基于综合结构势概念的Q2原状黄土结构性本构关系研究

随着西部大开发战略的实施，西部地区的建设工程中经常遇到黄土工程。经调查统计，这些黄土工程主要穿越中更新世Q2黄土地层，而Q2黄土是一种强结构性土。基于综合结构势理论，采用非饱和土试验方法对Q2黄土的原状样、重塑样进行不同含水量、不同围压条件下的非饱和土三轴试验，并在分析前人研究成果的基础上，提出可反映球应力、偏应力和基质吸力共同作用对土结构性影响的结构性参数m，揭示 Q2原状黄土结构性的变化机理以及结构性参数m的变化规律。在此基础上，通过研究Q2原状黄土压缩特性与结构性、强度参数与结构性参数、强度破坏面与结构性等之间的关系，提出结构性土的强度准则，并将结构性参数m引入修正剑桥模型中，推导出Q2原状黄土的结构性弹塑性本构模型，对揭示黄土工程问题发生的内在机理具有重大的意义，为西部地区黄土工程设计与施工、数值仿真研究提供有力的理论基础，也将促进土的结构性理论和现代土力学的发展。

在国内外学者研究的基础上，基于综合结构势理论采用非饱和土试验方法对原状第四系中更新世黄土结构力学特性、结构性参数定义、屈服准则及弹塑性本构模型进行深入系统研究。其主要成果如下：.①通过利用德国BEVKER-axs公司生产的D8ADVANCE型X射线衍射仪对原状第四纪中更新世黄土进行扫描得出原状第四纪中更新世黄土矿物成分主要以石英、钠长石为主。通过对原状第四纪中更新世黄土进行室内试验获得其物理力学参数。.②在三轴试验的基础上，得到了原状、重塑第四纪中更新世黄土的基质吸力随含水率和围压变化的变化规律，在同一围压下，其基质吸力随着含水率的减小而增加，含水率越小，基质吸力就越大。.③在三轴试验的基础上，得到原状、重塑第四纪中更新世黄土的偏应力随含水率和围压变化的变化规律。原状黄土试件从加载直至破坏需经历四个阶段：1）压密阶段；2）压缩阶段；3）微裂缝开展阶段；4）剪切破坏阶段，在低含水率和低围压下呈脆性破坏型（弱软化）。重塑黄土试件呈塑性破坏型（硬化）。通过摩尔—库伦破坏准则求取了相关强度指标，建立原状、重塑第四纪中更新世黄土抗剪强度表达式。.④在试验的基础上，提出了可反映球应力、偏应力和基质吸力对土结构性共同作用影响下的结构性参数，揭示了原状第四纪中更新世黄土结构性的变化机理，解释了结构性参数的变化规律。在此基础上，通过三轴剪切试验来研究了原状第四纪中更新世黄土强度参数与结构性参数等之间的关系。.⑤利用试验数据分别找出了结构性参数与粘聚力和摩擦角的关系，拟合出相应的方程，并对其线性关系进行检验。结合拟合关于结构性参数与粘聚力和摩擦角的方程，推导建立了考虑结构性参数的黄土的屈服面方程，此方程能够考虑结构性的影响。.⑥在原有剑桥模型的研究基础上，把考虑球应力、偏应力和基质吸力对土共同作用影响的应力比结构性参数引入原状第四纪中更新世黄土的本构模型中，从而推导出Q2原状黄土的结构性本构模型，并进行模型预测和检验。