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1、工学第1章 岩土弹塑性力学 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望参考书参考书参考书参考书材料受力三个阶段：材料受力三个阶段：弹性弹性 塑性塑性 破坏破坏 弹性力学弹性力学 塑性力学塑性力学 破坏力学破坏力学 断裂力学等断裂力学等1-1 1-1 概述概述 弹性阶段弹性阶段弹性阶段弹性阶段：内力与变形存在着完全对应的关系，外力：内力与变形存在着完全对应的关系，外力：内力与变形存在着完全对应的关系，外力：内力与变形存在着完全对应的关系，外力消除后变形就完全恢复
2、。消除后变形就完全恢复。消除后变形就完全恢复。消除后变形就完全恢复。应力与应变之间的关系是一应力与应变之间的关系是一应力与应变之间的关系是一应力与应变之间的关系是一一对应的，知道了应力立即可求应变。这种应力和应一对应的，知道了应力立即可求应变。这种应力和应一对应的，知道了应力立即可求应变。这种应力和应一对应的，知道了应力立即可求应变。这种应力和应变之间能建上一一对应关系的称全量关系。变之间能建上一一对应关系的称全量关系。变之间能建上一一对应关系的称全量关系。变之间能建上一一对应关系的称全量关系。塑性阶段塑性阶段塑性阶段塑性阶段：研究材料在塑性阶段内的受力与变形，这阶：研究材料在塑性阶段内的受力
3、与变形，这阶：研究材料在塑性阶段内的受力与变形，这阶：研究材料在塑性阶段内的受力与变形，这阶段内的应力应变关系要受到加载状态、应力水平、应力段内的应力应变关系要受到加载状态、应力水平、应力段内的应力应变关系要受到加载状态、应力水平、应力段内的应力应变关系要受到加载状态、应力水平、应力历史与应力路径的影响。历史与应力路径的影响。历史与应力路径的影响。历史与应力路径的影响。差别：差别：差别：差别：在应力与应变之间的物理关系不同，即本构关系在应力与应变之间的物理关系不同，即本构关系在应力与应变之间的物理关系不同，即本构关系在应力与应变之间的物理关系不同，即本构关系不同。不同。不同。不同。本质差别：在
4、于材料是否存在不可逆的塑性变形本质差别：在于材料是否存在不可逆的塑性变形本质差别：在于材料是否存在不可逆的塑性变形本质差别：在于材料是否存在不可逆的塑性变形弹性阶段：应力与应变之间的关系是一一对应的，这种应力和弹性阶段：应力与应变之间的关系是一一对应的，这种应力和弹性阶段：应力与应变之间的关系是一一对应的，这种应力和弹性阶段：应力与应变之间的关系是一一对应的，这种应力和应变之间能建上一一对应关系的称全量关系应变之间能建上一一对应关系的称全量关系应变之间能建上一一对应关系的称全量关系应变之间能建上一一对应关系的称全量关系塑性阶段：塑性阶段：塑性阶段：塑性阶段：由于塑性变形中加卸载规律不一样，当由
5、于塑性变形中加卸载规律不一样，当由于塑性变形中加卸载规律不一样，当由于塑性变形中加卸载规律不一样，当 一定时，由一定时，由一定时，由一定时，由于加载路径不同，可以对应不同的于加载路径不同，可以对应不同的于加载路径不同，可以对应不同的于加载路径不同，可以对应不同的（图（图（图（图a)a)。给定。给定。给定。给定 值时，也可以值时，也可以值时，也可以值时，也可以对应于不同的对应于不同的对应于不同的对应于不同的(图图图图b)b)。即进入塑性状态后如不给定加载路径是。即进入塑性状态后如不给定加载路径是。即进入塑性状态后如不给定加载路径是。即进入塑性状态后如不给定加载路径是无法建立应力无法建立应力无法建
6、立应力无法建立应力应变之间的全量关系，通常在塑性理论中建立应应变之间的全量关系，通常在塑性理论中建立应应变之间的全量关系，通常在塑性理论中建立应应变之间的全量关系，通常在塑性理论中建立应力增量与应变增量的增量关系而只有一些简单加载情况力增量与应变增量的增量关系而只有一些简单加载情况力增量与应变增量的增量关系而只有一些简单加载情况力增量与应变增量的增量关系而只有一些简单加载情况(例如不例如不例如不例如不卸载卸载卸载卸载)才可能建下全量关系。才可能建下全量关系。才可能建下全量关系。才可能建下全量关系。18641864年年年年TrescaTresca公布了最大剪应力屈服准则公布了最大剪应力屈服准则公
