[发明专利]一种考虑含石量的土石混合料本构模型建立方法

权利要求书

1.一种考虑含石量的土石混合料本构模型建立方法，其特征在于：所述考虑含石量的土石混合料本构模型建立方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)根据土石混合料的含石量与粘聚力及内摩擦角增量的关系图，获得土石混合料的含石量与内摩擦角关系式以及含石量与土的粘聚力关系式，由此得到土石混合料的内摩擦角及土的粘聚力；

2)根据土的强度准则中扩展松冈-中井准则，并参考统一硬化模型中变换应力公式，结合步骤1)得到的土石混合料的内摩擦角及土的粘聚力，获得土的粘聚力不为0时的变换应力；

3)基于上述获得的土的粘聚力不为0时的变换应力，考虑含石量和内摩擦角及土的粘聚力的关系，参考统一硬化模型的屈服函数公式，在三维化的变换应力空间中，得到考虑含石量的土石混合料本构模型的屈服函数；

4)利用塑性应变增量表达式计算出塑性应变增量；

5)对上述步骤3)获得的屈服函数求微分并代入步骤4)获得的塑性应变增量，得到塑性标量因子；

6)将步骤5)获得的塑性标量因子代入步骤4)中的塑性应变增量表达式，然后再代入应力增量和应变增量的关系式，得到弹塑性刚度矩阵；

7)对上述步骤6)获得的弹塑性刚度矩阵进行对称化处理，得到对称的弹塑性刚度矩阵，最后基于对称的弹塑性刚度矩阵确定出考虑含石量的土石混合料本构模型。

2.根据权利要求1所述考虑含石量的土石混合料本构模型建立方法，其特征在于：在步骤1)中，所述根据土石混合料的含石量与粘聚力及内摩擦角增量的关系图，获得土石混合料的含石量与内摩擦角关系式以及含石量与土的粘聚力关系式，由此得到土石混合料的内摩擦角及土的粘聚力的具体方法如下：

土石混合料的内摩擦角与含石量的关系式为：

其中，

式中，为纯土的内摩擦角；为土石混合料的内摩擦角；P_R为土石混合料的含石量；为当含石量为P_R时土石混合料的内摩擦角较相应纯土的内摩擦角增量；为当含石量P_R超过70％时土石混合料的内摩擦角较相应纯土的内摩擦角增量；

土的粘聚力与含石量的关系式为：

c＝c_cg(P_R) (3)

其中，c_c为纯土的粘聚力；c为土的粘聚力。

3.根据权利要求1所述考虑含石量的土石混合料本构模型建立方法，其特征在于：在步骤2)中，所述根据土的强度准则中扩展松冈-中井准则，并参考统一硬化模型中变换应力公式，结合步骤1)得到的土石混合料的内摩擦角及土的粘聚力，获得土的粘聚力不为0时的变换应力的具体方法如下：

土的粘聚力不为0时的变换应力为：

其中，

其中，σ为正应力；为土的粘聚力c＝0情况下用扩展SMP准则表示的变换应力；为土的粘聚力c≠0情况下用扩展SMP准则表示的平均主应力；为土的粘聚力c≠0情况下用扩展SMP准则表示的三轴压缩时的偏应力；为土的粘聚力c≠0情况下用扩展SMP准则表示的应力不变量；为扩展SMP面上的三个主应力。

4.根据权利要求1所述考虑含石量的土石混合料本构模型建立方法，其特征在于：在步骤3)中，所述基于上述获得的土的粘聚力不为0时的变换应力，考虑含石量和内摩擦角及土的粘聚力的关系，参考统一硬化模型的屈服函数公式，在三维化的变换应力空间中，得到考虑含石量的土石混合料本构模型的屈服函数的具体方法如下：

考虑含石量的土石混合料本构模型的屈服函数为：

式中，为变换应力空间当前应力点上的平均主应力；为该点上的广义剪应力；为相应的初始平均主应力；c_p＝(λ-κ)/1+e₀，λ为等向压缩线的斜率，κ为等向回弹线的斜率，e₀为初始孔隙比；M为特征状态和临界状态下的应力比，为硬化参数，可表示为：

式中，为变换应力空间的潜在强度，为变换应力空间的超固结参数，为前期固结压力，为塑性体积应变，为变换应力空间的应力比。