结构性黄土损伤和应变局部化耦合研究

应变局部化和塑性失稳现象在岩土材料的破坏中起着重要的作用，正确模拟和预测应变局部化现象对边坡、地下开挖、基础以及挡土墙等岩土工程的稳定性至关重要。黄土作为一种特殊土，由于其结构性较强，存在着应变局部化现象，并且近年来随着西部大开发，越来越多的工程涉及到黄土地区，因此研究黄土的强度特性就尤为必要。有鉴于此，本项目在试验研究的基础上，分析黄土的强度变形特性、水敏感性以及结构性；改进和验证强度准则。运用扰动状态的概念，分析黄土渐进损伤演化过程，确定黄土的损伤扰动函数，结合统一强度理论，建立饱和结构性黄土三维损伤模型。在此基础上，分析黄土强度和结构性对水敏感程度，确定非饱和黄土的结构性损伤扰动函数；改进双剪统一强度理论；进而建立非饱和黄土的三维结构性损伤本构模型。在所建立模型的基础上，考虑黄土渐进损伤过程，引入损伤扰动因子，确定产生应变局部化的条件，并采用试验对其进行验证。

随着基础设施建设的快速发展，大型工程不断增多，由此引发的工程事故也不断增加。尤其是近几年由于全球气候变暖，极端恶劣天气不断出现，暴雨和地震频发，导致边坡失稳、地下工程坍塌及泥石流等自然灾害频发。正确掌握灾害事故发生的机理是解决这些问题的关键，剪切带和塑性失稳现象在岩土材料的破坏中起着重要的作用，正确模拟和预测应变局部化现象对边坡、地下开挖、基础以及挡土墙等岩土工程的稳定性至关重要。有鉴于此，本项目在试验研究的基础上，分析黄土的强度变形特性、水敏感性以及结构性；分析黄土破坏机理及影响强度特性的主要因素，研究土体在加载过程中土体强度变形发展规律和趋势，改进和验证强度准则。针对双剪统一强度理论，结合数值方法，对该强度进行了有限差分法的二次开发，并嵌入FLAC程序中，结合理论解析解对强度理论进行验证分析。运用弹塑性理论及损伤力学理论念，分析土渐进损伤演化过程，分别建立了土体的相对完整状态模型和完全破碎状态模型，借助扰动状态的概念，确定土的损伤扰动函数，从而建立饱和结构性黄土三维损伤模型。在此基础上，分析土体强度和结构性对水敏感程度，确定非饱和土的结构性损伤扰动函数；进而建立非饱和土的三维结构性损伤本构模型。针对土体的结构性特点，分析了土体在加载过程中强度发挥的特点，采用弹塑性理论和统一强度理论，确定了土体的硬化函数，采用非相关联流动法则建立了土体的结构性塑性本构模型。结合损伤力学和概率论，确定了土体破坏过程特性，确定损伤变量，进而建立了土体的损伤模型损伤。在所建立模型的基础上，考虑结构性土体在破坏过程中变形的局部化现象，确定土体变形过程中应变相容条件，确定了土体的应变局部化模量，根据土体的本构模型，确定了产生应变局部化的条件。在分析土体的强度变形特性的基础上，研究黄土边坡和地下开挖工程的稳定性进行分析和研究。以期研究成果对黄土地区的工程建设具有一定的指导意义