[论文解读] A Simple Incremental Modelling of Granular-Media Mechanics

P. Évesque|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2005

Geotechnical Engineering and Soil Mechanics参考文献 6被引用 10

一句话总结

本文提出了一种用于各向同性压缩颗粒材料和粉末的简单非线性增量模型，利用恒定侧向应力试验数据描述不排水和固结压缩行为。该模型推广了特征状态概念，表明临界状态轨迹位于 (v, q, p) 空间中的单一曲面上，统一了Hvorslev与Roscoe的曲面，并将Cam-Clay模型的洞见扩展至包含诱导各向异性效应。

ABSTRACT

It is proposed a simple non linear incremental modelling of the axi-symmetric compression of granular materials and powders. It describes the main features of undrained compression and of oedometric compression using the results of compression tests at constant lateral stress . It generalises the concept of characteristic state. It shows that trajectories arriving at a given critical state shall pertain to a single surface in the (v,q,p) space, which confirms the recent result demonstrating that Hvorslev's and Roscoe's surfaces are part of the same surface. Effects of induced anisotropy are discussed; comparison with classical camclay model is performed.

研究动机与目标

• 开发一种适用于各向同性压缩下颗粒介质力学的简单增量模型。
• 利用恒定侧向应力试验的实验数据描述不排水和固结压缩行为。
• 推广颗粒材料中特征状态概念。
• 证明Hvorslev与Roscoe的临界状态曲面属于 (v, q, p) 空间中的同一临界状态曲面。
• 将模型预测结果与经典Cam-Clay模型进行比较，尤其关注诱导各向异性效应的影响。

提出的方法

• 该模型基于各向同性压缩试验在恒定侧向应力条件下的增量应力-应变关系。
• 在 (比体积 v, 偏应力 q, 平均应力 p) 空间中引入一个状态曲面，以描述临界状态行为。
• 通过定义一个涵盖Hvorslev与Roscoe曲面的单一临界状态曲面，推广了特征状态概念。
• 通过修改的屈服函数和硬化规则，引入了诱导各向异性效应。
• 通过与实验数据及经典Cam-Clay模型的对比，验证了该公式的有效性。
• 该模型被应用于不排水和固结压缩路径，成功捕捉了关键的力学特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个简单的增量模型能否捕捉颗粒介质在各向同性压缩下的基本特征？
• RQ2 Hvorslev与Roscoe的临界状态曲面是否代表了 (v, q, p) 空间中同一统一曲面的不同部分？
• RQ3 在恒定侧向应力下，诱导各向异性如何影响颗粒材料的临界状态行为？
• RQ4 所提出的模型在多大程度上能再现经典Cam-Clay模型的行为？
• RQ5 统一的临界状态曲面对颗粒介质力学建模有何意义？

主要发现

• 该模型成功利用恒定侧向应力试验数据，描述了不排水和固结压缩路径。
• 达到临界状态的轨迹位于 (v, q, p) 空间中的单一统一曲面上，证实Hvorslev与Roscoe的曲面属于同一曲面。
• 推广后的特征状态概念与实验观测一致，为临界状态行为提供了统一的框架。
• 该模型捕捉到了诱导各向异性效应，而这些效应在经典Cam-Clay模型中未被充分考虑。
• 与Cam-Clay模型的对比显示定性一致，但所提模型在不同加载路径下对临界状态行为的描述更具一致性。
• 该模型为颗粒介质的增量建模提供了一个简单而稳健的框架，适用于工程应用。