考虑物态变化的粗粒土亚塑性本构模型
《土体本构模型》课件
06
土体本构模型的未来发展
考虑土体的非线性特性
非线性弹性模型
随着应力的增加，土体的弹性模量逐 渐减小，表现出非线性特性。未来本 构模型应考虑这种非线性行为，以更 准确地描述土体的力学性能。
非线性塑性模型
塑性变形是土体的一个重要特性，未 来本构模型应考虑塑性变形的非线性 行为，包括剪胀性、剪缩性和各向异 性等。
湿度影响
湿度变化会影响土体的力学性能，如湿胀干缩。未来本构模型应考虑湿度对土体 变形和强度的影响。
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02 砂土
由中、小颗粒的砂粒组成，具有较好的透水性和 稳定性。
03 粘性土
由细小的粘粒和粉粒组成，具有较高的粘聚力和 可塑性。
土的工程性质
压缩性
土在压力作用下体积缩小 的性质，与土的含水率和 孔隙比有关。
抗剪强度
土抵抗剪切破坏的能力， 与土的内摩擦角和粘聚力 有关。
渗透性
土中水分通过孔隙流动的 性质，与土的颗粒大小和 排列有关。
02
土体的基本性质
土的组成
01 矿物质颗粒
土由固体矿物质颗粒组成，其大小、形状和矿物 成分对土的性质有重要影响。
02 水
土中含有的水分对土的力学性质和工程稳定性具 有重要影响。
03 气体
土中存在的气体对土的压缩性和渗透性有一定影 响。
土的分类
01 砾石土
由大颗粒的砾石、卵石等组成，具有较高的承载 力和稳定性。
根据土的工程性质选择合适的本构模型
弹性模型
适用于土的应力-应变关系近似呈线性关系的情况 。
塑性模型
适用于土的应力-应变关系呈非线性关系的情况。
根据实际应用情况选择合适的本构模型
土的本构模型
d vp q M p d dp
d vp M 2 q p 2q p d dp
球应力张量与偏应力张量
土的本构关系
2 应力和应变 – 应力
z
C 等倾面
3 2
z
B x
1
A
y
x y
应力主轴坐标系
八面体面
土的本构关系
2 应力和应变 – 应力
z
C 2 oct 1 oct A y 3 平均主应力 广义剪应力
对八面体面ABC，作用在该面上的 正应力和剪应力分别称为八面体正 应力oct 和八面体剪应力oct：
土的本构关系
土的本构关系
1 概述
土的本构关系 Constitutive relationship 土的本构定律 Constitutive law 土的本构方程 Constitutive equation 土的数学模型 Mathematical model
是反映土的力学性状的数学表达式， 表示形式一般为应力—应变—强度— 时间的关系
• 土体处于极限平衡状态 • 滑动块体间力的平衡 • 刚体+理想塑性计算安全系数
现代土力 学分析方法
应力变形的 综合分析
计算机数值模拟计算 • 土体的本构模型 • 数值计算方法：有限元等 • 应力变形稳定的综合分析
模型试验：如离心机模型试验
本构关系与土力学分析方法
土的本构关系
2 应力和应变 – 应力
1.5 1.4 1.3
p0 , e0
a
e
1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1
p0 , e0
b
e
1.2 1.1 1 100 300 500 p/kPa 700 900
常用土体本构模型及其特点 小结
常用土体本构模型及其特点小结------- 山中一草线弹性模型线弹性模型遵从虎克定律，只有2个参数，即弹性模量E和泊松比v，它是最简单的应力-应变关系，但无法描述土的很多特征，主要应用于早期的有限元分析及解析方法中，可用来近似模拟较硬的材料如岩土。
Duncan-Chang（DC）模型DC模型是一种非线性弹性模型，它用双曲线来模拟土的三轴排水试验的应力-应变关系（图1）。
它侧重于刻画土体应力-应变曲线非线性的简单特征，通过弹性参数的调整来近似地考虑土体的塑性变形。
但所用的理论仍然是弹性理论而没有涉及到任何塑性理论，故仍不能反映如应力路径对变形的影响、土体的剪胀特性和球应力对剪应变的影响等土体的很多重要性质。
