[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

说明书

一种考虑含石量的土石混合料本构模型建立方法。其包括建立含石量与粘聚力及内摩擦角的关系式；基于扩展SMP准则推导粘聚力不为0时的变换应力；建立三维化变换应力空间中考虑含石量土石混合料本构模型的屈服函数；计算塑性应变增量；计算塑性标量因子；推导弹塑性刚度矩阵；推导对称的弹塑性刚度矩阵并确定出考虑含石量的土石混合料本构模型等步骤。本发明在本构模型中考虑含石量，将含石量和粘聚力及内摩擦角关系引入进来，建立了考虑含石量的土石混合料本构模型，能够更加合理地反映土石混合料的抗剪强度和应力应变特性，使得对实际高填方工程问题的分析更加合理。所建立的土石混合料本构模型参数简单易测，便于在有限元中应用。

技术领域

本发明属于岩土本构模型技术领域，特别涉及一种考虑含石量的土石混合料本构模型建立方法。

背景技术

随着航空业的发展，机场建设规模越来越大，尤其是西部机场建设也发展迅速，西部机场建设多为高填方工程，其特点为填方量大，填方高度高，而且填料多为土石混合料，土石混合料的组成主要以砾石、块石与砂土、粘土等为主，与一般土体相比，其力学性质复杂。

在机场高填方工程建设中，工程的工后沉降会引起许多沉降病害和稳定性问题，因此机场高填方工程的沉降变形及稳定性问题成为了机场建设的核心问题。目前，岩土数值分析是岩土工程问题的常用分析方法，而本构模型是数值分析的核心技术，能否对机场高填方工程变形及稳定性进行合理分析，关键取决于对高填方工程土石混合料的力学特性的准确模拟，也就是需要建立一种能准确反映土石混合料应力应变特性的本构模型，这样就能够对机场高填方工程问题进行合理的分析。

目前在数值分析中广泛应用的MCC等弹塑性模型，主要针对的是细粒土，只能反映正常固结土或弱超固结土的应力应变特性，对超固结土或土石混合料的应力应变特性还不能够合理反映。所以迫切需要建立一种针对土石混合料的、能合理反映土石混合料应力应变特性的本构模型，以便该模型能方便应用于数值分析中，从而能够对机场高填方工程地基变形及稳定性进行合理分析，为实际工程施工提供指导依据。

含石量是影响土石混合料抗剪强度的重要因素，影响着内摩擦角和粘聚力，所以如果在本构模型中考虑含石量，将含石量和粘聚力及内摩擦角的关系引入进来，则能够更加合理地反映土石混合料的抗剪强度和应力应变特性，使得对实际高填方工程问题的分析更加合理。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种考虑含石量的土石混合料本构模型建立方法。

为了达到上述目的，本发明提供的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。