● 摘要
自然沉积土表现为不同程度的超固结性，超固结土与正常固结土相比具有较低的孔隙率，较高的强度，表现出剪胀和软化特性。本文通过深入研究超固结土的应力应变特性，在统一硬化模型的基础上，提出了一种适用于超固结土与正常固结土的统一硬化模型；通过考虑初始应力各向异性的影响，将其推广为初始应力各向异性超固结土模型；在此基础上，并结合变换应力方法，推导出了初始应力各向异性超固结土不排水抗剪强度的统一表达式。超固结土模型：本文提出的超固结土模型是以修正剑桥模型为理论基础，并在下加载面思想框架下建立起来的仅比剑桥模型增加了一个参数 （Hvorslev面斜率）的简单、实用的弹塑性模型，对于正常固结土，该模型可退化为经典的修正剑桥模型。模型采用参考屈服面和当前屈服面来反映超固结土在整个应力变化过程中超固结程度会逐渐减弱的趋势。根据参考屈服面和当前屈服面函数推导出了超固结参数 的表达式，并在此基础上定义了与超固结参数 、应力状态和Hvorslev面斜率有关的潜在强度 公式。通过将特征应力比 和潜在强度 引入到超固结土模型的统一硬化参数中，来描述土体的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径依赖性等特性。以平均主应力 的路径为例分析了当前屈服面、参考屈服面、Hvorslev面和潜在强度 在不同应力状态阶段的演化规律，揭示了模型能够描述土体的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径依赖性的本质。采用基于SMP强度准则的变换应力方法对模型实现了三维化，使模型具有模拟三轴压缩、三轴拉伸以及真三轴条件下土体变形特性的功能。应用加卸载准则，模型能够描述复杂加载条件下土的应力—应变特性。初始应力各向异性超固结土模型：与剑桥模型相比，初始应力各向异性超固结土模型仅增加了两个参数，即Hvorslev面斜率 和材料参数 ，它们可通过常规三轴试验确定。通过将潜在强度 、特征应力比 和状态应力比 （新的参数）引入到超固结土模型的统一硬化参数中，来描述初始应力各向异性超固结土的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径依赖性等特性。采用基于SMP强度准则的变换应力方法，模型可合理地应用于三维应力状态。初始应力各向异性超固结土不排水抗剪强度公式：通过参考屈服面函数反推出了临界状态不排水条件，结合旋转角 公式、临界状态不排水条件以及基于SMP的变换应力张量建立了不排水抗剪强度的统一表达式。采用三轴压缩、三轴拉伸条件下的应力洛德角 、旋转角 分别推导出了三轴压缩、三轴拉伸条件下不排水抗剪强度。根据塑性理论和临界状态理论，得出平面应变条件下应力洛德角 、旋转角 的表达式，进而得出平面应变条件下不排水抗剪强度公式。超固结土模型已被收录到即将由高等教育出版社出版的《高等土力学》（谢定义、姚仰平和党发宁编著）教材中。