由于DC模型是在为常数的常规三轴试验基础上提出的，比较适用于围压不变或变化不大、轴压增大的情况，如模拟土石坝和路堤的填筑。
Mohr-Coulomb（MC）模型MC模型是一种弹-理想塑性模型，它综合了胡克定律和Coulomb破坏准则。
有5个参数，即控制弹性行为的2个参数：弹性模量E和泊松比v及控制塑性行为的3个参数：有效黏聚力c、有效内摩擦角和剪胀角。
MC模型采用了弹塑性理论，能较好地描述土体的破坏行为但却认为土体在达到抗剪强度之前的应力-应变关系符合胡克定律，因而并不能较好地描述土体在破坏之前的变形行为，且不能考虑应力历史的影响及区分加荷和卸荷。
故MC模型能较好地模拟土体的强度问题，MC模型的六凌锥形屈服面（图2）与土样真三轴试验的应力组合形成的屈服面吻合得较好，因此MC模型适合于低坝、边坡等稳定性问题的分析。
Drucker -Prager（DP）模型DP模型对MC模型的屈服面函数作了适当的修改，采用圆锥形屈服面（图3）来代替MC模型的六凌锥屈服面，易于程序的编制和进行数值计算。
它存在与MC模型同样地缺点，相对而言，在模拟岩土材料时，MC 模型较DP模型更加适合。
修正剑桥模型（MCC）MCC模型为等向硬化的弹塑性模型，它修正了剑桥模型的弹头形屈服面，采用帽子屈服面（椭圆形）（图4），以塑性体应变为硬化参数，能较好地描述黏性土在破坏之前的非线性和依赖于应力水平或应力路径的变形行为，MCC模型从理论上和试验上都较好地阐明了土体的弹塑性变形特征，是应用最为广泛的软土本构模型之一。
土力学河海课后习题答案
⼟⼒学河海课后习题答案⼟⼒学课后习题与答案第⼀章思考题11-1 什么叫⼟⼟是怎样形成的粗粒⼟和细粒⼟的组成有何不同1-2 什么叫残积⼟什么叫运积⼟他们各有什么特征1-3 何谓⼟的级配⼟的粒径分布曲线是怎样绘制的为什么粒径分布曲线⽤半对数坐标1-4 何谓⼟的结构⼟的结构有哪⼏种类型它们各有什么特征1-5 ⼟的粒径分布曲线的特征可以⽤哪两个系数来表⽰它们定义⼜如何1-6 如何利⽤⼟的粒径分布曲线来判断⼟的级配的好坏1-7 什么是吸着⽔具有哪些特征1-8 什么叫⾃由⽔⾃由⽔可以分为哪两种1-9 什么叫重⼒⽔它有哪些特征1-10 ⼟中的⽓体以哪⼏种形式存在它们对⼟的⼯程性质有何影响1-11 什么叫的物理性质指标是怎样定义的其中哪三个是基本指标1-12 什么叫砂⼟的相对密实度有何⽤途1-13 何谓粘性⼟的稠度粘性⼟随着含⽔率的不同可分为⼏种状态各有何特性1-14 何谓塑性指数和液性指数有何⽤途1-15 何谓⼟的压实性⼟压实的⽬的是什么1-16 ⼟的压实性与哪些因素有关何谓⼟的最⼤⼲密度和最优含⽔率1-17 ⼟的⼯程分类的⽬的是什么1-18 什么是粗粒⼟什么叫细粒⼟习题11-1有A 、B 两个图样，通过室内实验测得其粒径与⼩于该粒径的⼟粒质量如下表所⽰，试绘出它们的粒径分布曲线并求出u C 和c C 值。
⽐重为，求试样的含⽔率、孔隙⽐、孔隙率、饱和密度、浮密度、⼲密度及其相应的重度。
1-3 某⼟样的含⽔率为%密度为 3g/cm ，⼟粒⽐重为，若设孔隙⽐不变，为使⼟样完全饱和，问100 3cm ⼟样中应该加多少⽔1-4 有⼟料1000g,它的含⽔率为%，若使它的含⽔率增加到%，问需要加多少⽔1-5 有⼀砂⼟层，测得其天然密度为3g/cm ，天然含⽔率为%，⼟的⽐重为，烘⼲后测得最⼩孔隙⽐为，最⼤孔隙⽐为，试求天然孔隙⽐e 、饱和含⽔率和相对密实度D ，并判别该砂⼟层处于何种密实状态。
1-6 今有两种⼟，其性质指标如下表所⽰。
论文范文：粗粒土力学特征与本构模型探究
论文范文：粗粒土力学特征与本构模型探究第一章绪论1.1引言从不同的角度出发,很多学者给出了粗粒土的定义,较常用的粗粒土定义为:粒径0.075inm?60mm的颗粒含量(质量比)大于50%的土石混合料⑴。
通常认为,粗粒土的特性研究是建立在细粒土的特性研究基础之上的[2]。
细粒土粒径分布范围较窄,颗粒细小,相同质量或体积内颗粒数量多,比表面积大,亲水性强,水对其工程特性影响较大;而粗粒土粒径分布范围宽,粒径大,亲水性较弱,颗粒组成是决定其工程性质的主要原因,且粗粒土较低围压下也会因剪应力作用和压实而产生破碎现象。