7、布了最大剪应力屈服准则公布了最大剪应力屈服准则塑性力学作为一门独立学科开始塑性力学作为一门独立学科开始塑性力学作为一门独立学科开始塑性力学作为一门独立学科开始(1)(1)金属材料简单拉压试验金属材料简单拉压试验金属材料简单拉压试验金属材料简单拉压试验AA点：材料的比例极限点：材料的比例极限点：材料的比例极限点：材料的比例极限 PPB B点：材料的弹性极限点：材料的弹性极限点：材料的弹性极限点：材料的弹性极限 CCDD点：材料的强度极限点：材料的强度极限点：材料的强度极限点：材料的强度极限 bb金属材料的基本试验金属材料的基本试验金属材料的基本试验金属材料的基本试验CC点卸载：沿点卸载：沿点卸载
8、：沿点卸载：沿CFGCFG从从从从GG点重新开始拉伸，沿点重新开始拉伸，沿点重新开始拉伸，沿点重新开始拉伸，沿GFCGFC，超过超过超过超过c c点的应力以后才又发生新的点的应力以后才又发生新的点的应力以后才又发生新的点的应力以后才又发生新的塑性变形。表明经过前次塑件变形以后弹性极限提高了塑性变形。表明经过前次塑件变形以后弹性极限提高了塑性变形。表明经过前次塑件变形以后弹性极限提高了塑性变形。表明经过前次塑件变形以后弹性极限提高了为与初始屈服应力相区别，称为加载应力为与初始屈服应力相区别，称为加载应力为与初始屈服应力相区别，称为加载应力为与初始屈服应力相区别，称为加载应力这种现象称为加工硬化或
9、应变硬化这种现象称为加工硬化或应变硬化这种现象称为加工硬化或应变硬化这种现象称为加工硬化或应变硬化GG对对对对J J：低碳钢材料，在：低碳钢材料，在：低碳钢材料，在：低碳钢材料，在屈服阶段中，卸载后重新加载并没有上述强化现象，被称屈服阶段中，卸载后重新加载并没有上述强化现象，被称屈服阶段中，卸载后重新加载并没有上述强化现象，被称屈服阶段中，卸载后重新加载并没有上述强化现象，被称为理想为理想为理想为理想塑性或塑性流动阶段。塑性或塑性流动阶段。塑性或塑性流动阶段。塑性或塑性流动阶段。s s+ss(2)(2)静水压力静水压力静水压力静水压力(各向均匀受压各向均匀受压各向均匀受压各向均匀受压)试验结果
10、试验结果试验结果试验结果勃里奇曼勃里奇曼勃里奇曼勃里奇曼(Bridgman)(Bridgman)通过试验曾对静水压力对变形过程影响作通过试验曾对静水压力对变形过程影响作通过试验曾对静水压力对变形过程影响作通过试验曾对静水压力对变形过程影响作较全面的研究。较全面的研究。较全面的研究。较全面的研究。试验表明，在压力不太大的情况，体积应变实际上与静水压试验表明，在压力不太大的情况，体积应变实际上与静水压试验表明，在压力不太大的情况，体积应变实际上与静水压试验表明，在压力不太大的情况，体积应变实际上与静水压力成线性关系；对于一般金属材料，可以认为体积变化基本上力成线性关系；对于一般金属材料，可以认为体
11、积变化基本上力成线性关系；对于一般金属材料，可以认为体积变化基本上力成线性关系；对于一般金属材料，可以认为体积变化基本上是弹性的，除去静水压力后体积变形可以完全恢复，没有残余是弹性的，除去静水压力后体积变形可以完全恢复，没有残余是弹性的，除去静水压力后体积变形可以完全恢复，没有残余是弹性的，除去静水压力后体积变形可以完全恢复，没有残余的体积变形。因此，在传统塑性理论中常假定不产生塑性体积的体积变形。因此，在传统塑性理论中常假定不产生塑性体积的体积变形。因此，在传统塑性理论中常假定不产生塑性体积的体积变形。因此，在传统塑性理论中常假定不产生塑性体积变形而且在塑性变形过程中，体积变形与塑性变形相比
12、往往变形而且在塑性变形过程中，体积变形与塑性变形相比往往变形而且在塑性变形过程中，体积变形与塑性变形相比往往变形而且在塑性变形过程中，体积变形与塑性变形相比往往是可以忽略的是可以忽略的是可以忽略的是可以忽略的 。BridgmanBridgman和其他研究人员的实验结果确认：在静水压力不大条和其他研究人员的实验结果确认：在静水压力不大条和其他研究人员的实验结果确认：在静水压力不大条和其他研究人员的实验结果确认：在静水压力不大条件下、静水压力对材料屈服极限的影响完全可以忽略。因此在件下、静水压力对材料屈服极限的影响完全可以忽略。因此在件下、静水压力对材料屈服极限的影响完全可以忽略。因此在件下、静水
