一种非饱和土的统一强度理论的构建方法

摘要

本发明公开了一种非饱和土的统一强度理论的构建方法，本发明依据非饱和土的双应力状态变量理论及吸附强度特性，构建适用于非饱和土的双剪单元体模型，继而建立复杂应力状态下非饱和土的统一强度理论，分析其特例、平面极限线和空间极限面的特性，并用文献非饱和粉砂的刚性与柔性真三轴试验进行验证。本发明完善并丰富了非饱和土的基础理论，具有重要的理论意义和工程应用价值。

主权项

一种非饱和土的统一强度理论的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、构建三向受压应力状态下适用于非饱和土的双剪单元体模型；S2、假设作用于步骤S1所得的双剪单元体模型上的两个较大剪应力及其面上的正应力影响函数达到某一极限值时，非饱和土双剪单元体开始发生屈服或破坏；基质吸力(u_a‑u_w)所引起的吸附强度c_s仅提高非饱和土的强度，不改变非饱和土的净法向应力张量(σ_ij‑u_aδ_ij)，采用两个方程和附加判别条件的建模方法，非饱和土统一强度理论的定义式为F＝τ₁₃+bτ₁₂+A(σ₁₃+bσ₁₂)＝B，当τ₁₂+Aσ₁₂≥τ₂₃+Aσ₂₃时    (1a)F′＝τ₁₃+bτ₂₃+A(σ₁₃+bσ₂₃)＝B，当τ₁₂+Aσ₁₂≤τ₂₃+Aσ₂₃时   (1b)其中，A为反映正应力对非饱和土屈服或破坏的影响系数，B为非饱和土的强度参数，并取压应力为正。S3、通过非饱和土的单轴拉伸强度σ_t与单轴压缩强度σ_c确定参数A和B，其条件为σ₁＝σ₂＝0  σ₃＝‑σ_t      (2a)σ₁＝σ_c   σ₂＝σ₃＝0      (2b)由此得出参数A和B分别为$A=\frac{{\sigma }_t-{\sigma }_c}{{\sigma }_t+{\sigma }_c}=\frac{\alpha -1}{1+\alpha },B=\frac{{\sigma }_c(1+b)\alpha }{1+\alpha }---\left(3\right)$S4、将式(3)代入式(1)，即得非饱和土的统一强度理论表达式为$F=({\sigma }_1-u_a)-\frac{1}{\alpha (1+b)}[b({\sigma }_2-u_a)+({\sigma }_3-u_a)]={\sigma }_c,$当${\sigma }_2\le \frac{{\sigma }_3+\alpha {\sigma }_1}{1+\alpha }$时   (4a)$F^{\prime }=\frac{1}{1+b}[({\sigma }_1-u_a)+b({\sigma }_2-u_a)]-\frac{1}{\alpha }({\sigma }_3-u_a)={\sigma }_c,$当${\sigma }_2\ge \frac{{\sigma }_3+{\mathrm{\alpha \sigma }}_1}{1+\alpha }$时   (4b)其中，α＝σ_t/σ_c为非饱和土的单轴拉压强度比，反映非饱和土的拉压强度异性效应；b为反映中间主剪应力及其面上的正应力对非饱和土屈服或破坏影响程度的系数，称为统一强度理论参数，取值范围为0≤b≤1。