巖土塑性力學教學課件
巖土塑性力學
①巖土的抗剪強度和剛度隨壓應力的增大而增大，其抗剪強度不僅由粘結(jié)力產(chǎn)生，而且由內(nèi)摩擦角產(chǎn)生。②巖土為多相材料，在各相等壓作用下，巖土能產(chǎn)生塑性體積變化，稱巖土的等壓屈服特性。③巖土材料在剪應力作用下可產(chǎn)生塑性體積應變，稱巖土的剪脹性。④由于巖體中存在軟弱結(jié)構(gòu)面和夾層，而抗拉和抗壓強度明顯不同，因而具有較強的各向異性性質(zhì)。
①巖土的抗剪強度和剛度隨壓應力的增大而增大，其抗剪強度不僅由粘結(jié)力產(chǎn)生，而且由內(nèi)摩擦角產(chǎn)生。②巖土為多相材料，在各相等壓作用下，巖土能產(chǎn)生塑性體積變化，稱巖土的等壓屈服特性。③巖土材料在剪應力作用下可產(chǎn)生塑性體積應變，稱巖土的剪脹性。④由于巖體中存在軟弱結(jié)構(gòu)面和夾層，而抗拉和抗壓強度明顯不同，因而具有較強的各向異性性質(zhì)。
2.1 巖土類材料的特點
巖土類材料是由顆粒材料堆積或膠結(jié)而成，屬摩擦型材料。摩擦材料的特點是抗剪強度中含有摩擦力項，它的抗剪強度隨壓應力的增大而增大，因而巖土材料的屈服條件與金屬材料明顯不同。我們稱此為巖土的壓硬性，即隨壓應力的增大巖土的抗剪強度與剛度增大。 巖土為多相材料，巖土顆粒間有孔隙，因而在各向等壓作用下，巖土顆粒中的水、氣排出，就能產(chǎn)生塑性體變，出現(xiàn)屈服。而金屬材料在
各向等壓作用下是不會產(chǎn)生塑性體變的。一般稱此為巖土的等壓屈服特性。
由于巖土是摩擦材料，巖土的體應變還與剪應力有關(guān)，即在剪應力的作用下巖土會產(chǎn)生塑性體變（剪脹或剪縮），一般稱為巖土
的剪脹性（含剪縮）。這在力學上表現(xiàn)為球張量與偏張量的交叉作用，即球應力會產(chǎn)生剪變（負值），這也是壓硬性的一種表現(xiàn)；反之，剪應力會產(chǎn)生體變。顯然，純塑性金屬材料是不具有這一特性的�；趲r土是摩擦材料，因而必須采用摩擦型屈服條件，并考慮體變與剪脹性。現(xiàn)代巖土塑性力學必須反映這些特點，顯示出巖土塑性的本色。
5.結(jié)論
�。�1）廣義塑性力學消除了經(jīng)典塑性力學中的傳統(tǒng)塑性勢假設、正交流動法則假設與不考慮應力主軸旋轉(zhuǎn)的假設，從固體力學原理直接導出了廣義塑性位勢理論。
�。�2）廣義塑性力學是基于分量塑性勢面與分量屈服面的理論，能反映應力路徑轉(zhuǎn)折的影響，即應力增量對塑性應變增量的影響。
�。�3）廣義塑性力學中的塑性勢面是已知的，因而它不會產(chǎn)生當前非關(guān)聯(lián)流動法則中任意假定塑性勢面引起的誤差。
�。�4）廣義塑性力學中要求屈服面與塑性勢面對應，而不要求相等，避免了采用正交流動法則引起過大剪脹等不合理現(xiàn)象。由于它對屈服面硬化參量的選定有嚴格的規(guī)定，保證了巖土材料在一定應力路徑下求解的惟一性。
�。�5）廣義塑性力學中，按土性及其狀態(tài)不同，體積屈服面可分為壓縮型、硬化壓縮剪脹型與軟化壓縮剪脹型三類，并依據(jù)試驗首次提出了壓縮剪脹型土體的體積屈服面，可以科學地考慮土體的'壓縮與剪脹。剪切屈服面分為方向的剪切屈服面，一般情況下可略去
方向的剪切屈服面而只考慮剪切屈服面。
�。�6）廣義塑性力學采用分量塑性勢面與分量屈服面，各屈服面都有各自與塑性勢面相應的硬化參量。文中給出了廣義塑性力學的硬化定律和應力—應變關(guān)系。
�。�7）在應力增量分解的基礎上，建立了考慮應力主軸旋轉(zhuǎn)的廣義塑性位勢理論，從而可求出應力主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的塑性變形。
�。�8）通過分析屈服面的物理意義，表明屈服條件是狀態(tài)參數(shù)，它與應力狀態(tài)、應力歷史及材性等狀態(tài)量有關(guān)；同時也是試驗參數(shù)，只能由試驗給出。
�。�9）廣義塑性力學不僅可以作為巖土材料的建模理論，而且還可以應用于諸如極限分析等土力學的諸多領(lǐng)域，具有廣闊的應用前景。
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