阐述岩土材料的塑性变形
岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程
岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-岩土类材料的弹塑性力学模型及本构方程摘要：本文主要结合岩土类材料的特性，开展研究其在受力变形过程中的弹性及塑性变形的特点，描述简化的力学模型特征及对应的适用条件，同时在分析研究其弹塑性力学模型的基础上，探究了关于岩土类介质材料的各种本构模型，如M-C、D-P、Cam、D-C、L-D及节理材料模型等，分析对应使用条件，特点及公式，从而推广到不同的材料本构模型的研究，为弹塑性理论更好的延伸发展做一定的参考性。
关键词：岩土类材料，弹塑性力学模型，本构方程不同的固体材料，力学性质各不相同。
即便是同一种固体材料，在不同的物理环境和受力状态中，所测得的反映其力学性质的应力应变曲线也各不相同。
尽管材料力学性质复杂多变，但仍是有规律可循的，也就是说可将各种反映材料力学性质的应力应变曲线，进行分析归类并加以总结，从而提出相应的变形体力学模型。
第一章岩土类材料地质工程或采掘工程中的岩土、煤炭、土壤，结构工程中的混凝土、石料，以及工业陶瓷等，将这些材料统称为岩土材料。
岩土塑性力学与传统塑性力学的区别在于岩土类材料和金属材料具有不同的力学特性。
岩土类材料是颗粒组成的多相体，而金属材料是人工形成的晶体材料。
正是由于不同的材料特性决定了岩土类材料和金属材料的不同性质。
归纳起来，岩土材料有3点基本特性：1.摩擦特性。
2.多相特性。
3.双强度特性。
另外岩土还有其特殊的力学性质：1.岩土的压硬性，2.岩土材料的等压屈服特性与剪胀性，3.岩土材料的硬化与软化特性。
4.土体的塑性变形依赖于应力路径。
对于岩土类等固体材料往往在受力变形的过程中，产生的弹性及塑性变形具备相应的特点，物体本身的结构以及所加外力的荷载、环境和温度等因素作用，常使得固体物体在变形过程中具备如下的特点。
固体材料弹性变形具有以下特点：(1)弹性变形是可逆的。
岩土塑性力学简介(3)
•σ1、σ2、σ3为三个塑性势函数：
6
岩土塑性力学简介
3 塑性位势理论(续）
d ijp d1 1 2 d2 d3 q 3 ij ij ij
d1 d1p , d2 d 2p , d3 d 3p
di求法：等向强化模型的三个主应变屈服面
v ij p v q ij p q
1
2
ij
p
3
p v p q p
v
ij
q
ij
ij
p v p q p
v
ij
q
ij
ij
不完全等向硬化
等向硬化
硬化模量为：A=1
8
岩土塑性力学简介
3 塑性位势理论(续） •屈服面与塑性势面的关系：
（1）塑性势面确定塑性应变增量的方向，屈服面确定 塑性应变增量的大小； （2）屈服面必须与塑性势面相应，如塑性势面为q， 则相应的塑性应变与硬化参量为qp ，屈服面为q方向 上的剪切屈服面fq(ij ,qp），即qp的等值线； （3）三个分量屈服面各自独立，体积屈服面只与塑性 体变有关，而与塑性剪变无关； （4）由dq、d引起的体变是真正的剪胀 ； （5）屈服面与塑性势面相同，是相应的一种特殊情况。
2
12
Q d qp d q
1 Q d p d q
d与只有在势面为圆形时相等
1
岩土塑性力学简介
3 塑性位势理论(续） •举例：米赛斯，屈瑞斯卡，统一剪切破坏条件 3.3 传统塑性位势理论剖析
•岩土界的四点共识：
（1）不遵守关联流动法则； （2）不具有塑性应变增量方向与应力唯一性假设； （3）岩土材料应考虑应力主轴旋转； （4）莫尔－库仑类剪切模型产生过大剪胀；剑桥模 型不能很好反映剪胀与剪切变形；
[工学]第1章 岩土弹塑性力学
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(9)传统塑性理论中，材料的弹性系数与塑性变形无关，称为弹塑 性不耦合。而岩土塑性理论中，有时要考虑弹塑性耦合，即弹性 系数随塑性变形发展而减少
岩土塑性力学的基本内容
(1)岩土类材料的塑性本构关系理论与模型 (2)岩土类材料的极限分析理论 (3)它们在岩土工程设计和施工中的应用
弹性本构关系的基本特征
岩石力学性质
弹性 塑性 粘性
体力和面 力Fi，Ti
位移ui
平衡
本构关系
相容性 （几何）
应力ij
应变ij
固体力学问题解法中各种变量的相互关系
§1-2 应力状态
1 应力张量
•应力状态——一点所有截面应力矢量的集合。
x xy xz 11 12 13
ij yx y yz 21 22 23
塑性阶段：研究材料在塑性阶段内的受力与变形，这阶 段内的应力应变关系要受到加载状态、应力水平、应力 历史与应力路径的影响。 差别：在应力与应变之间的物理关系不同，即本构关系 不同。 本质差别：在于材料是否存在不可逆的塑性变形
弹性阶段：应力与应变之间的关系是一一对应的，这种应力和 应变之间能建上一一对应关系的称全量关系
第一章 岩土弹塑性力学
岩土塑性力学原理—广义塑性力学(郑颖人)
2 zx
I
3
x
y
z
2
xy
yz zx
x
2 yz
2
y zx
2
z xy
II121(12
3 2
2
3
3
1
)
I31 2 3
应力张量第一 不变量 I1 ，是平均应力p的三倍。
26
应力张量分解及其不变量
应力张量
岩土材料的稳定性、应变软化、损伤、应变局部化
（应力集中)与剪切带等问题
11
岩土材料的试验结果
土的单向或三向固结压缩试验：土有塑性体变
初始加载：
