人工凍土遺傳分數(shù)階導(dǎo)數(shù)蠕變本構(gòu)模型研究.pdf

1、凍土是一種極其復(fù)雜多變的工程應(yīng)用材料，其特殊的物質(zhì)成分和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)決定了凍土具有復(fù)雜的工程特性。在傳統(tǒng)的土力學研究中，土的本構(gòu)關(guān)系都是應(yīng)力與應(yīng)變兩者之間的關(guān)系。而事實上，自然界土體的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系與時間有著緊密的關(guān)系。越來越多的工程實例表明，巖土很多工程的破壞都跟凍土流變有關(guān)。因而，研究凍土的流變特性具有重要的理論價值和實踐意義。正如土的本構(gòu)關(guān)系在土力學中的重要性，土的流變本構(gòu)關(guān)系也是土流變研究的關(guān)鍵所在。
　　基于分數(shù)階導(dǎo)數(shù)的

2、基本定義，本文構(gòu)建了一種新的流變元件Abel粘壺，與其他經(jīng)典元件組合，得到了描述凍土流變特性的分數(shù)階導(dǎo)數(shù)蠕變模型，即提出了在經(jīng)典粘彈性模型理論中采用Abel粘壺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的牛頓粘壺的新觀點。利用經(jīng)典粘彈性理論和分數(shù)階導(dǎo)數(shù)理論對凍土材料的流變性能特別是蠕變性能進行了分析。在開爾文模型的基礎(chǔ)上，利用人工凍土蠕變方程中參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，建立參數(shù)非線性蠕變模型，針對整數(shù)階微積分本構(gòu)關(guān)系所需元件多等不足，采用分數(shù)階微積分來描述人工凍土的蠕變過程。采集

3、兩淮地區(qū)的黏土進行重塑，在自行研制的WDT-100凍土性能試驗機上進行了人工凍土的單軸抗壓強度和單軸蠕變試驗，對試驗結(jié)果分別用經(jīng)典Kelvin模型、分數(shù)階導(dǎo)數(shù)Kelvin模型和經(jīng)驗公式進行了本構(gòu)建模，并且采用遺傳算法進行全局優(yōu)化。研究表明:
　　分數(shù)階導(dǎo)數(shù)模型可以精確地擬合凍土的蠕變過程，而且形式簡單、統(tǒng)一，在計算過程中需要調(diào)整的參數(shù)很少，往往比經(jīng)典的Maxwell模型、經(jīng)典的Kelvin模型、經(jīng)典的三元件固體模型、經(jīng)典的Burg