[发明专利]一种非饱和土的统一强度理论的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非饱和土的统一强度理论的构建方法。

背景技术

大部分岩土问题都会涉及土的强度，研究非饱和土的强度是非饱和土理论及其工程应用的首要问题。工程实践中非饱和土大多数处于复杂应力作用下，非饱和土已有的刚性、柔性及刚柔复合型真三轴试验表明：中间主应力对非饱和土的强度具有显著影响，但现有的非饱和土强度公式多是由不考虑中间主应力影响的饱和土Mohr-Coulomb(M-C)强度准则扩展得到，代表性的有：Bishop有效应力型强度公式、Fredlund双应力状态变量型强度公式或吸应力型强度公式，均不能很好地反映非饱和土的三向应力状态及真实强度特性。利用外接圆Drucker-Prager(D-P)准则的修正剑桥模型或非线性Spatially Mobilized Plane(SMP)准则而建立的非饱和土本构模型，在一定程度上考虑了中间主应力对非饱和土强度的提高作用，但其结果存在明显不足或仅适用于某一类特定的非饱和土。俞茂宏提出的双剪单元体模型及统一强度理论具有广泛的理论意义，但因未考虑基质吸力的影响而不适用于非饱和土。笔者将俞茂宏统一强度理论和Fredlund双应力状态变量相结合，利用类比方法建立了非饱和土的抗剪强度统一解，但缺少坚实的理论基础和合理的力学模型解释，也没有经过非饱和土的真三轴试验验证。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种非饱和土的统一强度理论的构建方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种非饱和土的统一强度理论的构建方法，包括如下步骤：

S1、构建三向受压应力状态下适用于非饱和土的双剪单元体模型；

S2、假设作用于步骤S1所得的双剪单元体模型上的两个较大剪应力及其面上的正应力影响函数达到某一极限值时，非饱和土双剪单元体开始发生屈服或破坏；基质吸力(u_a-u_w)所引起的吸附强度c_s仅提高非饱和土的强度，不改变非饱和土的净法向应力张量(σ_ij-u_aδ_ij)，采用两个方程和附加判别条件的建模方法，非饱和土统一强度理论的定义式为

F＝τ₁₃+bτ₁₂+A(σ₁₃+bσ₁₂)＝B，当τ₁₂+Aσ₁₂≥τ₂₃+Aσ₂₃时   (1a)

F′＝τ₁₃+bτ₂₃+A(σ₁₃+bσ₂₃)＝B，当τ₁₂+Aσ₁₂≤τ₂₃+Aσ₂₃时   (1b)

其中，A为反映正应力对非饱和土屈服或破坏的影响系数，B为非饱和土的强度参数，并取压应力为正。

S3、通过非饱和土的单轴拉伸强度σ_t与单轴压缩强度σ_c确定参数A和B，其条件为

σ₁＝σ₂＝0  σ₃＝-σ_t     (2a)

σ₁＝σ_c   σ₂＝σ₃＝0     (2b)

由此得出参数A和B分别为