13、压力对材料屈服极限的影响完全可以忽略。因此在传统塑性力学中，完全不考虑体积变形对塑性变形的影响。传统塑性力学中，完全不考虑体积变形对塑性变形的影响。传统塑性力学中，完全不考虑体积变形对塑性变形的影响。传统塑性力学中，完全不考虑体积变形对塑性变形的影响。岩石类介质的压缩试验结果岩石类介质的压缩试验结果岩石类介质的压缩试验结果岩石类介质的压缩试验结果OAOA段段段段:压密阶段，曲线缓慢增大，反映岩石试件压密阶段，曲线缓慢增大，反映岩石试件压密阶段，曲线缓慢增大，反映岩石试件压密阶段，曲线缓慢增大，反映岩石试件内裂缝逐渐压密，体积缩小。内裂缝逐渐压密，体积缩小。内裂缝逐渐压密，体积缩小。内裂缝逐渐压
14、密，体积缩小。ABAB段段段段:弹性阶段，曲线斜率为常数或接近常数，弹性阶段，曲线斜率为常数或接近常数，弹性阶段，曲线斜率为常数或接近常数，弹性阶段，曲线斜率为常数或接近常数，此时体积仍有所压缩，此时体积仍有所压缩，此时体积仍有所压缩，此时体积仍有所压缩，BB点称为屈服强度点称为屈服强度点称为屈服强度点称为屈服强度BCBC段段段段:破坏的先行阶段，随着荷载继续增大，变破坏的先行阶段，随着荷载继续增大，变破坏的先行阶段，随着荷载继续增大，变破坏的先行阶段，随着荷载继续增大，变形和荷载呈非线性关系，这种非弹性变形是由于形和荷载呈非线性关系，这种非弹性变形是由于形和荷载呈非线性关系，这种非弹性变形是
15、由于形和荷载呈非线性关系，这种非弹性变形是由于岩石内微裂隙的发生与发展，以及结晶颗粒界曲岩石内微裂隙的发生与发展，以及结晶颗粒界曲岩石内微裂隙的发生与发展，以及结晶颗粒界曲岩石内微裂隙的发生与发展，以及结晶颗粒界曲的滑动等塑性受形两者共同产：从的滑动等塑性受形两者共同产：从的滑动等塑性受形两者共同产：从的滑动等塑性受形两者共同产：从BB点开始，岩石点开始，岩石点开始，岩石点开始，岩石就出现剪胀现象就出现剪胀现象就出现剪胀现象就出现剪胀现象(即在剪应力作用下出现体积膨胀即在剪应力作用下出现体积膨胀即在剪应力作用下出现体积膨胀即在剪应力作用下出现体积膨胀)的趋势的趋势的趋势的趋势CDCD段段段段:
16、曲线下降，岩石开始解体，岩石强度从峰曲线下降，岩石开始解体，岩石强度从峰曲线下降，岩石开始解体，岩石强度从峰曲线下降，岩石开始解体，岩石强度从峰值强度下降至残余强度，这种情况叫做应变软化值强度下降至残余强度，这种情况叫做应变软化值强度下降至残余强度，这种情况叫做应变软化值强度下降至残余强度，这种情况叫做应变软化这是岩土类材料区别于金属材料的一个特点。在这是岩土类材料区别于金属材料的一个特点。在这是岩土类材料区别于金属材料的一个特点。在这是岩土类材料区别于金属材料的一个特点。在软化阶段内，岩土材料成为不稳定材料，传统塑软化阶段内，岩土材料成为不稳定材料，传统塑软化阶段内，岩土材料成为不稳定材料，
17、传统塑软化阶段内，岩土材料成为不稳定材料，传统塑性力学不适应性力学不适应性力学不适应性力学不适应岩石类介质的压缩试验结果岩石类介质的压缩试验结果岩石类介质的压缩试验结果岩石类介质的压缩试验结果围压对三轴应力应变曲线和岩体塑围压对三轴应力应变曲线和岩体塑围压对三轴应力应变曲线和岩体塑围压对三轴应力应变曲线和岩体塑性性质有明显影响。当围压低时性性质有明显影响。当围压低时性性质有明显影响。当围压低时性性质有明显影响。当围压低时屈服强度低，软化现象明显。随着屈服强度低，软化现象明显。随着屈服强度低，软化现象明显。随着屈服强度低，软化现象明显。随着围压增大，岩石的峰值强度和屈服围压增大，岩石的峰值强度和
