岩土本构理论的几个基本问题研究

郑炎昊

摘要：通过研究岩土基本力学性质，能够判断出经典塑性力学原理、Drucker塑性公设理论等与岩土材料不兼容。从岩土本构理论层面进行探究，能够判断出以经典塑性为基础的单屈服面模型不管是否选择流动法则，均与岩土材料不兼容；岩土屈服面非唯一，其重数和塑性应变增量自由度相同，且不具备外凸现象。

关键词：本构理论；岩土材料；屈服面；经典塑性理论

1.引言

最早的岩土材料本构模型是参照传统塑性理论研制出来的，不过，通过一些岩土实验和项目实践分析得出，此模型不能体现出岩土材料的个别基本力学特征：岩土材料的塑性应变增量态势和应力状态并非存在单一关系，却和应力增量具备一定的关联性「1」；主应力轴旋转会引起土体发生塑性异变；以单屈服面则不能更客观地说明岩土材料的缩胀特征。基于此，相关研究学家度其展开全面分析，构建了一些不适用经典塑性理论的本构模型、双屈服面模型或通过非关联流动法则来改正偏离的缩胀问题。

本文通过研究岩土基本变形原理，探讨塑性公设的可行性、经典塑性理论不兼容岩土材料变形体系的原因，并且对岩土本构理论的几个关键问题展开探讨与分析。

2.Drucker公设不支持岩土材料的证明

对于Drucker公设来说，则是材料的物质微元基于应力空间下的任意附加应力循环中附加应力做的功非负，其表达式是：

通过上一章的分析能够说明：若岩土材料剪缩的话，增量塑性应力应变关系的塑性系数矩阵并非线性关系。所以，塑性应变增量态势和应力状态之间并非具有单一关系，不过和应力增量存在相关性。由此来看，若土体剪缩的话，岩土材料的塑性应变增量态势和应力状态之间并非具有单一关系，，塑性应变增量无法如式（10）一般通过仅有的一个塑性势函数进行说明，那么，经典塑性理论自然不支持岩土材料。

同理，也能够在应变空间中展开研究，以此说明应变空间中的经典塑性理论不支持岩土材料。

4岩土本构理论的几个重要问题探讨

4.1现今岩土建模理论介绍

通过以上内容能够证明：经典塑性理论不支持岩土材料，对此，以传统塑性理论为基础的岩土本构模型——单屈服面相关联流动模型一样不能

说明岩土基本变形原理，是行不通的。对于该模型来说，其可以对传统塑性理论进行完善与改正，确保偏大的剪胀现象能够得以改正，不过，其依旧是以塑性应变增量为基础和应力状态的唯一性假定。现今对于相关模型的构建来说，有一些问题需要探讨，例如：屈服面的重数和判断方案，是否可以选择相关联流动法则等。

4.2相关联流动法则是否适用

对于双重屈服面模型来说，具备一个争议点，那就是：可否选择相关联流动法则。其实，在进行判断其合理性与优势的过程中，应该强调的是，对于传统塑性理论来说，则是按照Drucker公设构建该法则的，以上内容也证实，其不支持岩土材料，所以，对于岩土双重屈服来说，选用该法则是不合理的。另外在探讨岩土屈服面的过程中，也需要证实：土体屈服面的重数和塑性应变增量的自由度相同，不过并非单一。

5.总结与归纳

笔者通过岩土材料基本力学性质进行分析，对岩土本构理论的几个基本问题展开分析，具体结论是：

（1）Drucker公设不支持岩土材料；

（2）经典塑性力学原理不支持岩土材料；

（3）以传统塑性理论为基础的单屈服面模型不管是否应用相关联流动法则，均不能说明岩土基本变形原理，其是不科学的；

（4）针对多重屈服面模型来说，屈服面重数和塑性应变增量自由度相同；

（5）相关联流动法则不支持岩土材料；

（6）岩土屈服面或许并不外凸，不过并未唯一。

参考文献：

[1]不同应变类型红黏土归一化特性分析[J].肖桂元,黄翔.地下空间与工程学报.2017(05)

[2]土的应力状态和基于Mohr-Coulomb准则的结构性模型[J].李顺群,张来栋,夏锦红,孔德志.中国公路学报.2014(11)

[3]ImprovedslopesafetyanalysisbynewDruker-Pragertypecriterion[J].朱俊高,彭凯,J.F.Shao,刘汉龙.JournalofCentralSouthUniversity.2012(04)