粘土岩の三次元非直交弾塑性構成モデル

LU Dechun ,  

CHEN Liwei ,  

ZHOU Xin ,  

XING Huihui ,  

JIANG Meiling ,  

DU Xiuli ,  

摘要

粘土岩は典型的な凝集⁃摩擦型の地質材料であり、荷重時に鉱物粒子のすれ違いと粘土基質の変形により凝集力および内部摩擦角の動的な変化が生じ、複雑な硬化規則とせん断膨張特性を示す。凝集⁃摩擦併用硬化則および非直交塑性流動則に基づき、粘土岩の三次元非直交弾塑性構成モデルを構築した。まずモール⁃クーロン強度基準と粘土岩の多軸試験データを用いて、硬化/軟化過程における凝集力と内部摩擦角の変化規則を逆解析し、二つの独立した硬化/軟化関数を導入して定量的表現を実現した。次に応力依存の塑性内部変数を提案し、低圧力下での脆性挙動および高圧力下での延性挙動を効果的に描写した。分数階微分を用いて、降伏関数の非直交方向を直接得て、非連関流動則における塑性ポテンシャル関数の構築の複雑さを回避した。最後に複数の従来型三軸排水試験からモデルの妥当性を評価した。結果、本モデルは粘土岩の典型的な非線形力学挙動(ひずみ硬化/軟化特性、せん断収縮/膨張現象、異なる圧力条件下での脆性⁃延性転移)を合理的に表現し、粘土岩の工学力学特性の理論解析および数値シミュレーションに信頼性のある構成モデルの支援を提供する。

关键词

粘土岩;構成モデル;非直交流動則;塑性;凝集-摩擦併用硬化

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