卸载与再加载：
e e0 ln p
e ek k ln p
12
岩土材料的试验结果
土的三轴剪切试验结果：
（1）常规三轴
土有剪胀（缩）性； 土有应变软化现象；
3
第1章 概 论
岩土塑性力学的提出 岩土塑性力学及其本构模型发展方向 岩土材料的试验结果 岩土材料的基本力学特点 岩土塑性力学与传统塑性力学不同点 岩土本构模型的建立
4
岩土塑性力学的提出
材料受力三个阶段： 弹性 → 塑性 → 破坏
弹性力学 塑性力学 破坏力学 断裂力学等
19世纪40年代末，提出Drucker塑性公论，经典塑性 力学完善；
1773年Coulomb提出的土质破坏条件，其后推广为 莫尔—库仑准则；
1957年Drucker提出考虑岩土体积屈服的帽子屈服面；
1958年Roscoe等人提出临界状态土力学，1963年提出 剑桥模型。岩土塑性力学建立。
材料的塑性变形机理和性能控制
材料的塑性变形机理和性能控制材料是人类社会发展的重要基石，是各种工业产品的基础。
在大多数制造过程中，材料的塑性变形是不可避免的。
而塑性变形机理和性能控制是材料科学与工程中一个重要的研究领域。
一、塑性变形机理塑性变形是指材料在一定条件下受到外力作用形成塑性变形并保持下去的能力。
材料的塑性变形是由其内部结构的变化而引起的。
塑性变形的主要机理就是晶体内部滑移与游移。
晶体内部的晶格缺陷对塑性变形过程中的原子滑移和游移起着关键作用。
对于晶体而言，其内部结构具有规则的排列方式，称为晶格。
而晶格缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
在材料中，当受到外力作用时，原子在晶格内的移动会带来晶体内部结构的变化。
这种移动就是原子的滑移和游移。
滑移是指在相邻原子之间形成一些小的位错（错位点），使得晶体原子发生运动。
游移是指在晶体内部的缺陷上发生原子位移。
这两种运动形式是材料塑性变形的主要机理。
除了晶格缺陷，另一个重要的因素是晶界。
晶界是晶体中不同晶粒之间的界面，其存在会影响材料的特性，例如强度和延展能力等。
总之，塑性变形的机理是一个相对复杂的过程，需要深入研究晶格结构和其缺陷的变化情况。
二、性能控制为了实现工业产品的高效、高质量生产，对材料的性能进行有效控制十分关键。
从塑性变形的角度来看，这包括两个方面：强度和延展能力。
强度是材料阻抗外部应力的能力，在材料的塑性变形方面具有重要作用。
材料的强度受多种因素影响，包括晶粒尺寸、晶格结构和组织等等：例如，晶粒尺寸越小，其阻力就越大，从而提高材料强度。
延展能力是材料在承受应变时的变形程度。
合适的延展能力可以使材料更加可塑，适应更多种形状和用途。
在强度和延展能力之间，需要一个权衡。
例如，当强度越高时，延展性可能越差。
此外，还有一些因素可以通过材料加工和热处理进行控制，例如冷变形、淬火和退火等。
冷变形（例如轧制、拉伸和锻造等）可以增加材料的强度和硬度，从而提高其抵抗变形的能力。
淬火可以使材料更加坚硬，其中的快速冷却过程有助于将晶体结构固态化并提高材料机械性能。
岩土工程中的弹塑性理论与分析技术
岩土工程中的弹塑性理论与分析技术岩土工程中的弹塑性理论与分析技术是研究岩土材料在受力作用下的弹性和塑性变形特性的理论和方法。
这些理论和技术在岩土工程设计、施工和监测中具有重要的应用价值。
本文将从弹塑性理论的基本概念、应用范围以及分析技术的具体方法等方面进行阐述。
弹塑性理论是研究岩土材料在受力作用下的弹性和塑性变形特性的理论。
弹性是指岩土材料在受力作用下能够恢复原状的能力，而塑性是指岩土材料在受力作用下会发生不可逆的变形。
弹塑性理论的基本假设是岩土材料在受力作用下是具有弹塑性的，并且可以通过一定的数学模型来描述其力学行为。
岩土工程中的弹塑性理论主要包括弹性理论、弹塑性理论和塑性理论。
弹性理论是最基本的弹塑性理论，它假设岩土材料在受力作用下只发生弹性变形，而不发生塑性变形。
弹塑性理论则是在弹性理论的基础上引入了塑性变形的概念，它假设岩土材料在受力作用下既可以发生弹性变形，也可以发生塑性变形。
塑性理论则是假设岩土材料在受力作用下只发生塑性变形，而不发生弹性变形。
在岩土工程中，弹塑性理论的应用范围非常广泛。
首先，弹塑性理论可以用于岩土工程设计中的荷载和变形计算。
通过建立合适的弹塑性模型，可以对岩土体在受力作用下的变形和破坏进行合理预测，从而指导工程设计和施工。
其次，弹塑性理论可以用于岩土体力学性质的试验研究。
通过对岩土体在不同应力状态下的弹塑性行为进行试验研究，可以获取岩土材料的力学参数，为岩土工程的设计和施工提供可靠的依据。
此外，弹塑性理论还可以用于岩土体的动力响应分析、岩土体的稳定性分析等方面。
在岩土工程中，弹塑性分析技术是基于弹塑性理论的具体计算方法。
弹塑性分析技术主要包括弹塑性有限元分析、弹塑性强度折减法、弹塑性反分析等方法。
弹塑性有限元分析是一种基于有限元法的弹塑性分析方法，通过建立合适的有限元模型和弹塑性本构关系，可以对岩土体在受力作用下的变形和破坏进行数值模拟。
弹塑性强度折减法是一种基于强度折减原理的弹塑性分析方法，通过将岩土体的强度参数按照一定的折减系数进行计算，可以对岩土体在受力作用下的变形和破坏进行估计。
岩土塑性力学读书报告
岩土塑性力学读书报告本学期我们学习了弹塑性力学这一课程，在刘老师的讲解和自学的过程中学习到了不少弹塑性力学的基础知识。
我们是岩土工程专业的学生，弹塑性力学知识相当重要，是后续课程的基础，由于专业的实用性，我们阅读了郑颖人、孔亮编著的《岩土塑性力学》一书。
