干密度对邓肯-张模型参数的影响.pdf

干密度对邓肯-张模型参数的影响.收稿日期：基金项目：河北建筑工程学院硕士研究生创新基金项目（）作者简介：郭江峰（），男，硕士研究生，主要从事岩土工程的研究。通讯作者：胡建林（），男，副教授，主要从事岩土工程方面的科研工作。犱 狅 犻：干密度对邓肯张模型参数的影响郭江峰胡建林，薛金昊房宇昊郑瑞海（河北建筑工程学院土木工程学院，河北 张家口 ；河北省沥青路面工程固废综合利用技术创新中心，河北 张家口 ）摘要：针对冀北地区粉质黏土进行固结排水三轴剪切试验，主要研究土体的干密度对邓肯张模型参数的影响规律，将试验结果用邓肯张模型进行分析且曲线拟合情况较好。试验结果表明：随着围压的增大，应力应变曲线表现为应变硬化型，模型参数、均随干密度的增大而增大，参数 随干密度的增大而减小。关键词：粉质黏土；邓肯张本构模型；干密度；应力应变曲线中图分类号：犜 犝 文献标识码：犃 引言目前，描述土体应力应变关系的数学模型有很多种，总体可以概括为两类：弹性模型和弹塑性模型弹塑性模型能较好地反映土体的变形特征和内在机理以及土体的硬化、软化和剪胀特性，但参数获取难度较大弹性模型中的非线性弹性模型简单实用，应用比较广泛邓肯张本构模型就是一种非线性弹性模型，可以较好的表征土的应力应变关系它采用修正各向同性广义胡克定律，本构关系为增量线性和各向同性，故应力和应变增量的主要方向是相同的，对于低应力水平较为实用，但对于应力水平较高或接近破坏时的偏差应力存在一定的偏差，可以通过常规的三轴剪切试验获得邓肯张模型的参数，从而可以推导出切线弹性模量，所以它被广泛应用于土体应力应变的研究在实际工程中取一些土样在室内进行固结排水三轴剪切试验，主要研究干密度对邓肯张模型参数的影响，以便能够在实际工程中及时掌握该土质的性质和状态，从而解决工程中遇到的问题根据试验得出的试验数据并进行分析整理以达到本文的研究目的 邓肯张模型的简介邓肯张模型参数物理意义明确，易于确定，不考虑土体的应力历史，便于程序实施邓肯（）和张（）根据大量三轴试验得出的应力应变试验结果，提出土体的应力应变曲线应符合双曲线关系式的观点，其式可写成：犪犫（）式中：（）为偏应力，为主应变；值为初始切线变形模量倒数；值为极限偏差应力（）的倒数，理论上是土样轴向应变无穷大时的应力差，但实际中轴向应变不可能无穷大试验中，土样破坏时对应的应力差称为破坏应力差，用（）表示；破坏应力差与极限偏差应力之比称为失效比，（）（）；简布研究发现，土体的初始弹性模量与围压存在指数关系，其式可表示为下式：犈犻犓 犘 犪（）犘 犪狀（）式中：为大气压值，取 ，引入 是为了使纵横坐标化为无因次量、为试验参数，可第 卷 第期 年月河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报犑 犗 犝 犚 犖 犃 犔犗 犉犎 犈 犅 犈 犐犐 犖 犛 犜 犐 犜 犝 犜 犈犗 犉犃 犚 犆 犎 犐 犜 犈 犆 犜 犝 犚 犈犃 犖 犇犆 犐 犞 犐 犔犈 犖 犌 犐 犖 犈 犈 犚 犐 犖 犌犞 狅 犾 犖 狅 犑 狌 狀 在（）（）曲线中确定土体的切线模量，可表示为：犈狋 犚犳（）（）犆 犓 犘 犪（）犘 犪狀（）式中：包含个参数，、为强度指标，另外三个、和确定方法已作说明，其中对不同围压会有不同值，取平均值即可 试样制备及试验方案 土样的基本物理性质本研究依托冀北地区的某大坝工程，取样深度距地表 的粉质黏土土样进行试验对不同干密度的土样试样进行三轴试验，实验测得土样的基本物理性质见表表土样的基本物理性质天然密度（）干密度（）天然含水率液限（）塑限（）塑性指数（）孔隙比 试样的制备通过实验得该土样的最大干密度为 ，最优含水率为 研究不同干密度对邓肯张模型中参数的影响，将土样的含水率按最优含水率配制，然后放入恒温养护箱内养护 ，以使土颗粒和水充分融合按击实实验的制作方法在制样器内制作试验试件，试件的尺寸为 （直径高），将制好的试件放入养护缸内，防止水分挥发对实验结果造成影响，试验试件控制的干密度分别为 、试验方案试验围压分别是 、剪切速率为 试验按照 土工试验方法标准进行固结排水试验，在试验中认为试样的破坏的标准为：当剪应力出现峰值时，再继续剪的主应变，试验结束；若无峰值出现，主应变达到 后试验结束，取主应变为 时的剪应力值为破坏剪应力值 试验结果及计算将试验结果进行处理和分析可得各不同干密度条件下的主应力差（）与主应变之间的关系，如图所示）干密度 ）干密度 第期郭江峰 