基于细观接触理论的堆石料解析本构关系研究

发布时间：2017-08-05 18:24

  本文关键词：基于细观接触理论的堆石料解析本构关系研究

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【摘要】：土石坝具有工程投资省、施工技术相对简单且工期短、对地形地质条件的要求低等特点,在水利水电工程中应用广泛。然而堆石料作为土石坝的主要建筑材料,表现出非线性、弹塑性、剪胀性、流变性、应变硬化或应变软化以及各向异性等等非常复杂的力学特性,为其建立合理而完备的本构模型一直是工程界和学术界十分关心的问题。目前应用比较多的模型(如邓肯张模型)大多基于宏观的唯象理论建立,缺乏对细(微)观结构的把握,不能有效揭示堆石料受力变形的本质。对堆石料发生变形、强度变化的物理解释也不尽满意,从而限制了这类模型的应用。对颗粒材料而言,考虑细观接触的解析模型近年来得到了一定发展,但这一方法目前的研究主要针对砂土。堆石料考虑细观接触的解析模型目前还没有见到报道。本文基于考虑细观接触的颗粒材料弹塑性本构模型,针对堆石料展开了以下工作。(1)初步建立了堆石料细观本构的理论框架。颗粒接触面的细观本构模型包括,颗粒接触模型的弹性部分采用Hertz弹性理论考虑,塑性部分采用Mohr-Coulomb形式的屈服函数、双曲线形式的硬化函数与非关联的流动法则加以建立。依据“最适假设法”建立宏观应变到细观接触位移之间的宏细观应变位移关系,再根据余能守恒定理建立宏观应力到细观接触力之间的宏细观应力-接触力关系,进而联立细观接触本构模型,最终获得宏观应力与应变的本构关系模型。(2)研究了简化的常规试验模拟计算流程,大大提高了运算效率,同时采用全量形式的屈服函数参与运算,避免了误差的累积。(3)研究了模型中主要参数的确定方法,并对堆石料的常规三轴压缩试验进行了模拟。本文中采用常规三轴压缩试验结果确定部分物理意义明确的参数,另一部分无法通过试验确定的参数则借助于粒子群优化算法进行选择。(4)为了对模型中的参数建立更清晰的认识,进行了模型参数的敏感性分析。通过分析结果,了解了所有参数在实际拟合中的影响效果和部分关系式在数值模拟中的控制作用,并预测了模型的其他拟合潜力。(5)对其他较复杂条件下的试验拟合进行了探索。在实现了对常规三轴试验结果拟合后,根据对等应力比三轴试验结果的分析,构造了新的初始硬化刚度系数,尝试了等应力比三轴试验结果的拟合。
【关键词】：堆石料 细观 本构模型 三轴试验
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-13
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 细观力学解析模型研究现状10-12
• 1.3 本文的研究内容与思路12-13
• 2 细观接触面的本构模型13-22
• 2.1 弹性部分14-17
• 2.1.1 局部弹性刚度阵14-15
• 2.1.2 Hertz理论介绍15-17
• 2.2 塑性部分17-19
• 2.3 弹塑性本构关系19-20
• 2.4 颗粒间咬合效应20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 3 宏观应力-应变-体变本构模型22-26
• 3.1 宏细观关系22-24
• 3.1.1 由最适假设获得细观位移-应变关系22-23
• 3.1.2 由细观位移-应变关系获得力-应力关系23-24
• 3.2 由求和运算到积分运算24-25
• 3.3 宏观应力应变关系25
• 3.4 本章小结25-26
• 4 计算过程与参数确定26-33
• 4.1 宏观应力应变关系的计算过程26-30
• 4.2 由常规试验确定的模型参数30
• 4.3 由粒子群优化算法确定的模型参数30-32
• 4.4 本章小结32-33
• 5 试验拟合与参数敏感性分析33-40
• 5.1 对常规试验的拟合结果33-35
• 5.2 模型参数的敏感性分析35-39
• 5.3 本章小结39-40
• 6 对于复杂应力路径试验拟合的探索40-44
• 7 结论与展望44-46
• 7.1 结论44-45
• 7.2 展望45-46
• 参考文献46-49
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况49-50
• 致谢50-51

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本文编号：626339