文档介绍：文章编号（黑体加粗）：1000—7598—（2003） 02—0304—03 （编号用 Times New Roman）
饱和土本构模型研究进展
摘 要：自 20 世纪 50 年代以来，随着计算机技术的发展，许多能够描述饱和土体复杂力学需要根据实际工程问题来选 取。本文主要介绍相对简单并且发展较为成熟的前 两类模型。
非线性弹性模型的共同特点是材料的弹性模型 参数与应力应变水平之间有关，对线弹性的广义胡 克定律进行了推广，建立增量型、全量型或者积分 型的本构关系。依据基本假设的不同,又可以分为： Cauchy弹性模型、超弹性模型和亚弹性模型，相对 于Cauchy弹性和超弹性模型,亚弹性模型表达式更 具一般性，能够模拟材料更复杂的行为。不同类型 的模型定义的应力应变关系函数也不相同。对于 Cauchy弹性本构，需要定义了一个二阶张量函数， 亚弹性应力应变关系为四阶张量，而超弹性需要定 义一个标量势函数，因此从满足能量守恒原则的角 度来说，超弹性本构符合热力学原理[4]。但是不论 是Cauchy弹性，超弹性还是亚弹性，待定的材料参 数都很多，而且很多参数目前还不能直接由试验给 出或者需要进行大量的试验才能得出，大多数的此 类模型都只停留在理论层面或者只能通过数值试验 来进行参数反演，而这一过程十分复杂，并不被工 程界所推崇，因此人们在处理弹性问题时会假设材 料为各项同性体或者横观各向异性体来减少本构参 数，产生了许多较为实用且参数容易获得的本构模 型。
典型的非线性弹性本构主要有双曲线型的E-B 和E-“模型，K-G模型以及小应变刚度模型等。K-G 模型是双线性弹性模型的拓展，模型中考虑了应力 水平对模型参数的影响，假设模型参数K,G为应力 水平的函数，建立增量应力应变关系。典型的K-G 模型有：Domaschuk-Valliappan 模型，Naylor模型和 沈珠江模型，模型的不同之处主要是对K,G的应力 水平函数的假设上。相对于K-G模型，双曲线型模 型建立的是全量型应力应变关系，为了能够适应有 限元分析，将其化为增量的形式。该模型最初由 Kondner(1963)[5]提出，后来有Duncan进一步发展， 得到著名的邓肯张模型(1970) [6],并在工程界得到 广泛的应用。由于测量手段的局限性，对于微小变 形问题其处理方式在很长一段时间都是采用的线弹 性假设，随着电子测量技术的提高，人们可以对微 小变形进行精准的测量，并发展出一套非线性弹性 本构来模拟，Jardine[7]最早提出了模量随应变水平 变化的模型，其后Puzrin⑻等人对理论进行了完善， 提出了微小应变区域(SSR)的概念。以上这些模型 大多都是假设材料为各项同性材料，对于像土这种 具有横观各向异性的材料，需要对本构关系进行调 整，独立的材料参数将会增加，另外，由于上述模 型都假设了主应力主应变方向一致，所以对于土体 的一些特性如剪胀性不能够很好的模拟，而对于剪 胀性等土体特性的模拟，将在后面弹塑性模型中加 以介绍。
如上面所述非线性弹性本构模型不能很好地模 拟应力应变方向不一致或者状态演化等这些土体相 对于金属材料更加复杂的特性，而弹塑性模型可以 很好的模拟这些特性，因此近年来受到研究人员的 广泛关注。传统弹塑性理