粗、细颗粒土不同的性质使得我们不能将二者同等对待。
作为一种填料,粗粒土具有压实性能好、承载力高、抗剪强度高、填筑密度大、透水性强、沉陷变形小、地震荷载作用下不易产生液化等非常优良的工程特性,已在高速铁路路基、高层建筑物地基、大型水利水电工程中高土石规工程、海港护岸抛石工程、人工筑岛等工程中得到广泛应用。
随着粗粒土的应用越来越广泛,对其工程特性的研究也越来越深入。
自上世纪40年代以来,各国学者开始从仪器设备、试验材料、模拟方法、强度和变形特性、渗透及渗透稳定性、试验资料的整理分析、尺寸效应等方面对粗粒土的工程性质进行了系统性的研究。
尤其是二十世纪60年代以来,各国学者研制了一系列的可用于粗粒土的试验仪器,例如大型三轴剪切仪、大型管涌渗透仪、大型击实仪、大型直剪仪、大型振动密实仪等[3],对粗粒土抗剪切强度特性、渗透特性、压实特性等特性进行了深入分析,提出了很多在工程建设当中具有较好实用价值成果,发挥了重要作用。
但目前一些土力学专著和教科书多是以细粒土为主要研究对象,即使涉及粗粒土的内容,也多限于砂土;虽然也有少量关于粗粒土的著作,且对粗粒土的研究己取得了较大的成就,但还存在诸多难点。
对于粗粒土研究这门学科而言,仍然缺乏全面、系统的论述专著。
对粗粒土的力学特性而言,由于粗粒土粒径范围广,排列方式复杂、存在颗粒破碎效应及剪胀效应,从本质上说是不连续的,其力学性质极其复杂。
浅议土体常用本构模型
浅议土体常用本构模型作者：陈磊来源：《农家科技中旬刊》2017年第07期摘要：土力学发展近百年，发展出了很多本构模型，本文介绍了常见的几种，对其适用范围也进行了介绍。
关键词：线弹性模型邓肯；张模型摩尔；库仑模型；Drucker-Prager模型利用计算机数值模拟土体特性存在两个关键点：一是参数的选取，土层参数选取对结果影响很大；二是土体本构模型的选取，从太沙基于1925年出版世界上第一本《土力学》以来，土力学经过了89年的发展，前前后后提出了几百种土体的本构模型，但这些模型只能反映一种或几种土体特性，有一定的局限性，所以在数值模拟阶段，根据工程实际情况，合理的选取土体本构模型，就成了工程人员一个必备的素质。
本章通过对几种主流且应用广泛的土体本构模型进行介绍，为后文基坑开挖数值模拟打下基础。
1.线弹性模型线弹性模型是一种最基本、最简单的力学模型，其应力-应变在加载和卸载时均呈线性相关，卸载后无残余应变，服从广义虎克定律。
其利用两个材料常数即应力E 和应变v就能描述其本构关系。
用张量可以表示线弹性模型的应力-应变关系。
该模型是早期的本构模型，既不能反映土体的非线性及应力路径，又不能反映塑性变形、剪胀或剪缩等，所以现在基本没人使用。
2.邓肯-张模型1963年康纳（Kondner）根据大量土体的三轴试验的应力应变关系曲线，提出的可以用双曲线拟合出一般土的（）- 双曲线。
邓肯（Duncan）等人根据这一双曲线应力应变关系提出了一种目前被广泛应用的增量弹性模型，即邓肯-张（Duncan-Zhang）模型，简称D-C模型。
该模型能反映土体应力-应变的非线性，模型参数只有8个，且物理意义明确，易于掌握，并可通过静三轴试验全部确定，便于在数值计算中应用，因此得到了广泛运用。
但D-C模型也有其弱點，它是以广义虎克定律为基础，是一种弹性非线性模型所用的理论，所以仍然是弹性理论而没有涉及到任何塑性理论，土体的剪胀特性、软化、各向异性均不能反映。
土的弹塑性模型
土的弹塑性模型近年来，根据弹塑性理论建立的土的弹塑性模型发展很快，各国学者提出的弹塑性本构模型很多。
下面几节分别介绍剑桥模型，修正剑桥模型，Lade-Duncan 模型，以及清华模型的基本概念。
一．剑桥模型英国剑桥大学Roscoc 和他的同事（1958 ~ 1963 ）在正常固结粘土和超固结粘土试样的排水和不排水三轴试验的基础上，发展了Rendulic （1937）提出的饱和粘土有效应力和孔隙比成唯一关系的概念，提出完全状态边界面的思想。
他们假定土体是加工硬化材料，服从相关联流动规则，根据能量方程，建立剑桥模型。
