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岩土类材料弹塑性力学模型与本构方程.docx
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2021-09-18
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岩土类材料弹塑性力学模型与本构方程.docx
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岩土类材料的弹塑性力学模型与本构方程
摘要:本文主要结合岩土类材料的特性,开展研究其在受力变形过程中的弹性与塑性变形
的特点,描述简化的力学模型特征与对应的适用条件,同时在分析研究其弹塑性力学模型
的基础上,探究了关于岩土类介质材料的各种本构模型,如 M-C、D-P、Cam、D-C、L-
D 与节理材料模型等,分析对应使用条件,特点与公式,从而推广到不同的材料本构模型
的研究,为弹塑性理论更好的延伸发展做一定的参考性。
关键词:岩土类材料,弹塑性力学模型,本构方程
不同的固体材料,力学性质各不一样。即便是同一种固体材料,在不同的物理环境和
受力状态中,所测得的反映其力学性质的应力应变曲线也各不一样。尽管材料力学性质复
杂多变,但仍是有规律可循的,也就是说可将各种反映材料力学性质的应力应变曲线,进
行分析归类并加以总结,从而提出相应的变形体力学模型。
第一章 岩土类材料
地质工程或采掘工程中的岩土、煤炭、土壤,结构工程中的混凝土、石料,以与工业
瓷等,将这些材料统称为岩土材料。
岩土塑性力学与传统塑性力学的区别在于岩土类材料和金属材料具有不同的力学特性。
岩土类材料是颗粒组成的多相体,而金属材料是人工形成的晶体材料。正是由于不同的材
料特性决定了岩土类材料和金属材料的不同性质。归纳起来,岩土材料有 3 点基本特性:
1.摩擦特性。2.多相特性。3.双强度特性。另外岩土还有其特殊的力学性质:1.岩土的压
硬性,2.岩土材料的等压屈服特性与剪胀性,3.岩土材料的硬化与软化特性。4.土体的塑
性变形依赖于应力路径。
对于岩土类等固体材料往往在受力变形的过程中,产生的弹性与塑性变形具备相应的
特点,物体本身的结构以与所加外力的荷载、环境和温度等因素作用,常使得固体物体在
变形过程中具备如下的特点。
固体材料弹性变形具有以下特点:(1)弹性变形是可逆的。物体在变形过程中,外力所
做的功以能量(应变能)的形式贮存在物体,当卸载时,弹性应变能将全部释放出来,物体
的变形得以完全恢复;â(2)无论材料是处于单向应力状态,还是复杂应力状态,在线弹性
变形阶段,应力和应变成线性比例关系;(3)对材料加载或卸载,其应力应变曲线路径一样。
因此,应力与应变是一一对应的关系。
固体材料的塑性变形具有以下特点:â(l)塑性变形不可恢复,所以外力功不可逆。塑性
变形的产生过程,必定要消耗能量(称耗散能或形变功);â(2)在塑性变形阶段,应力和应变
关系是非线性的。因此,不能应用叠加原理。又因为加载与卸载的规律不同,应力与应变
也不再存在一一对应的关系,也即应力与相应的应变不能唯一地确定,而应当考虑到加载
的路径(即加载历史);â(3)当受力固体产生塑性变形时,将同时存在有产生弹性变形的弹性
区域和产生塑性变形的塑性区域。并且随着载荷的变化,两区域的分界面也会产生变化。
huayuya123
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