巖土塑性力學(xué)

①巖土的抗剪強度和剛度隨壓應(yīng)力的增大而增大，其抗剪強度不僅由粘結(jié)力產(chǎn)生，而且由內(nèi)摩擦角產(chǎn)生。②巖土為多相材料，在各相等壓作用下，巖土能產(chǎn)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(yīng)力作用下可產(chǎn)生塑性體積應(yīng)變，稱巖土的剪脹性。④由于巖體中存在軟弱結(jié)構(gòu)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(zhì)。

①巖土的抗剪強度和剛度隨壓應(yīng)力的增大而增大，其抗剪強度不僅由粘結(jié)力產(chǎn)生，而且由內(nèi)摩擦角產(chǎn)生。②巖土為多相材料，在各相等壓作用下，巖土能產(chǎn)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(yīng)力作用下可產(chǎn)生塑性體積應(yīng)變，稱巖土的剪脹性。④由于巖體中存在軟弱結(jié)構(gòu)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(zhì)。

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(jié)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(yīng)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(yīng)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(chǎn)生塑性體變，出現(xiàn)屈服。而金屬材料在

各向等壓作用下是不會產(chǎn)生塑性體變的。一般稱此為巖土的等壓屈服特性。

由于巖土是摩擦材料，巖土的體應(yīng)變還與剪應(yīng)力有關(guān)，即在剪應(yīng)力的作用下巖土?xí)�產(chǎn)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(xué)上表現(xiàn)為球張量與偏張量的交叉作用，即球應(yīng)力會產(chǎn)生剪變（負(fù)值），這也是壓硬性的一種表現(xiàn)；反之，剪應(yīng)力會產(chǎn)生體變。顯然，純塑性金屬材料是不具有這一特性的。基于巖土是摩擦材料，因而必須采用摩擦型屈服條件，并考慮體變與剪脹性。現(xiàn)代巖土塑性力學(xué)必須反映這些特點，顯示出巖土塑性的本色。

5.結(jié)論

（1）廣義塑性力學(xué)消除了經(jīng)典塑性力學(xué)中的傳統(tǒng)塑性勢假設(shè)、正交流動法則假設(shè)與不考慮應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)的假設(shè)，從固體力學(xué)原理直接導(dǎo)出了廣義塑性位勢理論。

（2）廣義塑性力學(xué)是基于分量塑性勢面與分量屈服面的理論，能反映應(yīng)力路徑轉(zhuǎn)折的影響，即應(yīng)力增量對塑性應(yīng)變增量的影響。

（3）廣義塑性力學(xué)中的塑性勢面是已知的，因而它不會產(chǎn)生當(dāng)前非關(guān)聯(lián)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(xué)中要求屈服面與塑性勢面對應(yīng)，而不要求相等，避免了采用正交流動法則引起過大剪脹等不合理現(xiàn)象。由于它對屈服面硬化參量的選定有嚴(yán)格的規(guī)定，保證了巖土材料在一定應(yīng)力路徑下求解的惟一性。

（5）廣義塑性力學(xué)中，按土性及其狀態(tài)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，并依據(jù)試驗首次提出了壓縮剪脹型土體的體積屈服面，可以科學(xué)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(xué)采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(yīng)的硬化參量。文中給出了廣義塑性力學(xué)的硬化定律和應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系。

（7）在應(yīng)力增量分解的基礎(chǔ)上，建立了考慮應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)的廣義塑性位勢理論，從而可求出應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)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(tài)參數(shù)，它與應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力歷史及材性等狀態(tài)量有關(guān)；同時也是試驗參數(shù)，只能由試驗給出。

（9）廣義塑性力學(xué)不僅可以作為巖土材料的建模理論，而且還可以應(yīng)用于諸如極限分析等土力學(xué)的諸多領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。