基于摩爾庫侖準則的膨脹土彈塑性本構模型及其數值實現

李朝陽　謝強　康景文　趙夢怡　郭永春

摘要：

膨脹土的應力應變關系與含水量的變化有關，通過室內試驗對膨脹土的變形、強度以及膨脹參數與含水量之間的關系進行研究，以濕度應力場理論為基礎，提出了一個具有工程實用價值的基于摩爾庫侖準則的膨脹土彈塑性本構模型。依據FLAC3D數值模擬軟件所提供的二次開發程序，給出了該膨脹土彈塑性本構模型二次開發程序過程的基本原理以及模型的程序框圖。結合滲流軟件計算的濕度場分布，進行膨脹土基坑邊坡實例驗算，驗證了該本構模型的正確性。

關鍵詞：

含水量；室內試驗；濕度應力場；本構模型；二次開發

中圖分類號：TU47

文獻標志碼：A文章編號：16744764（2017）02009208

Abstract：

The stressstrain relationship for expansive soil is associated with water content changing. Through the laboratory test of the relationship between the deformation， strength， expansion parameters of the expansive soil and the water content， a expansive soil elasticplastic constitutive model based on Mohr Coulomb criterion which has engineering practical value is proposed according to the humidity stress field theory. In accordance with fundamental coderunprinciple of FLAC3D software， the basic principle of the secondary development program and detailed analysis combined with the expansive soil elasticplastic constitutive model are proposed. The correctness of the expansive soil constitutive model is verified through the demonstration calculation of an expansive soil slope， combined with the water content field calculated by Seepage software.

Keywords：

water content； laboratory test； humidity stress field theory； constitutive model； secondary development

膨脹土與水作用后會產生一系列的物理化學反應，引起膨脹土的膨脹效應和力學性能的改變[1]，在實際工程中，常見到如基坑邊坡膨脹土吸水膨脹而失穩、建筑物地基不均勻脹縮變形造成開裂等。因此，從理論和工程實踐上解決膨脹土的工程災害研究具有重大的工程意義。

非飽和膨脹土本構模型的研究起步于20世紀90年代，孫德安等[2]和李艦[3]在文獻中回顧了非飽和膨脹土本構模型研究的發展歷程： 1990年Alonso等[45]提出非飽和土的經典彈塑性模型（BBM），給出了非飽和土本構關系的基本理論框架。隨后Gens等 [6]和Alonso等[7] 基于BBM提出了適用于膨脹性非飽和土的雙尺度本構模型，并且將其稱為BExM。盧再華等[8]、曹雪山等[9]和Sanchez等[10]對本構模型進行了分析和改進。同時，Hoffmann等[11]、Alonso等[12]和Gens等[13]將雙尺度本構模型應用于解決膨脹性非飽和土的變形和滲流耦合的問題。……