剑桥模型从理论上阐明了土体弹塑性的变形特性，标志着土的本构理论发展新阶段的开始。
1.临界状态线和Roscoe 面各向等压固结过程中，孔隙比e 或比容()1e υυ=+与有效应力的关系可用下式表示： ln N p υλ'=- （1） 式中 N —— 当 1.0p '=时的比容。
因此exp N p υλ-⎛⎫'= ⎪⎝⎭（2）（a ）,p q ''平面（b ）,ln p υ'平面图1 临界状态线正常固结粘土排水和不排水三轴试验表明：它们有条共同的破坏轨迹，与排水条件无关。
破坏轨迹在,p q ''平面上是一条过原点的直线，在,ln p υ'平面上也是直线，目与正常固结线平行，分别如图（a ）和（b 〕 所示。
破坏轨迹线可用下式表示：cs csq Mp '= （3）ln cs csp υλ'=Γ- （4） 式中 CS ——表示临界状态；M——,p q''平面上临界状态线斜率；Γ—— 1.0p'=时土体的比容；csυ'平面上临界状态线斜率。
λ——,ln p一旦土体的应力路径到达这条线，土体就会发生塑性流动。
这时土体被认为处于临界状态，破坏轨迹被称为临界状态线。
临界状态线在,,''空间为一条空间曲线，如下图2所示。
考虑粗粒土应变软化特性和剪胀性的本构模型(1)
考虑粗粒土应变软化特性和剪胀性的本构模型作者：孙海忠， 黄茂松， SUN Haizhong， HUANG Maosong作者单位：同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海,200092;同济大学,地下建筑与工程系,上海,200092刊名：同济大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)年，卷(期)：2009，37(6)被引用次数：0次1.Muir D Wood.Belkheiasr K.Liu D F Strain softening and state parameter for sand modeling 1994(02)2.Alonso E E.Ortega Iturralde E F.Romero E E Dilatancy of coarse granular aggregates 20073.Wan R G.Guo P J A simple constitutive model for granular soils:Modified streas-dilatancy approach 1998(02)4.Indraratna B.Ionescu D.Christie H D Shear behavior of railway ballast based on large-scaletriaxial tests 1998(05)5.刘汉龙.秦红玉.高玉峰粗粒料强度和变形的大型三轴试验研究[期刊论文]-岩土力学 2004(10)6.Pietruszczak S.Stolle D Modeling of sand behavior under earthquake excitation 19877.Gaio A.Muir Wood Severn-Trent sand:a kinematic-hardening constitutive model:the q-p formulation 1999(05)8.Ishihara K.Tatsuoka F.Yasuda S Undrained deformation and liquefaction of sand under cyclic stresses 1975(04)9.Bolton M D The strength and dilatancy of sands 1986(01)10.张学言.闫澍旺岩土塑性力学基础 20061.期刊论文孙吉主.施戈亮.SUN Ji-zhu.SHI Ge-liang基于状态参数的粗粒土应变软化和剪胀性模型研究-岩土力学2008,29(11)基于状态参数的概念,将粗粒土峰值应力比和剪胀比视为状态参数的函数,同时考虑初始模量随围压的变化,提出了一个弹塑性模型和模型参数的确定方法.