这本书将不少弹塑性力学的基础知识运用到岩土工程中，从弹塑性力学的角度来理解岩土这种特殊介质的力学性质，阅读之后让我受益匪浅。
以下是我阅读本书后的一些总结。
一、岩土材料的特点岩土塑性力学与传统塑性力学的区别在于岩土类材料和金属材料具有不同的力学特性。
岩土类材料是颗粒组成的多相体，而金属材料是人工形成的晶体材料。
正是由于不同的材料特性决定了岩土类材料和金属材料的不同性质。
归纳起来，岩土材料有3点基本特性：1.摩擦特性。
2.多相特性。
3.双强度特性。
另外岩土还有其特殊的力学性质：1.岩土的压硬性，2.岩土材料的等压屈服特性与剪胀性，3.岩土材料的硬化与软化特性。
4.土体的塑性变形依赖于应力路径。
二、岩土塑性力学的基本假设由于塑性变形十分复杂，因此无论传统塑性力学还是岩土塑性力学都要做一些基本假设，只不过岩土塑性力学所做的假设条件比传统塑性力学少些，这是因为影响岩土材料塑性变形的因素较多，而且这些因素不能被忽视和简化。
下列两点假设不论是传统塑性力学还是广义塑性力学都必须服从：（1）忽略温度与实践影响及率相关影响的假设。
（2）连续性假设。
岩土塑性力学与传统塑性力学不同点：（1）岩土材料的压硬性决定了岩土的剪切屈服与破坏必须考虑平均应力和岩土材料的内摩擦。
（2）传统塑性力学只考虑剪切屈服，而岩土塑性力学不仅要考虑剪切屈服，还要考虑体积屈服。
（3）根据岩土的剪胀性，不仅静水压力可能引起塑性体积变化，而且偏应力也可能引起体积变化；反之，平均应力也可能引起塑性剪切变形。
（4）传统塑性力学中屈服面是对称的，而岩土材料的拉压不等，而使屈服面不对称，如岩土的三轴拉伸和三轴压缩不对称。
材料的塑性变形
材料的塑性变形材料的塑性变形是材料力学学科中的一个重要概念，指的是材料在受力作用下发生的可逆性变形过程。
塑性变形是材料的一种特性，表现为材料在一定温度和应力情况下，发生塑性变形后不会恢复到原状态。
本文将从塑性变形的定义、性质、影响因素和应用领域等方面展开探讨。
材料的塑性变形是指材料在外力的作用下，呈现出形状的变化，这种变化是可逆的。
与弹性变形不同的是，塑性变形是在超过材料的屈服点后发生的，且发生塑性变形后，材料不会完全恢复到原来的形状。
塑性变形是材料内部晶格结构发生改变的结果，通过滑移、重结晶等机制实现。
塑性变形是材料力学中一个重要的研究对象，它与材料的性能密切相关。
在工程实践中，我们常常需要考虑材料在受力状态下的塑性变形性能，以确保材料在服役过程中不会发生意外事故。
此外，塑性变形还与材料的加工性能、成形性能等密切相关，因此对塑性变形的研究具有重要的理论和实际意义。
塑性变形的性质主要包括以下几个方面：1. 可逆性：塑性变形是可逆的，并且不会引起材料的永久形变。
2. 体积不变性：塑性变形并不改变材料的体积。
3. 定向性：塑性变形是有方向性的，取决于材料的晶体结构和加载方向。
塑性变形的影响因素主要包括应力、温度和变形速率等。
在一定温度条件下，应力越大，材料的塑性变形越明显；温度越高，材料发生塑性变形的能力越强；变形速率对于塑性变形的影响也非常显著，通常情况下，变形速率越大，材料的塑性变形越明显。
材料的塑性变形在工程实践中有着广泛的应用。
例如，金属材料的塑性变形性能直接影响着金属制品的成形性能；塑料制品的塑性变形特性决定了其在加工过程中的可塑性等。
因此，通过研究材料的塑性变形特性，可以指导工程实践中材料加工的选择和工艺优化，提高材料的利用率和产品质量。
总之，材料的塑性变形是材料力学中一个重要的研究领域，具有重要的理论和实际意义。
通过深入研究材料的塑性变形特性，可以有效地指导工程实践中材料的选择和制造过程，为优化材料性能和提高产品质量提供理论支持。
岩土材料弹塑性损伤模型及变形局部化分析
第23卷第21期岩石力学与工程学报23(21)：3577～3583 2004年11月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.，2004岩土材料弹塑性损伤模型及变形局部化分析*杨强陈新周维垣(清华大学水利水电工程系北京 100084)摘要常规的弹塑性模型由于没有考虑到损伤和塑性的耦合作用，难以模拟破坏时由于内部损伤的累积导致的变形局部化剪切带的形成过程，因而，不能很好地反映实际结构的细观破坏机理。
作者采用一种宏细观结合的思路，基于细观损伤力学提出了一个适用于岩土材料弹塑性损伤模型，研究均质材料在外部环境作用下由于损伤和塑性的耦合导致的局部化剪切带的形成过程。
对基体材料服从Drucker-Prager准则的球形孔洞体胞单元提出了一个塑性损伤屈服面，为了反映岩土材料在拉应力和压应力作用下不同的孔洞形成机理，分别采用了球形拉应力和塑性应变的成核机制来建立孔隙率的演化方程，根据塑性损伤屈服面和孔隙率的演化方程，导出了关联流动法则下的岩土材料塑性损伤本构方程。
将笔者提出的岩土材料弹塑性损伤模型，通过用户子程序嵌入到大型商业有限元软件MRAC中。
为了研究塑性和损伤的耦合作用，分别采用Gurson弹塑性损伤模型和Mises弹塑性模型，对Tvergaard 关于自由表面有周期性分布微小形状缺陷的半无限大板在平面应变拉伸作用下剪切带的形成进行了数值模拟，计算结果表明弹塑性损伤本构模型在模拟变形局部化方面具有明显的优势。
采用作者提出的岩土材料弹塑性损伤模型，对平面应力条件下有一个缺陷单元的均质岩土材料单轴受压试件的局部化剪切破坏进行了数值模拟。