18、屈服围压增大，岩石的峰值强度和屈服围压增大，岩石的峰值强度和屈服强度都增高，塑性性质明显增加。强度都增高，塑性性质明显增加。强度都增高，塑性性质明显增加。强度都增高，塑性性质明显增加。假定试样土粒本身体积不假定试样土粒本身体积不变，土的压缩仅由于孔隙变，土的压缩仅由于孔隙体积的减小，因此土的压体积的减小，因此土的压缩变形常用孔隙比缩变形常用孔隙比e的变化的变化来表示。来表示。压力压力p与相应的稳定孔隙比与相应的稳定孔隙比的关系曲线称为压缩曲线的关系曲线称为压缩曲线土与岩石土与岩石土与岩石土与岩石样，其体应变不是样，其体应变不是样，其体应变不是样，其体应变不是纯弹性的，与金属材料不同纯弹性的，与
19、金属材料不同纯弹性的，与金属材料不同纯弹性的，与金属材料不同土的压缩试验结果土的压缩试验结果土的压缩试验结果土的压缩试验结果在三轴情况下，随土性和应力路径不同，应力在三轴情况下，随土性和应力路径不同，应力在三轴情况下，随土性和应力路径不同，应力在三轴情况下，随土性和应力路径不同，应力应变曲线有两应变曲线有两应变曲线有两应变曲线有两种形式：一是硬化型，一般为双曲线；另一为软化型，种形式：一是硬化型，一般为双曲线；另一为软化型，种形式：一是硬化型，一般为双曲线；另一为软化型，种形式：一是硬化型，一般为双曲线；另一为软化型，般为般为般为般为驼峰曲线。驼峰曲线。驼峰曲线。驼峰曲线。1 1在一定范围内，
20、岩土抗剪强度和刚度随压应力的增大而增在一定范围内，岩土抗剪强度和刚度随压应力的增大而增在一定范围内，岩土抗剪强度和刚度随压应力的增大而增在一定范围内，岩土抗剪强度和刚度随压应力的增大而增大，这种特性可称为岩土的压硬性。大，这种特性可称为岩土的压硬性。大，这种特性可称为岩土的压硬性。大，这种特性可称为岩土的压硬性。岩土的抗剪强度不仅由粘结力产生，而且由内摩擦角产生。这岩土的抗剪强度不仅由粘结力产生，而且由内摩擦角产生。这岩土的抗剪强度不仅由粘结力产生，而且由内摩擦角产生。这岩土的抗剪强度不仅由粘结力产生，而且由内摩擦角产生。这是因为岩土由颗粒材料堆积或胶结而成，属于摩擦型材料，因是因为岩土由颗粒
21、材料堆积或胶结而成，属于摩擦型材料，因是因为岩土由颗粒材料堆积或胶结而成，属于摩擦型材料，因是因为岩土由颗粒材料堆积或胶结而成，属于摩擦型材料，因而它的抗剪强度与内摩擦角及压应力有关，而金属材料不具这而它的抗剪强度与内摩擦角及压应力有关，而金属材料不具这而它的抗剪强度与内摩擦角及压应力有关，而金属材料不具这而它的抗剪强度与内摩擦角及压应力有关，而金属材料不具这种特性，抗剪强度与压应力无关。种特性，抗剪强度与压应力无关。种特性，抗剪强度与压应力无关。种特性，抗剪强度与压应力无关。2 2岩土为多相材料，岩土颗粒中含有孔隙，因而在各向等岩土为多相材料，岩土颗粒中含有孔隙，因而在各向等岩土为多相材料，
22、岩土颗粒中含有孔隙，因而在各向等岩土为多相材料，岩土颗粒中含有孔隙，因而在各向等压作用下，岩土颗粒中的水、气排出，就能产生塑性体变，出压作用下，岩土颗粒中的水、气排出，就能产生塑性体变，出压作用下，岩土颗粒中的水、气排出，就能产生塑性体变，出压作用下，岩土颗粒中的水、气排出，就能产生塑性体变，出现屈服，而金属材料在等压作用下是不会产生体变的。这种持现屈服，而金属材料在等压作用下是不会产生体变的。这种持现屈服，而金属材料在等压作用下是不会产生体变的。这种持现屈服，而金属材料在等压作用下是不会产生体变的。这种持性可称为岩土的等压屈服特性。性可称为岩土的等压屈服特性。性可称为岩土的等压屈服特性。性可
23、称为岩土的等压屈服特性。岩土类材料的基本力学特点岩土类材料的基本力学特点岩土类材料的基本力学特点岩土类材料的基本力学特点3 3 与金属材料不同岩土的体应变还与剪应力有关，即剪应力作与金属材料不同岩土的体应变还与剪应力有关，即剪应力作与金属材料不同岩土的体应变还与剪应力有关，即剪应力作与金属材料不同岩土的体应变还与剪应力有关，即剪应力作用下，岩土材料会产生塑性体应变用下，岩土材料会产生塑性体应变用下，岩土材料会产生塑性体应变用下，岩土材料会产生塑性体应变(膨胀或收缩膨胀或收缩膨胀或收缩膨胀或收缩)，即岩土的剪，即岩土的剪，即岩土的剪，即岩土的剪胀性胀性胀性胀性(包含剪缩性包含剪缩性包含剪缩性包含
