瞿同明 冯云田 ,2) 王孟琦 赵婷婷 狄少丞

* (斯旺西大学辛克维奇工程计算中心,英国斯旺西 SA1 8EP)

† (太原理工大学机械与运载工程学院,太原 030024)

** (哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨 150001)

引言

颗粒材料广泛存在于各类自然环境和工程活动中,人类几乎所有的基础设施都建造于岩土材料这类典型的颗粒材料上,理解和预测此类材料在外载作用下的力学响应具有重要的意义.岩土材料通常由粒径不一,形状各异的矿物颗粒以及颗粒之间的空隙组成.颗粒间的互相滑动会引起不可恢复的塑性变形,因而,颗粒材料在剪切作用下极易发生体积收缩或膨胀(剪胀性或者剪缩性).在外载荷作用下,颗粒材料主要通过颗粒之间的接触力来传递和平衡外力,内部常常形成高度复杂的力链网络结构(非均匀性)[1].这种力链网络的稳定性来源于颗粒间的摩擦强度和形状引起的互锁效应,宏观上体现出颗粒材料的抗剪强度和刚度随着压应力的增加而增大(压硬性和摩擦性).除此以外,颗粒材料的力学响应还和应力路径,材料初始各向异性等因素相关[2-3].这些复杂的特性使得预测颗粒材料的应力−应变关系成为一个极具挑战的科学问题[4-7].

在过去几十年间,基于唯象假设建立应力−应变增量之间的解析关系一直是岩土等颗粒材料本构问题中最主流的研究方式,然而发展一个统一的应力−应变理论模型仍然存在许多困难.并且,许多现有的本构……