关键词岩土力学，岩土材料，体积孔隙率，Drucker-Prager准则，成核机制分类号 TU 452 文献标识码 A 文章编号1000-6915(2004)21-3577-07ELASTO-PLASTIC DAMAGE MODEL FOR GEOMATERIALSAND STRAIN LOCALIZAION ANALYSESYang Qiang，Chen Xin，Zhou Weiyuan(Department of Hydraulic and Hydropower Engineering，Tsinghua University， Beijing 100084 China)Abstract Elasto-plastic models can not explain the micro mechanism of shear band formation caused by damage evolution in ductile material due to the neglecting of the interaction between damage and plastic flow. An elasto-plastic damage model for geo-materials based on micromechanics is proposed and the micro mechanism of shear band formation in homogeneous geo-material is studied. A macroscopic yield criterion for porous geo-materials with matrices of Drucker-Prager yield criterion is given，and a plastic strain-controlled void nucleation model as well as a tensile volumetric stress-controlled nucleation model are proposed for the compressive and tensile stresses，respectively. Moreover，the constitutive relationship of the elasto-plastic damage model with plastic normality flow rule is deduced. This elasto-plastic damage model for geo-materials is embeded into the commercial FEM software MARC as a user’s subroutine. A tensile plane strain specimen with initial shape imperfection on its upper bound which was first analyzed by Tvergaard is investigated through the elasto-plastic damage model and Mises elasto-plastic model，respectively. It is shown that the shear band development is only found in Gurson elasto-plastic damage model. Shear band formation due to void nucleation and growth in a plane stress specimen of homogeneous geo-material with one defect element subjected to uniaxial compression is 2003年12月8日收到初稿，2004年2月8日收到修改稿。
岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程
岩土类材料的弹塑性力学模型及本构方程摘要：本文主要结合岩土类材料的特性，开展研究其在受力变形过程中的弹性及塑性变形的特点，描述简化的力学模型特征及对应的适用条件，同时在分析研究其弹塑性力学模型的基础上，探究了关于岩土类介质材料的各种本构模型，如M-C、D-P、Cam、D-C、L-D及节理材料模型等，分析对应使用条件，特点及公式，从而推广到不同的材料本构模型的研究，为弹塑性理论更好的延伸发展做一定的参考性。
关键词：岩土类材料，弹塑性力学模型，本构方程不同的固体材料，力学性质各不相同。
即便是同一种固体材料，在不同的物理环境和受力状态中，所测得的反映其力学性质的应力应变曲线也各不相同。
尽管材料力学性质复杂多变，但仍是有规律可循的，也就是说可将各种反映材料力学性质的应力应变曲线，进行分析归类并加以总结，从而提出相应的变形体力学模型。
第一章岩土类材料地质工程或采掘工程中的岩土、煤炭、土壤，结构工程中的混凝土、石料，以及工业陶瓷等，将这些材料统称为岩土材料。
岩土塑性力学与传统塑性力学的区别在于岩土类材料和金属材料具有不同的力学特性。
岩土类材料是颗粒组成的多相体，而金属材料是人工形成的晶体材料。
正是由于不同的材料特性决定了岩土类材料和金属材料的不同性质。
归纳起来，岩土材料有3点基本特性：1.摩擦特性。
2.多相特性。
3.双强度特性。
