冻土-构筑物界面粘聚-损伤-摩擦本构模型

陈 晓, 何鹏飞, 董建华, 任 新, 吴晓磊

(1. 甘肃建投土木工程建设集团有限责任公司, 甘肃 兰州 730050; 2. 兰州理工大学 理学院, 甘肃 兰州 730050; 3. 兰州理工大学 土木工程学院 甘肃 兰州 730050)

全年地表温度持续低于0 ℃或最冷季节低于0 ℃的地区称为冻土区,地球陆地面积约50%区域属于冻土区[1-2].我国是冻土分布大国,多年冻土和季节性冻土面积分别占国土陆地面积的21.5%和53.5%[1].随着经济社会的不断发展,在广阔的冻土地区修建了大量的交通、水利、能源、建筑工程.这些工程中不可避免地出现土体-构筑物接触面,在两者的相互作用体系中接触面的力学特征对构筑物的承载力和稳定性至关重要.在构筑物受荷时,接触面附近很薄的一层土体将出现强烈的非线性和大应变梯度变形.由于这层土体通常非常薄,方便起见在数学上通常会忽略其厚度,用界面模型来描述构筑物与土体之间的非线性变形.

界面本构模型是表征土体与构筑物发生相对位移过程中剪切应力-剪切位移关系的数学表达式.建立简洁、合理并能够方便数值分析的界面本构模型对模拟土体与构筑物界面相互作用有重要意义.目前关于融土与构筑物界面的本构模型研究较多,应用较多的有双曲线模型[3-4]、指数函数模型[5-6]、弹塑性模型[7]、幂函数模型[8]、损伤本构模型[9-10]、考虑接触面错动变形的刚塑性模型[11-12]、分形理论模型[13]和扰动状态理论模型[14]等.应用于冻土与构筑物界面的本构模型相对较少,董盛时……