巖土塑性力學教學課件

巖土塑性力學

①巖土的抗剪強度和剛度隨壓應力的增大而增大，其抗剪強度不僅由粘結力產生，而且由內摩擦角產生。②巖土為多相材料，在各相等壓作用下，巖土能產生塑性體積變化，稱巖土的等壓屈服特性。③巖土材料在剪應力作用下可產生塑性體積應變，稱巖土的剪脹性。④由於巖體中存在軟弱結構面和夾層，而抗拉和抗壓強度明顯不同，因而具有較強的各向異性性質。

①巖土的抗剪強度和剛度隨壓應力的增大而增大，其抗剪強度不僅由粘結力產生，而且由內摩擦角產生。②巖土為多相材料，在各相等壓作用下，巖土能產生塑性體積變化，稱巖土的等壓屈服特性。③巖土材料在剪應力作用下可產生塑性體積應變，稱巖土的剪脹性。④由於巖體中存在軟弱結構面和夾層，而抗拉和抗壓強度明顯不同，因而具有較強的各向異性性質。

　2.1 巖土類材料的特點

巖土類材料是由顆粒材料堆積或膠結而成，屬摩擦型材料。摩擦材料的特點是抗剪強度中含有摩擦力項，它的`抗剪強度隨壓應力的增大而增大，因而巖土材料的屈服條件與金屬材料明顯不同。我們稱此為巖土的壓硬性，即隨壓應力的增大巖土的抗剪強度與剛度增大。 巖土為多相材料，巖土顆粒間有孔隙，因而在各向等壓作用下，巖土顆粒中的水、氣排出，就能產生塑性體變，出現屈服。而金屬材料在

各向等壓作用下是不會產生塑性體變的。一般稱此為巖土的等壓屈服特性。

由於巖土是摩擦材料，巖土的體應變還與剪應力有關，即在剪應力的作用下巖土會產生塑性體變（剪脹或剪縮），一般稱為巖土

的剪脹性（含剪縮）。這在力學上表現為球張量與偏張量的交叉作用，即球應力會產生剪變（負值），這也是壓硬性的一種表現；反之，剪應力會產生體變。顯然，純塑性金屬材料是不具有這一特性的。基於巖土是摩擦材料，因而必須採用摩擦型屈服條件，並考慮體變與剪脹性。現代巖土塑性力學必須反映這些特點，顯示出巖土塑性的本色。

　5.結論

（1）廣義塑性力學消除了經典塑性力學中的傳統塑性勢假設、正交流動法則假設與不考慮應力主軸旋轉的假設，從固體力學原理直接導出了廣義塑性位勢理論。

（2）廣義塑性力學是基於分量塑性勢面與分量屈服面的理論，能反映應力路徑轉折的影響，即應力增量對塑性應變增量的影響。

（3）廣義塑性力學中的塑性勢面是已知的，因而它不會產生當前非關聯流動法則中任意假定塑性勢面引起的誤差。

（4）廣義塑性力學中要求屈服面與塑性勢面對應，而不要求相等，避免了採用正交流動法則引起過大剪脹等不合理現象。由於它對屈服面硬化參量的選定有嚴格的規定，保證了巖土材料在一定應力路徑下求解的惟一性。

（5）廣義塑性力學中，按土性及其狀態不同，體積屈服面可分為壓縮型、硬化壓縮剪脹型與軟化壓縮剪脹型三類，並依據試驗首次提出了壓縮剪脹型土體的體積屈服面，可以科學地考慮土體的壓縮與剪脹。剪切屈服面分為方向的剪切屈服面，一般情況下可略去

方向的剪切屈服面而只考慮剪切屈服面。

（6）廣義塑性力學採用分量塑性勢面與分量屈服面，各屈服面都有各自與塑性勢面相應的硬化參量。文中給出了廣義塑性力學的硬化定律和應力—應變關係。

（7）在應力增量分解的基礎上，建立了考慮應力主軸旋轉的廣義塑性位勢理論，從而可求出應力主軸旋轉產生的塑性變形。

（8）通過分析屈服面的物理意義，表明屈服條件是狀態參數，它與應力狀態、應力歷史及材性等狀態量有關；同時也是試驗參數，只能由試驗給出。

（9）廣義塑性力學不僅可以作為巖土材料的建模理論，而且還可以應用於諸如極限分析等土力學的諸多領域，具有廣闊的應用前景。