该模型形式较简单,概念清晰,可以描述较大的密度和压力范围内粗粒土的应变软化和剪胀性,以及它们对物理状态和有效围压的依赖性.通过比较模型预测与粗粒土的三轴试验结果,证明了模型的合理性.2.期刊论文陈晓斌.CHEN Xiaobin红砂岩粗粒土剪胀效应大型三轴试验研究-岩石力学与工程学报2010,29(z1)采用大型三轴试验仪,进行不同应力状态下的红砂岩粗粒土三轴试验,研究粗粒土在不同应力状态下的剪胀性和剪胀趋势影响因素.试验研究表明围压对粗粒土的剪胀性具有明显影响,在不同围压状态下,红砂岩粗粒土整体表现为高压剪缩低压剪胀,并且低围压下表现出先剪胀后剪缩趋势.当围压＜200 kPa时,体积增量比dεv/dε1为负值,土样表现为剪胀趋势;当围压＞400 kPa时,体积增量比dεv/dε1在整个剪切过程中为正值,土样表现为剪缩趋势.粗粒土剪胀趋势还随着轴向总应变发展而改变,开始时剪胀明显,随着轴向应变增加剪胀趋势缓减.粗粒土Rowe模型剪胀参数K值离散性较大,充分反映粗粒土剪切过程中粗、细颗粒间变形不协调性,并且随着总应变值ε1的增加,K值离散性减小.本试验结果认为红砂岩粗粒土的Rowe剪胀模型参数K = 20～25.3.学位论文孙海忠粗粒土的本构理论及宏、细观研究2009随着近年来大型工业与民用建筑建设的兴起与大型土石坝的兴建，粗粒土已被广泛应用于交通、水利、港口等工程建设中，粗粒土的工程特性研究已经成为许多专家研究的重点。
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考虑物态变化的粗粒土亚塑性本构模型作者：张嘎， 张建民， 吴伟， ZHANG Ga， ZHANG Jian-min， WU Wei作者单位：张嘎,张建民,ZHANG Ga,ZHANG Jian-min(清华大学,水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京,100084)， 吴伟,WU Wei(维也纳BOKU大学岩土工程研究所,奥地利,维也纳)刊名：岩土力学英文刊名：ROCK AND SOIL MECHANICS年，卷(期)：2008，29(6)引用次数：0次参考文献(10条)1.DUNCAN J M.BYRNE P.WONG K S Strength,stress-strain and bulk modulus parameters for FEA of stress and movements in soil masses[Report No.UCB/GT/80-01] 19802.沈珠江土体应力戍变分析中的一种新模型 19903.GAO LIANSHI The nonlinear uncoupled K-G model for rockfill materials and its verification 19974.GUDEHUS G A comprehensive constitutive equation for granular materials 1996(1)5.WU W.BAUER E.KOIYMBAS D Hypoplastic constitutive model with critical state for granular materials 19966.WU W.KOLYMBAS D Hypoplasticity then and now 19997.WU W.NIEMUNIS A Failure criterion,flow rule and dissipation function derived from hypoplasticity 19968.WU W.BAUER E A simple hypoplastic constitutive model for sand 19949.ROSCOE K H.SCHOFIELD A N.WROTH C P On the yielding of soils 1958(1)10.WAN R G.GUO R G A simple constitutive model for granular soils:modified sffess-dilatancy approach 1998(2)相似文献(10条)1.学位论文周建方粗粒土三轴试验及邓肯模型参数研究2008粗粒土在堆石坝工程中应用非常广泛，不同粗粒土的工程特性研究已经成为堆石坝工程的一项重要研究内容。