另外岩土还有其特殊的力学性质：1.岩土的压硬性，2.岩土材料的等压屈服特性与剪胀性，3.岩土材料的硬化与软化特性。
4.土体的塑性变形依赖于应力路径。
对于岩土类等固体材料往往在受力变形的过程中，产生的弹性及塑性变形具备相应的特点，物体本身的结构以及所加外力的荷载、环境和温度等因素作用，常使得固体物体在变形过程中具备如下的特点。
固体材料弹性变形具有以下特点：(1)弹性变形是可逆的。
物体在变形过程中，外力所做的功以能量（应变能)的形式贮存在物体内，当卸载时，弹性应变能将全部释放出来，物体的变形得以完全恢复； (2)无论材料是处于单向应力状态，还是复杂应力状态，在线弹性变形阶段，应力和应变成线性比例关系；(3)对材料加载或卸载，其应力应变曲线路径相同。
岩土物理力学参数表
岩土物理力学参数表
岩土物理力学参数表是用于描述岩石和土壤等地质材料力学性质的一份表格。
这些参数可以用于建立地质力学模型或进行地震学研究等领域。
以下是一些常见的岩土物理力学参数及其解释：
1. 压缩模量（压缩弹性模量）：是描述岩土材料在压缩载荷下的弹性变形特性的一种参数。
它的单位是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
压缩模量越大，表示岩土材料的刚度越大。
2. 剪切模量（剪切弹性模量）：是描述岩土材料在剪切载荷下的弹性变形特性的一种参数。
它的单位也是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
剪切模量越大，表示岩土材料的抗剪强度越大。
3. 泊松比：是描述岩土材料在受力后沿垂直于力方向的横向收缩程度的参数。
它没有单位，通常用一个小数来表示。
泊松比越小，表示岩土材料的横向收缩程度越小，即更加刚性。
4. 内摩擦角：是描述岩土材料在受到剪切力时，自身内部出现抗阻力的一种参数。
它的单位是度数。
内摩擦角越大，表示岩土材料的抗剪能力越强。
5. 屈服强度：是描述岩土材料在受到载荷作用下出现塑性变形或破坏的一种参数。
它的单位是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
屈服强度越大，表示岩土材料的抗压强度越大。
6. 杨氏模量：是描述岩土材料在受到拉伸载荷下的弹性变形特性的一种参数。
它的单位也是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
杨氏模量越大，表示岩土材料的拉伸刚度越大。
以上是一些常见的岩土物理力学参数及其解释。
需要注意的是，不同的地质材料具有不同的力学性质，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的参数。
土体变形的特点
由于复杂的内部结构和物理特性，不同方向上受力情况可能会导致不同的变形行为。
五、土体变形的应用
土体变形是土力学和岩土工程领域中的重要研究方向。通过对土体变形特点的深入研究，可以为岩土工程设计、地震灾害预测等提供重要参考依据。此外，还可以应用于地质勘探、沉降监测等领域。
六、总结
综上所述，土体变形是一种复杂而普遍存在的现象。了解其特点和影响因素对于岩土工程设计和地质勘探具有重要意义。未来随着科技水平的不断提高，对于土体变形机理和规律的研究将会更加深入。
四、土体变形的特点
1.非线性
在荷载作用下，土体变形呈现非线性特点。当荷载达到一定程度时，其应变率将迅速增加。
2.随机性
由于复杂的内部结构和物理特性，不同区域的土壤在受到相同荷载作用时可能表现出截然不同的变形行为。
3.时间依赖性
在长时间作用下，荷载对于土体造成的影响可能会逐渐累积并导致更大程度的变形。
二、土体变形的分类
1.弹性变形
弹性变形是指在荷载作用下，土体发生临时性弹性应变，并恢复原来状态的过程。当荷载移除后，土体恢复到原始状态。
2.塑性变形塑ຫໍສະໝຸດ 变形是指在荷载作用下，超过了土体抗剪强度极限时，产生永久性塑性应变并不可逆转。
3.剪切破坏
剪切破坏是指当荷载达到一定程度时，在某些区域内产生裂缝，并最终导致整个土体失稳破坏。
三、影响土体变形因素
1.荷载大小
荷载大小是影响土体变形的主要因素。当荷载增大时，土体变形也会随之增加。
2.土体性质
土体性质是指土体的密度、水分含量、孔隙度等特征。不同的土壤类型和不同的土体性质对荷载产生的响应也不同。
3.外界环境
外界环境包括温度、湿度、风力等因素。这些因素会影响土体内部结构和物理特性，从而影响其变形行为。
岩石的变形与强度特征
岩石的变形与强度特征
岩石的变形特征指的是岩石在外力作用下发生形变的能力和方式。
岩石的变形特征可以分为弹性变形、塑性变形和破裂变形。
弹性变形是指岩石受到外力作用后，在力消失后能够恢复原状的能力。
在弹性变形过程中，岩石的分子或晶粒发生微小的变形，但岩石体整体保持无残余变形。
弹性变形是岩石的初始变形阶段，也是岩石的应力-应变关系呈线性的阶段。
塑性变形是指岩石在受到外力作用时，发生可见的变形，并且在力消失后不能完全回复原状的能力。
岩石发生塑性变形时，其分子或晶粒会发生较大的变形，导致岩石内部产生残余变形。
塑性变形是岩石的中等和后期变形阶段，其应力-应变关系呈
非线性。
破裂变形是指岩石在受到较大外力作用或超过岩石强度极限时发生的变形。
在破裂变形过程中，岩石会发生明显的断裂和破碎，并且通常伴随着能量的释放。
岩石的破裂变形是岩石的破坏阶段，岩石在此阶段往往失去了承载能力。
岩石的强度特征指的是岩石承受外力时的力学性能。
