【《非饱和土本构模型研究国内外文献综述》3500字】

非饱和土本构模型研究国内外文献综述对于土在荷载作用下的应力应变本构关系的描述，主要应用非线性弹性理论和弹塑性理论来进行研究[125]。非线性弹性理论，以弹性理论为基础，并同时考虑了土的非线性而建立土的本构关系。弹塑性理论，在描述土的应力应变关系时应用了经典的弹塑性理论，并同时考虑土体的一些特殊特性而建立土的本构关系。对于描述非饱和土的变形本构模型通常也可分为非线性弹性模型和弹塑性模型两类[126]。1.1非线性弹性模型在土性基本参数中使用参数Et、μt的本构模型称为E-μ模型，在E-μ模型基础上发展建立的E-B模型、K-G模型也是常用的非线性本构模型。非线性模型的参数的确定相对比较容易确定，较容易用于数值分析中，因而在岩土工程中应用较为广泛。在此基础上，众多学者[126]-[133]通过对非饱和土特性的研究，将非饱和土的净应力和基质吸力的的影响考虑到非线性模型的参数上，从而扩展为非饱和土的非线性弹性模型。Duncan-Chang模型是E-μ模型的一种。通过常规三轴固结排水试验来获得土样的基本参数，利用应力应变（）关系曲线来计算出弹性参数Et，利用水平方向应变与轴向应变（）关系曲线来计算出弹性参数μt。E-B模型就是用Kt来代替E-μ模型中的μ，K-G模型中用体模量K和剪切模量G分别反映土体在球应力p和剪应力q两个分量作用下土体的弹性性质。Fredlund等[15]在Duncan-Chang模型中参数Et计算时，使用（其中，）来代替Duncan-Chang模型中的，来将吸力的影响考虑到应力上来反映出来。陈正汉等[126]在Duncan-Chang模型中除了在计算参数Et时采用了如同Fredlund相同的方式，还对Duncan-Chang模型中的常数K进行了修正，在K中考虑了吸力的影响。同时还对于在计算切线压缩模量Kt中，考虑了净应力和基质吸力的影响，将土骨架的体积切线模量表示为受净应力影响的体积切线模量Kt和受基质吸力影响的体积切线模量Ht两部分，液相的体积切线模量也表示为受净应力影响的体积切线模量Kwt和受基质吸力影响的体积切线模量Hwt两部分。还有其他众多学者[127]-[133]也在非饱和土的非线性弹性本构模型方面进行了研究，得到了相应的成果。王朝阳[127]对非饱和原状黄土进行控制吸力的三轴试验，结合原状黄土的结构强度，在Duncan-Chang模型基础上进行推广，提出了一个以结构强度表示的非线性模型。季李通[128]结合等吸力下的非饱和土三轴试验结果，基于能量耗散理论推导出新的三参数模型，在此三参数模型基础上建立了新的非线性模型。凌华等[129]张新婷[131]都是通过考虑含水率来考虑吸力的变化的，进行了非饱和土的相关强度变形试验，研究了含水率与应力应变、强度参数之间的关系，通过引入含水率对E-μ模型进行改进，建立了非线性模型，避免了吸力量测的困难与麻烦。胡再强等[130]将土体的初始饱和度考虑到K-G模型的确定中，建立了考虑初始饱和度的非饱和土K-G模型，避免吸力的量测和计算。章峻豪等[132]基于非饱和土三轴试验，得到非饱和土的切线模量、泊松比变化率与轴向应变间的衰减规律，根据衰减规律提出了一种能够描述应变硬化、应变软化的非饱和土新非线性模型。郭楠[133]在陈正汉提出的非线性模型基础上进行修正和扩展，在模型中考虑了基质吸力、干密度及加卸载的影响，并建立了横观各向同性的非饱和土非线性本构模型。1.2非饱和土的弹塑性模型弹塑性模型中定义土在荷载下作用下产生的变形分为弹性应变εe与塑性应变εp之和。弹性应变按Hooke定律计算，塑性应变的计算则是土弹塑性模型的关键点。塑性应变的计算需要解决，塑性应变的起点，塑性应变的方向及塑性应变的大小这三个问题。解决这三个问题则需要应用到塑性理论的三大支柱（屈服条件、流动法则、硬化规律）来解决。屈服条件用以确定开始产生塑性变形的应力条件；流动法则用以确定塑性应变增量的方向；硬化规律用以确定塑性应变增量的大小。1990年，Alonso等[134]提出一个弹塑性临界状态本构模型来描述非饱和土的应力应变特性，该模型是在修正剑桥（MCC）模型基础上拓展的。BBM模型是一个具有相当广泛代表性的模型，该模型所用的应力状态变量为，净平均应力p，剪应力q，基质吸力s。在p-q-s所建立的应力空间内探索非饱和土的变形问题。在p-s平面内建立净应力的p的加载湿陷屈服曲线，即LC线和吸力增加屈服曲线，即SI线(对BBM模型将在本文的第五章进行详细的阐述)。后继的很多非饱和土模型都是在Alonso等提出的BBM的基础上建立的。Josa等[135]（1992）提出一种非饱和土的修正弹塑性模型，对加载湿陷屈服曲线，（LC屈服曲线）的表达式进行了修正，认为在某净围压下存在最大湿陷量。Wheeler和Sivakumar[136]（1995）提出了一个新的弹塑性临界状态本构框架，与Alonso提出的BBM模型相似，Wheeler和Sivakumar(1995)提出的模型框架假设模型参数都是依赖吸力的，包括临界状态线（CSL）的斜率，即M(s)，参考应力参数采用大气压力代替参考应力pc。Wheeler等[137]（2003）考虑了非饱和土的水力滞回特性，在Alonso提出的BBM模型基础上，又增加了一个吸力减小屈服线，即SD（suctiondecrease）屈服线。姚仰平等[138]（2011）将BBM模型和UH模型，建立适用超固结土的非饱和土模型。张登飞[139]（2017）基于BBM模型，考虑了力水作用的影响，对屈服面的方程进行改进，建立了原状黄土力水耦合特性的弹塑性本构模型。2007年Ohno[140]等，基于各种实验结果提出了孔隙比与有效应力对数关系即e-lnp是依赖于饱和程度，且建立一个简单的模型来表示这种依赖关系。只使用由净应力、吸力和“有效饱和度”的组合定义的一有效应力作为状态变量，提出了一个新的非饱和土的模型。基于此，相继有许多学者也引入骨架应力和饱和度来建立非饱和土本构模型[141-146]。