[发明专利]周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法

摘要

本发明公开了一种周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，包括步骤为：首先绘制土样应力‑应变和土样应力‑应变率关系曲线；将所得的土样应力‑应变和土样应力‑应变率关系曲线分别进行分解，并获取应力‑应变骨干曲线和应力‑应变率骨干曲线；将获取的应力‑应变骨干曲线和应力‑应变率骨干曲线进行线性叠加，得到周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型；最后，利用多元非线性回归方法，拟合四个模型参数，并分别建立模型参数和荷载周期与荷载角振幅间的函数关系。本发明能够逼真地再现实际海岸地区底床淤泥的动力响应特性，能模拟粘性土体在波浪振荡荷载下的流变特性，模型参数较少，具有广泛的适用性和扩展性。

主权项

1.一种周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，绘制土样应力‑应变和土样应力‑应变率关系曲线：采用正弦振荡剪切流变仪对粘土试样进行动态剪切试验；通过改变荷载周期T和荷载角振幅A的大小进行多组实验，得到粘土试样在不同荷载强度组合下的应力、应变及应变率实验数据；然后，根据得到的实验数据，绘制土样应力‑应变和土样应力‑应变率关系曲线；步骤2，构建粘弹塑性力学本构模型：将步骤1绘制的土样应力‑应变和土样应力‑应变率关系曲线分别进行分解，并获取应力‑应变骨干曲线和应力‑应变率骨干曲线；接着，将获取的应力‑应变骨干曲线和应力‑应变率骨干曲线进行线性叠加，得到周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型；构建后的粘弹塑性本构模型由如下方程表示：其中：τ为粘土试样受到的剪切应力，ε为剪切应变，γ为剪切应变率；G₀、μ₀、α、β为模型参数，其中模型参数G₀、μ₀分别为初始剪切模量和初始粘性系数；步骤3，四个模型参数计算：根据步骤1中得到的实验数据，利用多元非线性回归方法，拟合四个模型参数G₀、μ₀、α、β，并建立四个模型参数G₀、μ₀、α、β分别与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系；步骤3中，四个模型参数G₀、μ₀、α、β与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系分别为：式中，T为荷载周期，A为荷载角振幅；另外，C_G1、C_G2、C_G3、C_G4为模型参数G₀与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的4个常数，根据土样类型进行拟合得到；C_μ1、C_μ2、C_μ3、C_μ4、C_μ5为模型参数μ₀与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的5个常数，根据土样类型进行拟合得到；C_α1、C_α1为模型参数α与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的2个常数，根据土样类型进行拟合得到；C_β1、C_β2、C_β3、C_β4为模型参数β与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的4个常数，根据土样类型进行拟合得到。