24、剪缩性)。反之，岩土的剪应变也与平均应力有关，。反之，岩土的剪应变也与平均应力有关，。反之，岩土的剪应变也与平均应力有关，。反之，岩土的剪应变也与平均应力有关，在平均压应力作用下引起负剪切变形，导致刚度增大，这也是在平均压应力作用下引起负剪切变形，导致刚度增大，这也是在平均压应力作用下引起负剪切变形，导致刚度增大，这也是在平均压应力作用下引起负剪切变形，导致刚度增大，这也是压硬性的一种表现。压硬性的一种表现。压硬性的一种表现。压硬性的一种表现。4 4土体塑性变形依赖于应力路径。即土的本构模型，土体塑性变形依赖于应力路径。即土的本构模型，土体塑性变形依赖于应力路径。即土的本构模型，土体塑性变形依
25、赖于应力路径。即土的本构模型，计算参数计算参数计算参数计算参数的选用都与应力路径相关。应力路径的突然转折会引起塑性应变的选用都与应力路径相关。应力路径的突然转折会引起塑性应变的选用都与应力路径相关。应力路径的突然转折会引起塑性应变的选用都与应力路径相关。应力路径的突然转折会引起塑性应变增量方向的改变。即：塑性应变增量的方向与应力增量的方向有增量方向的改变。即：塑性应变增量的方向与应力增量的方向有增量方向的改变。即：塑性应变增量的方向与应力增量的方向有增量方向的改变。即：塑性应变增量的方向与应力增量的方向有关，而不像传统塑性仪势理论中规定的塑性应变增量方向只与应关，而不像传统塑性仪势理论中规定的
26、塑性应变增量方向只与应关，而不像传统塑性仪势理论中规定的塑性应变增量方向只与应关，而不像传统塑性仪势理论中规定的塑性应变增量方向只与应力状态有关，而与应力增量无关。且，当主应力值不变，主应力力状态有关，而与应力增量无关。且，当主应力值不变，主应力力状态有关，而与应力增量无关。且，当主应力值不变，主应力力状态有关，而与应力增量无关。且，当主应力值不变，主应力轴方向发生改变时土体也会产生塑性变形。轴方向发生改变时土体也会产生塑性变形。轴方向发生改变时土体也会产生塑性变形。轴方向发生改变时土体也会产生塑性变形。经典塑性理论对材料性质的假设经典塑性理论对材料性质的假设经典塑性理论对材料性质的假设经典塑
27、性理论对材料性质的假设(1)(1)静水压力只产生弹性体积变化，不产生塑性体应变；因静水压力只产生弹性体积变化，不产生塑性体应变；因静水压力只产生弹性体积变化，不产生塑性体应变；因静水压力只产生弹性体积变化，不产生塑性体应变；因此，材料屈服与静水压力无关。此，材料屈服与静水压力无关。此，材料屈服与静水压力无关。此，材料屈服与静水压力无关。(2)(2)材料属于理想塑性材料或应变硬化塑性材料材料属于理想塑性材料或应变硬化塑性材料材料属于理想塑性材料或应变硬化塑性材料材料属于理想塑性材料或应变硬化塑性材料(即稳定性材料即稳定性材料即稳定性材料即稳定性材料)，故不可能发生软化现象故不可能发生软化现象故不
28、可能发生软化现象故不可能发生软化现象(不稳定性材料不稳定性材料不稳定性材料不稳定性材料)（3 3）抗拉屈服极限与抗压屈服极限相同）抗拉屈服极限与抗压屈服极限相同）抗拉屈服极限与抗压屈服极限相同）抗拉屈服极限与抗压屈服极限相同(4)(4)材料具有材料具有材料具有材料具有BauschingerBauschinger效应效应效应效应(5)(5)塑性应变增量方向服从正交流动塑性应变增量方向服从正交流动塑性应变增量方向服从正交流动塑性应变增量方向服从正交流动法则，即塑性应变增量方向沿着屈服法则，即塑性应变增量方向沿着屈服法则，即塑性应变增量方向沿着屈服法则，即塑性应变增量方向沿着屈服面的梯度或外法线方向
29、面的梯度或外法线方向面的梯度或外法线方向面的梯度或外法线方向岩土塑性力学与经典塑性力学的不同点岩土塑性力学与经典塑性力学的不同点岩土塑性力学与经典塑性力学的不同点岩土塑性力学与经典塑性力学的不同点(1)(1)岩土材料的压硬性决定了岩土的剪切屈服与破坏必须考虑岩土材料的压硬性决定了岩土的剪切屈服与破坏必须考虑岩土材料的压硬性决定了岩土的剪切屈服与破坏必须考虑岩土材料的压硬性决定了岩土的剪切屈服与破坏必须考虑平均应力与岩土材料的内摩擦。采用不同于金属材料的屈服平均应力与岩土材料的内摩擦。采用不同于金属材料的屈服平均应力与岩土材料的内摩擦。采用不同于金属材料的屈服平均应力与岩土材料的内摩擦。采用不同
