土的組構各向異性及其本構模擬研究進展

楊仲軒，閆珞洢，余 洋，廖 棟，趙朝發

（浙江大學 土木工程學系/巖土工程計算中心/浙江省地下空間開發工程技術研究中心，浙江 杭州 310058）

0 引 言

土是由土顆粒與孔隙組成的多相介質。天然的土體孔隙中常充滿水和空氣。按土顆粒特性的不同，土通常被分為砂土、黏土、粉土等。按照孔隙中含水量的填充程度不同，我們把同時含有液態水和空氣的土稱為非飽和土，把僅充滿液態水的土稱為飽和土。本文重點介紹飽和土的本構模型及其研究進展。

本構模型[1-3]用來定量描述在外荷載作用下土體的力學響應，是土力學的核心研究內容之一，其理論基礎是連續介質力學，通常用應力與應變關系表示。早期土體的本構模型主要借鑒于固體（如金屬等）。隨著對土體力學特性認識的深入，與金屬等固體材料不同，土往往表現出多相性、非均質性、非線性、壓敏性、剪脹性、各向異性、應力路徑與狀態相關性、臨界狀態等復雜力學行為[1,4-6]。為描述這些特性，眾多學者采用不同本構假設，構建了多種土體本構模型。

當前主流的土體本構模型通常基于臨界狀態理論[5]。該理論的提出被認為是土力學發展的里程碑。本文主要以砂土和黏土這兩類典型土體為例，對考慮組構各向異性的本構模型研究進展進行總結歸納，并對面臨的挑戰進行了展望。

本文首先介紹土的組構各向異性，經典臨界狀態理論和各向異性臨界狀態理論，隨后分別介紹針對砂土和黏土開發的彈塑性本構模型和亞塑性本構模型，最后分析和總結已有模型的優缺點，對如何進一步發展各向異性土體本構模型提出建議。……