武漢巖土所凍土粘亞塑性本構模型研究獲進展

　　我國多年凍土和季節凍土面積分別占國土面積的21.5%和53.5%，在凍土地區進行工程建設時，必須考慮凍土地基的承載力及變形，凍土與工程建筑物之間相互作用等一系列工程凍土學理論和實踐問題，以確保凍土地基上工程建筑物的穩定性、耐久性和經濟性。由于描述凍土單元平衡的平衡方程和變形協調的連續性方程與凍土的力學性質無關，核心工作就是要建立描述凍土應力–應變–時間關系的物理方程，即本構模型。

　　目前對凍土所建立的本構模型大多都是以依賴于試驗和假設的塑性理論為基礎，以某一常規土的本構模型為藍本而得到的。這要求研究者圍繞塑性理論的三大支柱問題，即屈服條件、流動法則和硬化定律展開具體研究。然而，對凍土而言，這些支柱問題的合理解決會因凍土的多相異質性和溫度敏感性變得比常規土里困難得多。

　　中國科學院武漢巖土力學研究所特殊土土力學方向組科研人員在前期研究中借用一種新的本構理論——亞塑性理論，在砂土亞塑性本構模型基礎上，通過引入由依賴于溫度的凍土粘聚力構建的球應力張量和依賴于變形的因子，建立了一個凍結砂土的亞塑性本構模型。通過模擬凍土在不同溫度以及應力水平下的應力–應變關系和體變規律，對該模型進行了驗證。隨后，在此模型的基礎上，通過引入應變的高階導數項和蠕變損傷因子，建立了凍土的粘亞塑性本構模型。該模型不僅能夠考慮溫度、應力水平和加載速率等因素對凍土力學性質的影響，還能考慮凍土在復雜應力狀態下的蠕變行為。相關結果分別發表在Soils and Foundations 和International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics上。

　　論文信息：

　　Guofang Xu, Wei Wu, Jilin Qi, 2016. An extended hypoplastic constitutive model for frozen sand. Soils and Foundations, 56 (4): 704–711.

　　Guofang Xu, Wei Wu, Jilin Qi, 2016. Modeling the viscous behavior of frozen soil with hypoplasticity. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 40 (15): 2061–2075.