30、于金属材料的屈服准则、破坏准则。准则、破坏准则。准则、破坏准则。准则、破坏准则。(2)(2)传统塑性力学只考虑剪切屈服，而岩土塑性力学不仅考虑剪传统塑性力学只考虑剪切屈服，而岩土塑性力学不仅考虑剪传统塑性力学只考虑剪切屈服，而岩土塑性力学不仅考虑剪传统塑性力学只考虑剪切屈服，而岩土塑性力学不仅考虑剪切屈服，还要考虑体积屈服。表现在屈服面上，传统塑性力学切屈服，还要考虑体积屈服。表现在屈服面上，传统塑性力学切屈服，还要考虑体积屈服。表现在屈服面上，传统塑性力学切屈服，还要考虑体积屈服。表现在屈服面上，传统塑性力学是开口的单一的剪切屈服面、而岩土塑性力学需考虑剪切屈服是开口的单一的剪切屈服面、而岩
31、土塑性力学需考虑剪切屈服是开口的单一的剪切屈服面、而岩土塑性力学需考虑剪切屈服是开口的单一的剪切屈服面、而岩土塑性力学需考虑剪切屈服面与体积屈服面，以及在等压情况下产生屈服。面与体积屈服面，以及在等压情况下产生屈服。面与体积屈服面，以及在等压情况下产生屈服。面与体积屈服面，以及在等压情况下产生屈服。(3)(3)根据岩土的剪胀性，不仅静水压力可能引起塑性体积变化，根据岩土的剪胀性，不仅静水压力可能引起塑性体积变化，根据岩土的剪胀性，不仅静水压力可能引起塑性体积变化，根据岩土的剪胀性，不仅静水压力可能引起塑性体积变化，而且偏应力也可能引起体积变化；反之，平均应力也可能引起而且偏应力也可能引起体积变
32、化；反之，平均应力也可能引起而且偏应力也可能引起体积变化；反之，平均应力也可能引起而且偏应力也可能引起体积变化；反之，平均应力也可能引起塑性剪切变形。即岩上的球应力与偏应力之间存在着交叉影响塑性剪切变形。即岩上的球应力与偏应力之间存在着交叉影响塑性剪切变形。即岩上的球应力与偏应力之间存在着交叉影响塑性剪切变形。即岩上的球应力与偏应力之间存在着交叉影响(4)(4)传统塑性力学的基础是传统的塑性流动法则，它只具有一个传统塑性力学的基础是传统的塑性流动法则，它只具有一个传统塑性力学的基础是传统的塑性流动法则，它只具有一个传统塑性力学的基础是传统的塑性流动法则，它只具有一个塑性势面，服从塑性应变增量方
33、向与应力的惟一性假设。岩土塑性势面，服从塑性应变增量方向与应力的惟一性假设。岩土塑性势面，服从塑性应变增量方向与应力的惟一性假设。岩土塑性势面，服从塑性应变增量方向与应力的惟一性假设。岩土塑性力学基于广义塑性流动法则，它以应力分量方向为塑性势，塑性力学基于广义塑性流动法则，它以应力分量方向为塑性势，塑性力学基于广义塑性流动法则，它以应力分量方向为塑性势，塑性力学基于广义塑性流动法则，它以应力分量方向为塑性势，在不考虑应力主轴旋转时有三个塑性势面，不服从塑性应变增在不考虑应力主轴旋转时有三个塑性势面，不服从塑性应变增在不考虑应力主轴旋转时有三个塑性势面，不服从塑性应变增在不考虑应力主轴旋转时有三
34、个塑性势面，不服从塑性应变增量方向与应力的惟一性假设。量方向与应力的惟一性假设。量方向与应力的惟一性假设。量方向与应力的惟一性假设。(5)(5)传统塑性力学中，塑性势函数与屈服函数相同，称为关联传统塑性力学中，塑性势函数与屈服函数相同，称为关联传统塑性力学中，塑性势函数与屈服函数相同，称为关联传统塑性力学中，塑性势函数与屈服函数相同，称为关联流动法则，这时塑性应变增量方向与屈服面正交。岩土塑性力流动法则，这时塑性应变增量方向与屈服面正交。岩土塑性力流动法则，这时塑性应变增量方向与屈服面正交。岩土塑性力流动法则，这时塑性应变增量方向与屈服面正交。岩土塑性力学中，塑性势函数与屈服函数不同，属于非关
35、联流动法则，这学中，塑性势函数与屈服函数不同，属于非关联流动法则，这学中，塑性势函数与屈服函数不同，属于非关联流动法则，这学中，塑性势函数与屈服函数不同，属于非关联流动法则，这时塑性应变增量方向与屈服面不正交，但仍保持着与塑性势面时塑性应变增量方向与屈服面不正交，但仍保持着与塑性势面时塑性应变增量方向与屈服面不正交，但仍保持着与塑性势面时塑性应变增量方向与屈服面不正交，但仍保持着与塑性势面正交。正交。正交。正交。（6)6)传统塑性力学中，势函数确定了塑性应变增量总量的方向，传统塑性力学中，势函数确定了塑性应变增量总量的方向，传统塑性力学中，势函数确定了塑性应变增量总量的方向，传统塑性力学中，势
