基于抛物线强度准则的冻土热弹性-塑性柱孔扩张模型

柱孔扩张; 冻土; 温度场; 强度; 弹塑性分析;
["黄一峰","刘恩龙liuenlong@scu.edu.cn"] 2024-07-08 期刊论文
柱孔扩张作为典型的边值问题,可以用来分析冻土区的桩基工程在施工时土体受到径向压力时的应力和位移。在施工时随着孔内径向压力的增加,周围土体会逐渐由弹性状态转变为弹塑性状态,进而可将周围土体划分为弹性区和塑性区,其应力状态由不同的控制方程确定。现有的柱孔扩张模型适用于未冻土和岩石,其本构方程和强度准则仅与材料自身的力学特性有关,而冻土的柱孔扩张模型还与土体的温度分布有关。此外,冻土的强度准则还具有与未冻土明显不同的非线性特征,即随着平均应力的增大冻土的强度先增大而后会降低,通常呈现抛物线形式。本文模型基于适用于冻土的抛物线强度准则,同时考虑了温度分布对冻土力学特性的影响,使用了包含温度变量的热弹性本构方程对土体的应力状态进行分析。在计算塑性区的位移时,本文模型运用连续介质力学的运动方程推导了柱孔内侧位移的表达式。通过算例分析,可以发现弹塑性分界面上环向应力的不连续、塑性区的变形存在压硬性等,与冻土的实际力学特性相符合。当孔内温度变化,塑性区的范围和应力分布均会发生改变。本模型对冻土地区的原位土工试验、桩基础设计和施工有指导意义。
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