岩石的强度特征包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、硬度和韧性等。
不同类型的岩石具有不同的强度特征，例如，花岗岩具有高抗压强度和硬度，而粘土具有较低的抗压强度和硬度。
岩石的强度特征是评价岩石工程性质的重要指标，在岩石工程设计和施工中具有重要的意义。
岩土弹塑性力学
岩土弹塑性力学1 塑性屈服准则在组合应力状态下，材料所服从的屈服准则一般用下式表示：()0=ij f σ (1)函数f 的特定形式是与材料有关的，其含有若干个材料常数。
根据材料塑性准则是否与静水压力有关，可以将材米分为两类：与静水压力无关材料和与静水压力相关材料，这两类材料一般分别称为无摩阻材料和摩阻材料。
通常情况下金属材料属于静水压力无关材料，而土、岩石、混凝土等地质材料属于与静水压力相关材料。
与静水压力不相关的材料是由剪切力控制着它的屈服，在工程中一般采用Tresca 准则和von Mises 屈服准则，而与静水压力相关的材料一般采用最大拉应力准则、Mohr-Coulomb 准则和Drucker-Prager 准则。
下面就开始讨论这些塑性屈服准则。
1.1 Tresca 屈服准则Tresca 准则于1864年提出，该屈服准则假定，当一点的最大剪应力达到极限值则发生屈服。
以主应力表达这一准则，则在屈服时三个主应力两两之差值绝对值的一半中的最大值达到k ，这上准则的数学表达式为：k =⎪⎭⎫ ⎝⎛---13322121,21,21max σσσσσσ (2) 如果材料常数k 由单轴试验确定，则可以得下述关系20σ=k (3)其中，0σ为单轴加载屈服应力。
为了以图形表示二维空间中的屈服曲线形状，假定一双轴应力状态，其中仅1σ和2σ为非零，在1σ轴和第一区间两轴角平分线间的应力顺序为021>>σσ，所以，由式(2)可以导出k =21σ 或 01σσ= (4) 在21σσ-坐标系中绘出服从Tresca 准则的屈服轨迹（图1）。
利用主应力与应力不变量之间的关系，可将式(2)变换为02)31s i n (2),(22=-+=k J J f πθθ （ 600≤≤θ） (5) 式中，式中θ成为相似角或Lode 角。
Tresca 准则与1I 无关，暗示不依赖于静水压力。
由于Tresca 准则与1I 无关，故可将屈服面演绎成主应力空间的规则平行六面棱柱体（图2），它就是Tresca 准则屈服图形。
岩土高数知识点总结
岩土高数知识点总结首先，我们来介绍岩土材料的性质。
岩土材料是土木工程中常见的材料，包括土、岩石、粉煤灰、渣土等。
这些材料具有不同的力学性质，如密实度、孔隙比、孔隙度、渗透性、压缩性等。
了解这些性质对于工程的设计和施工都非常重要。
另外，岩土材料的颗粒大小、形状和成分组成也会影响到其力学性质，需要通过实验和分析来确定。
其次，岩土高数中的一个重要概念是应力应变关系。
应力应变关系描述了岩土材料在受力下的变形规律，包括线弹性、非线性和塑性变形等。
研究应力应变关系有利于预测岩土材料在不同条件下的变形和破坏特性，为工程的设计和施工提供依据。
此外，还可以通过常用的试验方法来确定岩土材料的应力应变关系，如单轴压缩试验、三轴试验、剪切试验等。
地基基础工程是岩土高数中的重要内容之一，主要研究地基基础的设计、施工和监测。
地基基础是土木工程中的重要组成部分，直接影响到工程的安全性和稳定性。
在地基基础工程中，需要考虑地下水位、地质条件、地基承载力、沉降和变形等因素，以确保地基基础的安全性。
工程师们经常使用不同的地基基础形式，如承台基础、桩基础、板基础、桩群和地下连续墙等，根据具体的工程要求和地质条件进行选择。
此外，岩土高数还涉及到边坡和挡土墙工程。
边坡和挡土墙是保障工程安全的重要结构，主要用于抵御地表土体的坡面稳定和土体的滑移。
在边坡和挡土墙工程中，需要考虑土体的强度、稳定性和变形特性，通过合理的工程设计和施工来确保结构的稳定性和安全性。
此外，还需要对地下水位、降雨、植被覆盖、土质条件等因素进行分析，以预测土体的稳定性和滑移性。
最后，地下水工程也是岩土高数中的一个重要内容。
地下水工程涉及到地下水的排水、防渗和调蓄等问题，通常与地基基础工程和边坡工程相关联。
地下水对于土体的稳定性和变形特性有着重要影响，需要通过合理的排水设计和施工来保证工程的稳定性。
在地下水工程中，常用的方法包括井点反压排水法、横向排水法、排水沟法和水文地质分析等。
阐述岩土材料的塑性变形
沈珠江院士指出[1]:现代土力学的核心部分是理论土力学,而理论土力学的核心部分是土的强度和本构关系的研究.人们把模拟土体应力-应变关系的数学表达式称为土体的本构模型.土的力学性质是建立土的本构关系的基础,进而土的本构关系的研究又促进了人们对土的力学特性的认识.土体是一种具有压硬性和剪胀(缩)性的摩擦型固体颗粒材料,存在原生各向异性和应力诱发的各向异性,所以土的应力应变关系非常复杂[2]。
本构模型发展已经有很多年的时间了,这些模型被用于有限元法和有限差分法等数值计算中.任何本构模型都以力学准则为基础得到了详细的阐述,它们中有些建立在试验的基础上,而另外有些建立在理论基础上.因为所有模型都有各自的优缺点,不能说哪个模型好,哪个模型不好,不同的模型对模型参数的要求也不一样,因此,对于具体的问题我们很难决定使用什么模型。
1 塑性变形与弹性相反,塑性可被定义为介质在卸载后部分变形不能恢复的性质.一般认为,土体的应力应变关系符合弹塑性理论,因而,土的弹塑性本构模型的研究最为活跃,所提出的模型又非常的多,我国许多著名岩土学者也先后提出了各种各样的岩土本构模型.用于计算这种弹塑性变形的方法是应用塑性理论[3～8],关于这种塑性理论的一些基本框架如下。