36、函数确定了塑性应变增量总量的方向，屈服函数确定了总量的大小；岩土塑性力学中势函数确定了塑屈服函数确定了总量的大小；岩土塑性力学中势函数确定了塑屈服函数确定了总量的大小；岩土塑性力学中势函数确定了塑屈服函数确定了总量的大小；岩土塑性力学中势函数确定了塑性应变增量性应变增量性应变增量性应变增量3 3个分量的方向，相应的三个屈服函数确定了分量个分量的方向，相应的三个屈服函数确定了分量个分量的方向，相应的三个屈服函数确定了分量个分量的方向，相应的三个屈服函数确定了分量的大小，因而岩土塑性力学采用了分量理论。的大小，因而岩土塑性力学采用了分量理论。的大小，因而岩土塑性力学采用了分量理论。的大小，因而岩土
37、塑性力学采用了分量理论。(7)(7)岩土塑性力学中应力路径的影响较传统塑性力学中更为复岩土塑性力学中应力路径的影响较传统塑性力学中更为复岩土塑性力学中应力路径的影响较传统塑性力学中更为复岩土塑性力学中应力路径的影响较传统塑性力学中更为复杂，塑性变形应力路径的相关性也更为明显。在传统塑性力杂，塑性变形应力路径的相关性也更为明显。在传统塑性力杂，塑性变形应力路径的相关性也更为明显。在传统塑性力杂，塑性变形应力路径的相关性也更为明显。在传统塑性力学中，假设塑性应变增量的主轴与应力主铀一致；而在岩土学中，假设塑性应变增量的主轴与应力主铀一致；而在岩土学中，假设塑性应变增量的主轴与应力主铀一致；而在岩土
38、学中，假设塑性应变增量的主轴与应力主铀一致；而在岩土塑性力学中一般应当考虑两者不共主轴产生的塑性变形即塑性力学中一般应当考虑两者不共主轴产生的塑性变形即塑性力学中一般应当考虑两者不共主轴产生的塑性变形即塑性力学中一般应当考虑两者不共主轴产生的塑性变形即应考虑主应力轴旋转产生的塑性交形。应考虑主应力轴旋转产生的塑性交形。应考虑主应力轴旋转产生的塑性交形。应考虑主应力轴旋转产生的塑性交形。(8)(8)传统塑性力学中，只考虑稳定材料，无应变软化现象；岩土塑传统塑性力学中，只考虑稳定材料，无应变软化现象；岩土塑传统塑性力学中，只考虑稳定材料，无应变软化现象；岩土塑传统塑性力学中，只考虑稳定材料，无应变
39、软化现象；岩土塑性力学可以是稳定材料也可以是不稳定材料，它不受稳定材料性力学可以是稳定材料也可以是不稳定材料，它不受稳定材料性力学可以是稳定材料也可以是不稳定材料，它不受稳定材料性力学可以是稳定材料也可以是不稳定材料，它不受稳定材料的限制亦即允许出现应变软化。的限制亦即允许出现应变软化。的限制亦即允许出现应变软化。的限制亦即允许出现应变软化。(9)(9)传统塑性理论中，材料的弹性系数与塑性变形无关，称为弹塑传统塑性理论中，材料的弹性系数与塑性变形无关，称为弹塑传统塑性理论中，材料的弹性系数与塑性变形无关，称为弹塑传统塑性理论中，材料的弹性系数与塑性变形无关，称为弹塑性不耦合。而岩土塑性理论中，
40、有时要考虑弹塑性耦合，即弹性性不耦合。而岩土塑性理论中，有时要考虑弹塑性耦合，即弹性性不耦合。而岩土塑性理论中，有时要考虑弹塑性耦合，即弹性性不耦合。而岩土塑性理论中，有时要考虑弹塑性耦合，即弹性系数随塑性变形发展而减少系数随塑性变形发展而减少系数随塑性变形发展而减少系数随塑性变形发展而减少岩土塑性力学的基本内容岩土塑性力学的基本内容岩土塑性力学的基本内容岩土塑性力学的基本内容(1)(1)岩土类材料的塑性岩土类材料的塑性岩土类材料的塑性岩土类材料的塑性本构关系理论与模型本构关系理论与模型本构关系理论与模型本构关系理论与模型(2)(2)岩土类材料的极限分析理论岩土类材料的极限分析理论岩土类材料的