等干密度对邓肯张模型参数的影响）干密度 ）干密度 图不同干密度下（）与关系曲线由图绘出在不同干密度下该土体的摩尔应力圆，见图，由图得出在不同干密度下土体的粘聚力和内摩擦角，见表，由表可以得出土体的和均随着干密度的增加而增加）干密度 ）干密度 ）干密度 ）干密度 图不同干密度下土体的莫尔圆表不同干密度下的、值（）将式（）改写成下式（）：犪犫（）从式（）中可以看出（）呈线性关系，、分别为直线的截距和斜率，将（）应力应变关系转换成（）直线关系时，所得的线性关系有所偏差，所以在求取、值时，以应力河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报第 卷水平为 及 的点来求得、的值，应力水平为主应力差（）与破坏应力差（）的比值以干密度为 为例，得到各个围压下（）的关系，见图图各围压下（）关系曲线各个围压下的、值由图可求得，然后得出、（）、的值，见表表各围压下的、参数值 （）（）平均值 由表可求得表中的数值表 （）（）数值 （）（）由表可以绘出（）（）的曲线图，见图图、值的确定第期郭江峰 等干密度对邓肯张模型参数的影响由图可以得出 、干密度为 时，切线弹性模量中的个参数都已经求出，同法可得其它干密度条件下的各个参数值，见表表各个干密度下的参数值（）结论从试验所得的应力应变曲线可以看出，粉质黏土的抗剪强度随着干密度增加而增大，当干密度为 时土体的抗剪强度最高，最后趋于屈服，土样屈服前的抗剪强度的上升速率也随着干密度的增大而变的越来越快；随着围压的增大，应力应变曲线表现为应变硬化型由表可知、等参数也随着干密度的增加而增大，而破坏比却有减小的趋势在工程实际应用中比较关注的土的粘聚力和内摩擦角也随着干密度的增加而增大参考文献 员康锋，张军，员盼锋基于饱和度的湿陷性黄土邓肯张模型参数变化规律研究工程地质学报，（）：程营，李林，陈浩干密度对海相及河相软土邓肯张模型参数的影响公路工程，（）：，（）：，（）：殷宗泽土工原理北京：中国水利水电出版社，土工试验方法标准北京：中国计划出版社，冯卫星，常绍东，胡万毅北京细砂土邓肯一张模型参数试验研究岩石力学与工程学报，（）：张琰，张丙印，李广信，孙逊压实黏土拉压组合三轴试验和扩展邓肯张模型岩土工程学报，（）：何昌荣，杨桂芳邓肯张模型参数变化对计算结果的影响岩土工程报，（）：刘军定，李荣建，孙萍，王治军，骆建文，李振菲基于结构性黄土联合强度的邓肯?张非线性本构模型岩土工程学报，（）：童国庆，张吾渝，高义婷，杨若辰剪切速率对黄土力学性质及邓肯张模型参数的影响科学技术与工程，（）：罗崇亮，余云燕，包得祥，王鹏基于三轴试验红层泥岩的邓肯张模型参数研究地震工程学报，（）：胡田飞，刘建坤，常丹，房建宏，徐安花冻融循环对粉质黏土力学性质的影响及邓肯张模型中国公路学报，（）：胡亚元，余启致，张超杰，钱镜林，谢嘉祺纤维加筋淤泥固化土的邓肯张模型浙江大学学报：工学版，（）：岳建伟，宋达，杨光辉，李莹玉黄泛区粉砂土 双曲线模型参数确定河南大学学报：自然科学版，（）：谷建晓，范理云，吕海波，陈宜虎基于修正邓肯张模型模拟红黏土应力应变关系桂林理工大学学报，（）：（下转第 页）河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报第 卷犛 狋 狌 犱 狔狅 狀狋 犺 犲犱 狌 狉 犪 犫 犻 犾 犻 狋 狔狅 犳 狊 犻 犾 犻 犮 狅 狀 犮 犺 狉 狅 犿 犻 狌 犿狊 犾 犪 犵犮 狅 狀 犮 狉 犲 狋 犲犔 犐犡 犻 犪 狅 狆 犻 狀 犵（，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴 （上接第 页）犛 狋 狌 犱 狔狅 狀狋 犺 犲犞 犪 狉 犻 犪 狋 犻 狅 狀犔 犪 狑狅 犳犛 犻 犾 狋 狔犆 犾 犪 狔犇 狌 狀 犮 犪 狀 犣 犺 犪 狀 犵犕 狅 犱 犲 犾犘 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊犫 狔犇 狉 狔犇 犲 狀 狊 犻 狋 狔犌 犝 犗犑 犻 犪 狀 犵 犳 犲 狀 犵，犎 犝犑 犻 犪 狀 犾 犻 狀，犡 犝 犈犑 犻 狀 犺 犪 狅，犉 犃 犖 犌犢 狌 犺 犪 狅，犣 犎 犈 犖 犌犚 狌 犻 犺 犪 犻（，；，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；第期李小苹硅铬渣混凝土的耐久性能研究