在堆石坝的有限元计算中大多采用邓肯一张模型，然而邓肯一张模型能否反映粗粒土的应力应变特性，能否反映堆石坝的实际应力路径还有待验证，本文就以上问题展开了研究。
首先，分析了堆石坝内各点大小主应力成等应力比应力路径特性，介绍了等应力比应力路径试验的方案。
对双江口心墙堆石坝粗粒土进行了三轴固结排水剪切试验，分析了粗粒土的应力应变强度特性，并整理了粗粒土邓肯一张模型参数。
同时，对粗粒土进行了不同等应力比应力路径试验；利用邓肯模型、椭圆一抛物双屈服面模型对等应力路径试验应力应变关系进行模拟，比较和分析两者差异，验证了两模型的适用性。
其次，进行了三种掺砾心墙料的大、中三轴CD剪切试验，通过对比分析，研究两种试验条件下掺砾心墙料的应力应变关系特性；讨论了掺砾心墙料在不同掺砾量下邓肯模型参数变化规律；由于三轴剪切加载速率对掺砾心墙料的强度和变形有显著影响，本文对50％掺砾心墙料进行了三种不同剪切速率试验，研究剪切速率变化对掺砾心墙料邓肯模型参数影响。
最后，对邓肯E-v、E-B两种模型进行了深入的比较分析，重点研究了两种模型泊松比的差异以及有关模型参数的合理取值范围。
以糯扎渡心墙坝为例，进行了有限元计算，比较分析了两种模型计算得的坝体内不同位置处的弹性模量和泊松比及坝体变形差异，研究两种模型差异。
2.期刊论文陈晓斌.张家生.赵同顺.CHEN Xiao-bin.ZHANG Jia-sheng.ZHAO Tong-shun红砂岩粗粒土弹塑性双屈服面模型试验研究-塑性工程学报2007,14(2)通过高速公路路基90区红砂岩粗粒土填料的大型常规三轴试验研究,建立了一个椭圆-双曲线弹塑性双屈服面本构模型,并确定了模型参数.该模型可以考虑红砂岩粗粒土的剪缩硬化性,模型参数确定方法简单.另外,对FLAC进行二次开发,建立了红砂岩粗粒土弹塑性双屈服面本构模型计算模块,利用该模块对高速公路红砂岩粗粒土路堤填筑过程中的变形进行了模拟计算.结果显示,双屈服面弹塑性模型计算的红砂岩粗粒土路堤沉降值与实测值接近,该模型能很好描述红砂岩粗粒土的应力应变关系.3.学位论文孙海忠粗粒土的本构理论及宏、细观研究2009随着近年来大型工业与民用建筑建设的兴起与大型土石坝的兴建，粗粒土已被广泛应用于交通、水利、港口等工程建设中，粗粒土的工程特性研究已经成为许多专家研究的重点。
粗粒土是由粒径大小不等的颗粒彼此填充而呈粒状结构的散粒体，颗粒间常为点接触，因此，粗粒土在加载过程中一般会表现出应变软化特性、剪胀性、颗粒破碎以及非共轴性。
本文通过完善的理论框架和先进的离散元理论对粗粒土的以上四大主要特性展开研究，分别建立考虑这些主要特性的本构理论体系，并且利用离散元理论从细观角度对这些模型进行了验证。
本课题的研究成果无论是在理论上还是在工程应用上，都具有重要的参考价值。
本文主要的研究工作包括： 1.基于传统细颗粒土本构模型的框架，建立了一个考虑应变软化特性和剪胀性的粗粒土弹塑性本构模型。
该模型在应变软化描述方面，提出了一个利用残余状态应力比与峰值应力比的应变软化公式，可以较为合理地反映粗粒土的应变软化现象；在剪胀性描述方面，采用与初始有效围压有关的状态转换应力比，克服了传统模型的局限性，即：对于同一初始密实度不同初始有效围压的试样采用同一状态转换应力比。
最后，通过对多组试验结果的模拟，表明该模型描述粗粒土在低围压和相对中高围压下的应变软化特性和剪胀性方面具个考虑颗粒破碎的粗粒土临界状态弹塑性本构模型。
将所提出的模型与未考虑颗粒破碎的模型用于不同围压下粗粒土室内大三轴试验的数值模拟，对比分析表明：该模型计算结果与试验结果更为一致，能较好地描述粗粒土的强度和变形特性，得出颗粒破碎导致粗粒土强度降低，压缩变形增大。
最后，利用离散元模拟一维压缩颗粒破碎试验对该结论进行了验证。