1.1屈服准则物体受到荷载的作用后,随着荷载的增大,物体的变形将由弹性状态过渡到塑性状态,这种过渡叫做屈服.屈服准则是物体内某一点开始产生塑性应变时,应力或应变必须满足的条件.屈服函数是应力 ij 、应变 ij 、时间 t 和温度 T 的函数,如果不考虑时间 t 和温度 T 的影响,把应变 ij 用应力 ij 表示,则屈服方程表示为112233122313,,,,,f f.也可以写为: 123123,,,,,ff n n n .式中 12,,n n 和 3n 是主方向, 12, 和 3 是主应力.因此对于各向同性材料,方程可以写为123(,,)f f .1.2硬化定律在硬化材料中塑性变形是逐渐产生的,对于这种条件将存在无限个屈服面,最后一个一般被认为是破坏面,这种屈服面的演化被认为是等向硬化、运动硬化或混合硬化.硬化定律是用于确定塑性应变增量的大小。
材料的塑性变形了解材料的可塑性特性
材料的塑性变形了解材料的可塑性特性材料的塑性变形是指在一定条件下，材料受到外界力作用而产生形状和尺寸的永久性改变的能力。
塑性变形是材料工程中非常重要的概念，我们需要深入了解材料的可塑性特性以便正确选择和应用材料。
本文将详细介绍材料的塑性变形和其可塑性特性。
一、材料的塑性变形概述在材料工程中，塑性变形是指在材料受到外力作用后，材料发生永久性变形的过程。
与之相对应的是弹性变形，即当外力作用消失后，材料恢复到原来的形状和尺寸。
材料的塑性变形主要表现为拉伸、压缩、弯曲、扭转等形式。
二、材料的可塑性特性1. 塑性变形能力：材料的可塑性特性主要体现在其对外力作用下发生塑性变形的能力上。
一般来说，金属材料更具有塑性变形能力，而脆性材料则相对较差。
2. 塑性变形的可逆性：与弹性变形不同，塑性变形是永久性的，即使外力作用消失，材料也无法完全恢复到原来的形状和尺寸。
这是材料可塑性特性的重要表现。
3. 塑性变形的抗性：材料的抗塑性变形能力与材料的应变硬化特性密切相关。
应变硬化是指材料在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，抵抗进一步变形的能力也随之增强。
4. 塑性变形的本质：材料的塑性变形是由于材料的晶体结构的滑移和位错运动所致。
在外力的作用下，晶体中的位错沿着晶体结构中的特定平面和方向移动，导致材料的塑性变形。
三、材料塑性变形的影响因素1. 温度：温度对材料的塑性变形有着重要影响。
一般来说，高温下材料的塑性变形能力增强，而低温则相对减弱。
2. 应变速率：应变速率是指材料在受外力作用下形变的速率。
较高的应变速率会导致材料的变形更加集中，容易发生塑性变形。
3. 结晶度：结晶度高的材料具有较好的塑性变形能力，而非晶态材料则相对较差。
4. 化学成分和加工方式：不同化学成分的材料在受力时表现出不同的塑性特性。
此外，材料的加工方式（如冷轧、热轧等）也会对塑性变形产生影响。
四、材料塑性变形实例1. 金属材料的塑性变形：金属材料是最常见的可塑性材料，广泛应用于工程领域。
岩土工程力学
岩土工程力学岩土工程力学是土木工程的重要分支学科，它研究地球表层的岩石和土壤在施工过程中的力学行为以及与建筑物和结构物相互作用的规律。
了解岩土工程力学对于土木工程师来说至关重要，因为它能够帮助他们设计和建造更稳定和安全的建筑物。
一、岩土工程力学的基本概念和原理岩土工程力学的基本概念和原理包括弹性力学、塑性力学、固结和沉降等基本理论。
弹性力学研究岩土材料在受力作用下的弹性变形规律，塑性力学研究岩土材料在超过一定应力时发生塑性变形和破坏的规律。
固结和沉降则主要研究土壤在荷载作用下的变形和沉降性能，这对于基础工程设计和施工非常重要。
二、岩土工程力学的应用岩土工程力学的应用范围非常广泛，在土木工程中起着重要作用。
以下为几个常见的岩土工程力学应用：1. 地质勘察和岩土勘探：通过岩土工程力学的原理和方法，可以对地下岩土体的力学性质进行测试和分析，以获取地质和工程参数，为工程设计提供依据。
2. 地基工程设计：岩土工程力学用于研究土壤的强度、压缩性和稳定性等性质，从而确定建筑物的基础设计方案，确保建筑物的稳定和安全。
3. 土石坡和边坡稳定性分析：通过岩土工程力学的原理，可以确定土石坡和边坡的稳定性，并提出相应的加固措施，防止其滑动和坍塌。
4. 地下隧道和地下工程施工：岩土工程力学用于分析土体和岩体对隧道和地下工程的影响，并提供相应的加固和支护方案，确保施工的安全和顺利进行。
5. 地震工程：岩土工程力学主要用于研究地震对土壤和岩石的影响，分析建筑物地震响应及结构的抗震能力，并提供相应的抗震设计方案。
三、案例分析：岩土工程力学在大坝工程中的应用岩土工程力学在大坝工程中具有十分重要的应用价值。
大坝工程的稳定和安全与坝基的岩土工程力学性质息息相关。
通过对大坝工程的岩土力学分析，可以评估大坝的稳定性和抗震性能，制定合理的建设方案和加固措施。
以某高坝工程为例，该坝位于岩石地层中，需要对岩石的强度、断裂面和岩体的稳定性进行详细的研究。
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阐述岩土材料的塑性变形
摘要:岩土材料的塑性变形即岩土界所谓土的本构关系.众所周知,土体是一种具有压硬性和剪胀(缩)性的摩擦型固体颗粒材料,存在原生各向异性和应力诱发的各向异性,所以土的应力应变关系非常复杂.文章主要介绍土的塑性变形机理和本构关系.
