[发明专利]一种高周循环载荷下土体塑性累积模型

说明书

高周循环载荷下土体塑性累积模型应用于描述循环载荷作用下塑性应变增量的变化规律，塑性体应变作为硬化参数来描述塑性应变累积的大小。其特征在于：首先进行总应变分解，其次确定弹性应变、确定过应力函数，然后确定循环载荷作用过程中塑性应变累积的方向，最后，确定累积塑性应变。效果是：塑性累积行为精度提高0.3个百分点以上。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种高周循环载荷下土体塑性累积模型。用于模拟土体的塑性应变累积行为。

背景技术

经过数百万次循环载荷作用的土体存在明显的塑性变形累积。怎样建立合理的物理模型来计算和预测塑性变形累积越来越受到岩土工程领域技术人员的关注。边界本构模型虽然突破了传统弹塑性理论的限制，来描述并预测循环载荷下土体的动力学行为，但实际上受到循环次数的影响；用于描述高周循环载荷作用过程中长期累积行为的压密模型，其双硬化函数的表达式由试验拟合得到，没有明确的物理意义，难以准确确定；采用张量模式的循环压密模型必须结合滞洄模型来更新应变幅值的大小，很难在现有的有限元框架下独立使用，其应用受到限制。

发明内容

本发明的目的：基于临界状态土力学的观点，应用过应力函数描述循环载荷作用下塑性应变增量的变化规律，塑性体应变作为硬化参数来描述塑性应变累积的大小，达到提高塑性累积行为精度的目的。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

步骤1：总应变分解

在高周循环载荷作用过程中，塑性应变将不断地累积，总应变量ε_ij分解为可恢复的弹性应变和不可恢复的累积塑性应变。

(1)式中：ε_ij，总应变量，无量纲量；，可恢复的弹性应变，无量纲量；，不可恢复的累积塑性应变，无量纲量；S_ij，偏应力张量，无量纲量；N，循环载荷次数，次；

步骤2：确定弹性应变

(2)式中：，可恢复的弹性应变，无量纲量；n，模型参数；N，循环载荷次数，次；K_ref，参考体积模量；p_ref，参考静水压，通常取标准大气压，p_ref＝100kPa；σ_ij，土体中的有效Cauchy应力张量，无量纲量；G，剪切模量，无量纲量；S_ij，偏应力张量，无量纲量；e_ij，偏应变张量，无量纲量；

步骤3：确定过应力函数

(3)、(4)式中：，过应力函数；p^a，静水压力幅值，MPa；q^a，偏应力幅值，无量纲量；M，临界状态应力率；，塑性体应变累积，无量纲量；p^s，与塑性体应变累积有关的安定性应力水平，无量纲量；η^a，平均偏应力水平，无量纲量；e是一个无理数，约等于2.718281828；α，β，过应力函数参数；

步骤4：确定循环载荷作用过程中塑性应变累积的方向

(5)式中：m_ij，循环载荷作用过程中塑性应变累积的方向；p^av，平均静水压力，MPa，q^a，偏应力幅值，无量纲量；M，临界状态应力率；δ_ij，Kronecker符号，i＝j时，δ_ij＝1；i≠j时，δ_ij＝0；，平均偏应力张量，无量纲量；，平均偏应变张量，无量纲量；e是一个无理数，约等于2.718281828；

步骤5：累积塑性应变的确定