摘要: 剑桥模型代表着现代土力学的开端，它能重现正常固结土以及弱超固结土的压硬性和剪胀性，由此形成的临界状态土力学成为土体本构理论研究的重要分支。然而剑桥模型存在不能表征土体各向异性等缺陷，如不能同时预测土体三轴压缩和三轴拉伸试验现象，即... 展开 剑桥模型代表着现代土力学的开端，它能重现正常固结土以及弱超固结土的压硬性和剪胀性，由此形成的临界状态土力学成为土体本构理论研究的重要分支。然而剑桥模型存在不能表征土体各向异性等缺陷，如不能同时预测土体三轴压缩和三轴拉伸试验现象，即剑桥模型的屈服破坏轨迹在π平面上显示为圆，不符合土体实际破坏准则，无法考虑中主应力对其力学行为的影响。为了克服剑桥模型的缺陷，本文提出在原始剑桥模型的基础上，引入洛德角?和统一屈服准则来考虑中主应力的影响，并通过增加超固结参数与结构性参数，逐步将模型扩展适用于超固结土和结构性土。本文的主要工作和研究结论如下： （1）利用有限元软件ABAQUS的二次开发功能，开展了等平均有效应力三轴压缩和拉伸数值试验。采用户子程序URDFIL提取单元应力和应变信息，子程序DLOAD根据所需的应力路径控制载荷，并通过实用子程序POSFIL和DBFILE实现用户子程序之间的数据交换。结果表明：利用本文提出的方法能观测任意弹塑性本构模型在π平面上的屈服轨迹，且能预测该模型在到达π平面上屈服点的应力-应变过程。 （2）根据土体统一强度准则理论，构建了形状函数g(θ)，解决了形状函数的外凸性问题，并将其引入原始剑桥模型中，修正模型中的M值为Mf/g(θ)，从而使新剑桥模型能考虑中主应力对土体力学行为的影响，且新本构模型包含了Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、Lade-Duncan和Matsuoka-Nakai四种屈服破坏准则，能同时模拟正常固结土三轴压缩和三轴拉伸以及真三轴试验现象。最后利用UMAT子程序，以塑性偏应变增量dp??为迭代变量，开发了新模型的应力积分算法，成功将新模型嵌入到ABAQUS。 （3）采用能考虑中主应力影响的新剑桥模型建立方法，结合下负荷面以及上下负荷面模型的特点，分别构建了能考虑中主应力影响的新下负荷面和新上下负荷面模型，给出了两个模型的弹塑性刚度矩阵，开发了两个模型的UMAT子程序。结果表明：新模型能有效预测超固结土和结构性土三轴压缩、三轴拉伸以及真三轴试验现象，能表征土体的超固结剪胀软化、结构解构软化以及中主应力诱导各向异性，且新模型的应力积分算法稳定，每个增量步的迭代次数少、迭代误差小，算法的计算效率高。 收起