关键词:塑性变形本构关系各向异性
沈珠江院士指出[1]:现代土力学的核心部分是理论土力学,而理论土力学的核心部分是土的强度和本构关系的研究.人们把模拟土体应力-应变关系的数学表达式称为土体的本构模型.土的力学性质是建立土的本构关系的基础,进而土的本构关系的研究又促进了人们对土的力学特性的认识.土体是一种具有压硬性和剪胀(缩)性的摩擦型固体颗粒材料,存在原生各向异性和应力诱发的各向异性,所以土的应力应变关系非常复杂[2]。
本构模型发展已经有很多年的时间了,这些模型被用于有限元法和有限差分法等数值计算中.任何本构模型都以力学准则为基础得到了详细的阐述,它们中有些建立在试验的基础上,而另外有些建立在理论基础上.
2 经典本构模型的优缺点分析
复杂应力状态下的土体本构模型主要有:变弹性模型;非线性弹性模型;弹塑性模型;坐标直接变换法.
(1)变弹性模型基于广义胡克定律,数学方法相对简单,试验参数测定比较方便,容易为工程界所理解和掌握,因此具有广泛的实用性,其中较常用的是Duncan-张双曲线模型.其突出优点是能反映土体变形特性中最重要的应力应变非线性,主要缺点是不能反映土体的剪胀性和不考虑中主应力的影响,尤其不能反映应力应变关系的各向异性。
(2)线性弹性理论是根据张量对称原理或能量假设而建立的,如次弹性(Hypoela stic)理论,假设应力增量不但与应变全量有关还和应变增量有关,是更一般的形式.它可以表达非线性、剪胀性、应力路径的影响及应力引起的各向异性等,但参数较多,无直接和明确的物理意义,不易合理和唯一的确定,而且次弹性模型的弹性矩阵非对称性,不能保证解的唯一性和稳定性。
(3)弹塑性模型,Roscoe等人提出的剑桥模型简单明快地预测了包括压缩和剪切变形特性在内的土的力学性状,成为岩土材料的经典弹塑性模型,并在世界范围内被广泛应用于工程之中.其优点是考虑了岩土材料的静水压力屈服特性、压硬性、剪胀(缩)性;试验参数只有3个,
测定方法简单;但没有考虑中主应力对强度的影响;该模型的硬化定律采用等向硬化模型,不符合包辛格效应,所以不能很好的反映土体的各向异性。
3 结语
通过对土体各向异性本构模型及其相关研究分析表明,尽管诸多研究者都想努力建立能够良好反映和模拟各向异性的土体本构模型,但其中多数各向异性弹塑性本构模型的研究,能考虑的还主要是屈服函数的修正或修改.关于弹塑性本构模型中的其它准则,还不得不沿用各向同性假设或忽略各向异性特性.
许多不同的本构模型已被用于分析材料的应力-应变特性,它们都有一个共同的特点,在给定的边界条件、初始条件、以及荷载条件下尽可能准确的描述材料的实际特征.为了建立这样的一种机制,人们首先在预先规定的条件下观察材料的变形特征,如在试验实的试验中,针对这些特征,然后运用一种给定的理论(如弹塑性)建模,最后再按照提出的模型进行有效性验证和参数的确定.
参考文献
[1] 沈珠江.理论土力学[M].北京:中国水利水电出版社,2000(5).
[2] 徐志伟.土体各向异性变形特性真三轴试验研究[D].南京:河海大学,2003,11,20.
[3] 徐秉业,陈森灿.塑性理论简明教程[M].北京,清华大学出版社,1981(7).
[4] 郑颍人,沈珠江,龚晓南.岩土塑性力学原理[M].北京,中国建筑工业出版社,2002(11).
[5] 张学言,闫澍旺.岩土塑性力学基础[M].天津:天津大学出版社,2004.
[6] 屈智炯.土的塑性力学[M].成都,成都科技大学出版社,1987(12).
[7] 蒋彭年.土的本构关系[M].北京,科学出版社,1982(11).
[8] 章根德.土的本构模型及其工程应用[M].北京,科学出版社,1995(8).。