[发明专利]一种循环双曲线弹塑性土体本构模型及其应用方法

权利要求书

1.一种循环双曲线弹塑性土体本构模型的构建方法，其特征在于，土体的屈服面部分由摩尔库伦模型进行定义，非屈服面部分采用双曲线弹性模型描述土体的应力应变状态；

屈服面部分采用的摩尔库伦弹塑性模型描述土体的应力应变状态为：

引入一个弹塑性刚度矩阵[D_ep]，即[D_ep]＝[D_et]-[D_p]，则

{dσ}＝[D_ep]{dε}

其中，A为硬化函数或塑性系数，{dσ}为应力增量，{dε}为应变增量，[D_et]为弹性矩阵，[D_p]为塑性矩阵，为屈服面函数，Q为塑性势面函数，T为变换矩阵，σ为应力，ε为应变；

在对土体施加循环荷载时，所述双曲线弹性模型加载阶段的骨干曲线函数为：

式中，a为退化参数，E_d为应变不变量，J^*和为修改后的应力和应变不变量，G_max为初始刚度，F_bb为骨干曲线函数；

所述双曲线模型卸载阶段的应力-应变关系：

式中，n为比例系数，为最后一个反向点的坐标。

2.一种根据权利要求1所述的循环双曲线弹塑性土体本构模型的构建方法的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提取土体的初始应力和应变参数与摩尔库伦准则进行对比，确定土体各部分所处的状态；

2)基于摩尔库伦强度准则确定土体屈服面的形状及位置；

3)根据屈服面的位置将土体分为屈服面部分和非屈服面部分；

4)屈服面部分采用摩尔库伦弹塑性模型描述土体的应力应变状态，非屈服面部分采用双曲线弹性模型描述土体的应力应变状态；

5)对土体施加循环荷载，每一循环荷载结束，重复步骤1)-步骤4)；

6)重复步骤5)，直至土体的应变达到设定值。

3.根据权利要求2所述的应用方法，其特征在于，步骤2)中所述土体屈服面的应力状态函数为：

其中，p是平均主应力，q是广义剪应力，是土体材料的内摩擦角，c是土体材料的粘聚力。

4.根据权利要求2所述的应用方法，其特征在于，所述步骤5)中每一循环荷载的卸载和重新加载应变路径的确定方法如下：

5-1)在初始加载期间，应力-应变路径是由选定的骨干曲线函数F_bb确定的；

5-2)经受卸载和重新加载条件，如果在给定点(γ_r，τ_r)发生应变反转，则土体的应力-应变行为遵循骨干曲线函数F_bb，但比例系数变为恒定值2，可以通过以下表达式进行定义：

式中，τ代表剪应力，Υ代表剪应变，τ_r和γ_r分别为反向点的剪应力和剪应变；

5-3)如果卸载和重新加载应变值超过过去记录的最大应变水平,应力-应变曲线遵循主干曲线；

5-4)在卸载和重新加载情况下，如果卸载和重新加载曲线与前一周期的卸载和重新加载曲线相交，则材料的应力-应变曲线遵循前一周期的曲线。

5.根据权利要求2所述的应用方法，其特征在于，所述步骤6)中直至土体的应变达到15％。

6.根据权利要求2所述的应用方法，其特征在于，所述步骤5)中施加循环荷载时，土体的滞回循环曲线由循环路径和循环形状定义，循环形状的宽度是由区域ΔW决定的，ΔW表示土体在循环荷载作用下消散的能量，引入参数阻尼比ξ来定量评估循环荷载作用下土体消散的能量，其中W代表土壤材料的最大应变能。