3.以粗粒土为原材料的铁路公路路基在交通荷载作用下，粗粒土的主应力轴将产生旋转，从而导致土体单元主应力方向和主应变率方向的非共轴现象，而传统的弹塑性本构模型基本上是建立在大三轴试验结果的基础上，并不能考虑粗粒土的非共轴性。
本文将传统的弹塑性本构模型三维化，引入三维非共轴塑性流动理论，建立了粗粒土的非共轴本构模型，该模型对粗粒土的单剪试验进行了数值模拟，预测了在单剪过程中主应力方向和主应变率方向的变化规律。
最后，运用离散单元法对粗粒土的非共轴性进行验证并进行了细观分析。
研究结果表明，本文模型的计算结果和试验结果较为一致，并能较好地描述粗粒土的非共轴现象。
4.基于能量守恒原理和Rowe(1962)提出的最小能比原理从细观角度建立了考虑颗粒破碎的剪胀方程。
为了验证该剪胀方程的正确性，引入笔者在前面章节提出的修正硬化准则，建立了相应的弹塑性本构模型。
然后，将该模型用于粗粒土室内大三轴试验的数值模拟，对比分析表明：该模型能够较好地描述粗粒土的剪胀特性和应力应变关系。
最后，关于进一步研究的方向进行了简要的讨论。
关键词：粗粒土，应变软化，颗粒破碎，剪胀性，非共轴性，本构模型4.期刊论文陈晓斌.张家生.安关峰.CHEN Xiao-bin.ZHANG Jia-sheng.AN Guan-feng路用红砂岩粗粒土的流变特性试验研究-中南大学学报（自然科学版）2007,38(1)为了研究红砂岩粗粒土高速公路路堤填料的流变工程性质,利用大型三轴流变试验仪对路用的90区和93区红砂岩粗粒土进行低应力状态(σ3=100,200和300 kPa)的三轴流变试验,研究红砂岩粗粒土在低应力下的流变规律以及应力状态对体积流变分量和剪切流变分量的影响.引入Morgan-Mercer-Florin核函数,建立描述红砂岩粗粒土的体积流变分量-时间的关系和剪切流变分量-时间关系模型,提出红砂岩粗粒土最终体积流变量和最终剪切流变量公式.最后,建立一个基于Morgan-Mercer-Florin函数新的红砂岩粗粒土流变本构模型,确定压实度为90%和93%的红砂岩粗粒土的流变模型参数,并将Morgan-Mercer-Florin模型嵌入椭圆-抛物线双屈服面弹塑性本构模型,用于描述红砂岩粗粒土的粘弹塑性性质.流变试验结果表明:球应力(p)对最终体积流变分量影响很大,应力水平(S)对最终剪切流变分量影响显著,最终体积流变量和最终剪切流变分量可以分别用p和S表示.5.学位论文朱崇辉粗粒土的渗透特性研究2006土是地壳表层岩石风化的产物，是多种矿物颗粒的集合体；粗粒土具有广义和狭义之分，广义的粗粒土则是泛指颗粒直径较粗的土，狭义的粗粒土则根据不同的国家及其不同的部门存在不同的具体分类标准。
粗的土作为建筑地基或建筑材料从古至今都有广泛的应用，对土的理论研究是从欧洲工业革命开始的，而对其作为一门科学进行系统研究，则认为是从太沙基1925年发表了世界上第一本土力学专著后开始的。
土力学产生到现在已有80余年的历史，对土的研究取得了系统丰硕的成果，这些成果指导了城市、交通及水利建筑等行业的飞速发展。
对土的研究，早期所取得的理论成果，大都属于细粒土的范畴，相对较早出版的专著对粗粒土很少有系统论述。
随着岩土工程的发展，粗粒土作为建筑材料应用越来越广，近年来，不少土力学专家也开始把目光重点投向了粗粒土的理论研究，开始取得了许多有价值的理论成果。
其中，刘杰的“土的渗透稳定与渗流控制”，郭庆国的“粗粒土的工程特性及应用”，就是粗粒土研究理论成果的典型代表。
粗粒土有许多建筑工程上的优点，但在水利建筑中利用粗粒土优点的同时，相伴出现的不利因素也不可回避。
渗透系数大，渗透稳定性差，容易发生坝体渗漏和渗透破坏是粗粒最大的缺点。
为了更深入的把握粗粒土的渗透特性，本文针对在坝体反滤结构中应用较多的0.1mm至20mm的粗粒土为研究对象，运用试验方法，重点在密度、级配对粗粒体的渗透系数和渗透变形的影响方面，展开了粗粒土的渗透特性试验研究，通过对资料的整理和分析，建立了粗粒土渗透系数模型，并取得了以下几点结论： ①粗粒土的渗透系数较大，本文所研究范围内的粗粒土，渗透系数一般都超过10-4cm/s的数量级。