Zhang和Ikariya[141]（2011）在试验基础上，在修正剑桥模型基础上提出了一种以骨架应力和饱和度为独立状态变量的非饱和土本构模型，该模型能较好地描述饱和度的影响。邢鲜丽[142]（2016）在Zhang和Ikariya（2011）的非饱和土状态变量ρs基础上进行修正引入非饱和土状态变量ρss和ρst，然后基于修正剑桥模型，建立了适用于原状黄土的非饱和土本构模型。李晓猛[143]（2019）也是在Zhang和Ikariya的基础上，基于非饱和重塑黄土试验结果对非饱和土状态变量ρs进行修正，并且引入一个围压影响因子Par，建立了适用非饱和重塑黄土的本构模型。刘帅帅[146]（2018）在BBM模型基础进行修正，采用平均骨架应力对BBM模型中的LC屈服曲线进行改进，并建立吸力、变形与饱和度间的关系，来反映非饱和土水力-力学的耦合。在非饱和土的非线性模型和弹塑性本构模型中，学者们都通过不同的方式来考虑了基质吸力的作用。其中对于非饱和土弹塑性本构模型中的BBM模型是一个具有相当广泛代表性的模型，很多非饱和土模型都是在BBM的基础上建立和修正的，但是这些后续的建立和修正的基础多数都是在轴对称试验条件，很少考虑不同的中主应力条件的变化。参考文献谢定义,邢义川.黄土土力学[M].高等教育出版社,2016.ZárateMA.Loessrecords|SouthAmerica[J].EncyclopediaofQuaternaryScience,2013,26(6):629-641.PorterSC.Loessrecords|China[J].EncyclopediaofQuaternaryScience,2013:595-605RousseauDD,DerbyshireE,AntoineP,etal.Loessrecords|Europe[J].EncyclopediaofQuaternaryScience,2013:606-619.刘祖典.黄土力学与工程[M].陕西科学技术出版社,1997.SunJM.ProvenanceofloessmaterialandformationofloessdepositsontheChineseLoessPlateau[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,2002,203(3):845-859.包承纲,詹良通.非饱和土性状及其与工程问题的联系[C]//全国非饱和土学术研讨会.中国土木工程学会,2005.王飞,李国玉,穆彦虎,等.干湿循环作用下压实黄土湿陷特性试验研究[J].冰川冻土,2016,38(2):416-423.陈正汉,郭楠.非饱和土与特殊土力学及工程应用研究的新进展[J].岩土力学,2019,40(1):8-61.LuN,LikosWJ.UnsaturatedSoilMechanics[M].Hobokin:JohnWiley&Sons,2004.（中译本:非饱和土力学[M].韦昌富,侯龙,简文星,译.北京:高等教育出版社,2012.）LiP,VanapalliS,LiTL.Reviewofcollapsetriggeringmechanismofcollapsiblesoilsduetowetting[J].JournalofRockMechanicsandGeotechnicalEngineering,2016,8(2):256-274,XingYC,GaoDH,JinSL,etal.Studyonmechanicalbehaviorsofunsaturatedloessintermsofmoisteninglevel[J].KSCEJournalofCivilEngineering,2019,23(3):1055-1063廖红建,李涛,彭建兵.高陡边坡滑坡体黄土的强度特性研究[J].岩土力学,2011,32(7):24-29.周杨,刘果果,白兰英,等.降雨诱发黄土边坡失稳室内试验研究[J].武汉大学学报(工学版),2016,49(6):838-843.KimD,KangSS.Engineeringpropertiesofcompactedloessesasconstructionmaterials[J].KSCEJournalofCivilEngineering,2013,17(2):335-341.TanTK.FundamentalpropertiesofloessfromnorthwesternChina[J].EngineeringGeology,1988,25(2-4):103-122.杨晶,王林浩,马富丽,等.黄土压实质量控制指标的科学性和合理性研究[J].地下空间与工程学报,2012,8(5):1021-1025.殷鹤,黄雪峰,李旭东,等.延安新区回填压实黄土压缩变形与湿陷特性[J].后勤工程学院学报,2016,32(3):26-32.LuoH,WuFQ,ChangJY,etal.MicrostructuralconstraintsongeotechnicalpropertiesofMalanloess:AcasestudyfromZhaojiaanlandslideinShaanxiprovince,China.EngineeringGeology,2018,236(26):60-69.NgCWW,SadeghiH,JafarzadehF.Compressionandshearstrengthcharacteristicsofcompactedloessathighsuctions.GeotechnicalTestingJournal,2017,54(5):690-699.PatilUD,PuppalaAJ,HoyosLR,etal.Modelingcritical-stateshearstrengthbehaviorofcompactedsiltysandviasuction-controlledt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