第
37
卷第
11
期
2011
年
II
月
北京工业大学学报
JOURNAL
OF
BEIJING
UNIVER51TY
OF
TECHNOLOGY
Vo
1.3
7 No.11
Nov.
2011
含统一屈服面的非饱和黠性土弹塑性本构模型
李涛
1
，史世波
2
(1.北京交通大学土木建筑工程学院，北京
100044;
2
中交第二公路勘察设计研究院有限公司，武汉
43
∞
52)
摘
要:首先将非饱和土巴塞罗那基本模型(
8arcelona
b8Sic
model;
BBM)
中的加载湿陷(
loading
co
lIapse ,
LC)
屈
服画和吸力增加
(8uction
increase
.51)
屈服面统一为一个光滑的屈服面，然后基于弹塑性理论导出相应的弹塑性
本构模型.统一屈服面的优点是可以进行
LC
屈服和
51
屈服二者之间的精合分析，即能模拟净应力和吸力同时
变化的加载路径.此外，由于所建模型的屈服面没有尖点，因而可以简化数值模拟计算所建模型共有
14
个参
数，其中
12
个与非饱和土的物理力学性质和塑性屈服特性有关，另外
2
个与土的塑性硬化特性有关，所有参数
都可通过非饱和土室内控制吸力的三轴等压和剪切试验确定.所建模型的模拟结果与本次试验研究及已发表
文献中试验数据的对比表明，二者之间有较好的吻合，说明所建模型的合理性及有一定的实用价值，
关键词:非饱和土，弹塑性理论:本构模型;屈服面;三轴试验
中图分类号:
TU44I'.3;
TU442
文献标志码
:A
文章编号:
0254
-0037(2011)
11
-1684
-08
非饱和土的力学性质远比饱和土的复杂，对非饱和土本构模型的研究-直是非饱和土研究中的一个
重点，其中
Alonso
等川根据饱和土临界状态的概念并结合非饱和土的应力应变特性，针对非饱和细校土
提出的弹塑性模型已得到普遍的承认，在国际上一般被称为巴塞罗那基本模型
(Barcelona
basic
model
,
BBM).
BBM
模型自提出后，已有许多研究者对其进行了多方面的改进和推广应用.早期的如
Jo
盹等[，
J
对土体压缩线进行修改，考虑了浸水后土体可能的最大规塌体积
Wheeler
等
[3J
对加载湿陷(
loading
collapse
,
LC)
屈服丽形状进行修正，建立了不同吸力下压缩线的形式.黄海、陈正汉等
(4-5
)根据室内试验结
果愚然把净压力与吸力平面上的屈服曲线修正为一条光滑曲线并推导了相应的本构模型，但没有进行试
验验证.近年来，基于
BBM
模型的工作仍在进行，如
Wheeler
和
Buisson[6
J
在
BBM
模型中考虑了水力滞后
的影响.孙德安等
[7J
提出了定量描述饱和度对应力-应变特性、孔隙比对土-水特征曲线及吸力影响的弹
塑性本构模型周建[
•
J
分析了
BBM
模型的各种修正形式，对模型中存在的问题进行了探讨.有关非饱和
土本构模型研究的进展可参阅文献[
9].
总的来看，
BBM
模型尽管得到了广泛的认同，但仍然存在不少问
题，比如由于加载面的不统→，使其不能较好反映
LC
与吸力增加
(suction
increase
,
51)
2
种屈服的稿合作
用.为此，本文首先将
BBM
模型中的
LC
屈服面与
SI
屈服面统一，然后在此基础上建立一个具有单一屈
服面的非饱和土弹塑性本构模型，所建模型简化了
LC
屈服和
SI
屈服二者之间的锅合分析，能较好地模拟
净应力和吸力同时变化的加载路径，从而拓宽了
BBM
模型的适用性.
1
状态变量和基本假设
考虑土体处于轴对称应力状态(们
=σ
，)
，建立模型时采用的变量和基本假设如下.
1
)以平均净应力
p
=
(叫
+2σ
，
)/3
-u.
、偏应力
q=
町
-σ3
和吸力
s
=u.-uw
表征应力状态的变化，
其中川和
h
分别为土体中的孔隙气压力和孔隙水压力;
2)
以比体积
v
= 1 +
e
和体应变
e~
::;
Bl
+
28)
表征体积变形，偏应变&，
=2(&\
-&，
)/3
表征剪切变形
3
3)
计算塑性应变时，以总塑性体积应变
de:
为塑性硬化参数，并采用相关联的流动法则;
收稿日期:
2009-09-08.
基金项目
国家自然科学基金资助项目
(50579002
)
作者简介:李
涛(1
960
一)
.男，云南昆明人，德国工学博士，副敬授.
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