体流变试验数据和现场沉降监测数据分析后，可知：土体流变性能主要由土的粘聚力决定，而土体的粘滞系数随粘聚力的增大而增大；土体蠕变过程中产生的不可恢复的粘塑性变形主要由土体骨架颗粒间的相对位移决定的。3、土体粘弹塑性本构模型土的本构模型通常是由三个基本流变元件虎克弹簧(H)、牛顿粘壶(N)和圣维南刚塑体（滑块）(S)相互组合而成，以描述土体的应力应变关系。本文依据土的流变主要决定于土骨架颗粒间的内摩擦和粘聚力的结论，引入一种新的V元件和三个基本流变元件组合，提出一种新的土体本构模型来描述土的粘弹塑性本构关系。该模型如图3所示。图3土的粘弹塑性模型根据上述土的粘弹塑性模型，可推导出以下本构关系：其中以上各式中，εs1、εs2分别是土体粘滞性开始失效时的最小值和完全失效时的最小值。上述建立的土体粘弹塑性模型表现了土体流变中的应力应变以及时间之间的关系：（1）在流变过程中瞬时产生的弹性应变是土体骨架颗粒间挤压产生的相对位移；（2）蠕变应力由颗粒间粘聚力和剪切摩擦力共同承担，应变产生于颗粒间剪切作用发生的位移；（3）土的流变性质主要取决于土颗粒间的粘聚力；(4)土体流变过程中，在应变较小时，土的应力应变关系属弹性变形关系；在应变逐渐增大，并超过某一量值时，土颗粒间发生相对滑动摩擦，土的本构关系为弹塑性变形关系，就是在模型中用一个弹性元件和一个塑性元件串联而成的麦克斯韦尔模型描述；（5）土颗粒间的粘聚力和应变关系在模型中可以用一个粘性元件和一个V元件并联构成的模型描述。4、土的蠕变本构关系按照前面建立的土的粘弹塑性模型，对于土的蠕变情况下，由于土颗粒间的粘聚力比剪切摩擦力先发挥作用，当t0=0时，应力σ=σ0时的蠕变过程，可知此时的本构关系为：5、土的应力松弛本构关系对于土的流变过程中的应力松弛情况下，由于土颗粒间粘聚力比剪切摩擦力先发挥作用，当t0=0时，应变ε=ε0条件下，土应力松弛的本构关系：6、结语本文从土的流变机理出发，建立了一种新的一维粘弹塑性模型，并推导出了土的蠕变和应力松弛的本构关系，反映了土流变的全过程，并着重分析模拟了土流变中后期的加速蠕变过程。综上所述，本文模型具有以下显著特点：从土的性