摘要: 随着我国高速公路以及高速铁路逐步向多丘多山的中西部地区快速推进，高填方路堤大量涌现。因此有效计算和预测高填方路堤的施工和工后沉降仍是道路建设领域的重要课题。高填方路堤中的土体经过分层压实积累了很高的应力历史，成为重超固结土，在低围... 展开 随着我国高速公路以及高速铁路逐步向多丘多山的中西部地区快速推进，高填方路堤大量涌现。因此有效计算和预测高填方路堤的施工和工后沉降仍是道路建设领域的重要课题。高填方路堤中的土体经过分层压实积累了很高的应力历史，成为重超固结土，在低围压的剪切荷载作用下往往呈剪胀应变软化的变形特征，其力学性质变得非常复杂。为此，本文从建立能够反映超固结土体流变特性的率相关三维弹粘塑性本构模型入手，主要开展以下研究工作： （1）采用基于 Hvorslev 面的超固结状态参数演化函数，改进 Hashiguchi 提出的下负荷屈服面剑桥模型，并以改进的下负荷屈服面作为参考屈服面，按相对过应力理论，建立了能反映超固结土剪胀、应变软化、应力历史以及时间相依特征的弹粘塑性本构模型。新本构模型超固结状态参数可由三轴剪切实验获得，相比Nakai 模型和Asaoka模型拟合方法确定相关参数，新模型物理意义更明确；引入了两个能通过不同应变速率三轴压缩率敏性实验测定的过应力系数m＇和率敏性系数c0 ，并结合法国坝基土和香港海相超固结土的三轴率敏性试验数据，给出了m＇和c0的测定方法。 （2）利用大型有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT接口，编写了超固结土弹粘塑性本构模型的应力积分算法，采用粘塑性偏应变增量△εvpd为迭代变量，利用牛顿下山法对动态屈服准则函数进行求解；并通过法国坝基土和日本 Fujinomori 超固结粘土两种土体的三轴率敏性试验数据检验了应力积分算法的可靠性。 （3）结合压实土室内三轴试验，按总应力法暂不考虑基质吸力的影响，采用本文新提出的超固结土弹粘塑性本构模型正确表征了非饱和压实土的剪胀软化以及时间相依变形特征，模型预测结果与试验结果吻合良好。 （4）以湖南省长沙市湘江新区智能驾驶测试区K1+430~K1+620高填方路堤工程段为研究背景。采用本文新提出的弹粘塑性本构模型，结合现场地勘资料及场地岩土层力学参数指标，确定了本构模型的材料参数。利用ABAQUS软件“单元生死”技术准确模拟了高填方路堤的分层填筑过程。分析表明新本构模型计算结果较摩尔-库仑模型与沉降监测结果更接近，首次给出了高填方路堤超固结压实土的超固结比演化以及粘塑性体变分布规律，并能预测高填方路堤工后十年的沉降变形在7.9cm左右，满足路堤工后沉降控制要求。 收起