41、极限分析理论岩土类材料的极限分析理论(3)(3)它们在岩土工程设计和施工中的应用它们在岩土工程设计和施工中的应用它们在岩土工程设计和施工中的应用它们在岩土工程设计和施工中的应用弹性本构关系的基本特征弹性本构关系的基本特征弹性本构关系的基本特征弹性本构关系的基本特征 1)1)1)应力和变形的弹性性质或可逆性应力和变形的弹性性质或可逆性应力和变形的弹性性质或可逆性应力和变形的弹性性质或可逆性应力和变形的弹性性质或可逆性应力和变形的弹性性质或可逆性 2)2)2)应力与应变的单值对应关系或与应力路径和应力历史的无关应力与应变的单值对应关系或与应力路径和应力历史的无关应力与应变的单值对应关系或与应力路径
42、和应力历史的无关应力与应变的单值对应关系或与应力路径和应力历史的无关应力与应变的单值对应关系或与应力路径和应力历史的无关应力与应变的单值对应关系或与应力路径和应力历史的无关性。即无论材料单元在历史上受过怎样的加卸载过程或不同的性。即无论材料单元在历史上受过怎样的加卸载过程或不同的性。即无论材料单元在历史上受过怎样的加卸载过程或不同的性。即无论材料单元在历史上受过怎样的加卸载过程或不同的性。即无论材料单元在历史上受过怎样的加卸载过程或不同的性。即无论材料单元在历史上受过怎样的加卸载过程或不同的应力施加路径，只要应力不超过弹性限度，应力与应变都一一应力施加路径，只要应力不超过弹性限度，应力与应变都
43、一一应力施加路径，只要应力不超过弹性限度，应力与应变都一一应力施加路径，只要应力不超过弹性限度，应力与应变都一一应力施加路径，只要应力不超过弹性限度，应力与应变都一一应力施加路径，只要应力不超过弹性限度，应力与应变都一一对应对应对应对应对应对应 3)3)3)应力与应变符合叠加原理应力与应变符合叠加原理应力与应变符合叠加原理应力与应变符合叠加原理应力与应变符合叠加原理应力与应变符合叠加原理 4)4)4)正应力与剪应变、剪应力和正应变之间没有耦合关系正应力与剪应变、剪应力和正应变之间没有耦合关系正应力与剪应变、剪应力和正应变之间没有耦合关系正应力与剪应变、剪应力和正应变之间没有耦合关系正应力与剪应
44、变、剪应力和正应变之间没有耦合关系正应力与剪应变、剪应力和正应变之间没有耦合关系5)5)5)对于各向同性的弹性体，主应力与主应变的方向一致对于各向同性的弹性体，主应力与主应变的方向一致对于各向同性的弹性体，主应力与主应变的方向一致对于各向同性的弹性体，主应力与主应变的方向一致对于各向同性的弹性体，主应力与主应变的方向一致对于各向同性的弹性体，主应力与主应变的方向一致塑性本构关系的类型与特征塑性本构关系的类型与特征塑性本构关系的类型与特征塑性本构关系的类型与特征传统塑性理论传统塑性理论传统塑性理论传统塑性理论传统塑性理论传统塑性理论基本特征基本特征基本特征基本特征是材料的屈服与硬化都与静水压力无
45、关；是材料的屈服与硬化都与静水压力无关；是材料的屈服与硬化都与静水压力无关；是材料的屈服与硬化都与静水压力无关；而且材料只可能产生硬化（强化）不产生软化而且材料只可能产生硬化（强化）不产生软化而且材料只可能产生硬化（强化）不产生软化而且材料只可能产生硬化（强化）不产生软化传统塑性理论传统塑性理论传统塑性理论传统塑性理论传统塑性理论传统塑性理论广义塑性理论广义塑性理论广义塑性理论广义塑性理论广义塑性理论广义塑性理论塑性内时理论塑性内时理论塑性内时理论塑性内时理论塑性内时理论塑性内时理论主要适用于金属类材料主要适用于金属类材料主要适用于金属类材料主要适用于金属类材料主要适用于金属类材料主要适用于金
46、属类材料认为材料不仅可以屈服与硬化，而且可以软化认为材料不仅可以屈服与硬化，而且可以软化认为材料不仅可以屈服与硬化，而且可以软化认为材料不仅可以屈服与硬化，而且可以软化认为材料不仅可以屈服与硬化，而且可以软化认为材料不仅可以屈服与硬化，而且可以软化广义塑性理论广义塑性理论广义塑性理论广义塑性理论广义塑性理论广义塑性理论屈服、硬化与软化都可以与静水压力相关屈服、硬化与软化都可以与静水压力相关屈服、硬化与软化都可以与静水压力相关屈服、硬化与软化都可以与静水压力相关屈服、硬化与软化都可以与静水压力相关屈服、硬化与软化都可以与静水压力相关主要适用于岩土类材料主要适用于岩土类材料主要适用于岩土类材料主要
47、适用于岩土类材料主要适用于岩土类材料主要适用于岩土类材料塑性内时理论塑性内时理论塑性内时理论塑性内时理论塑性内时理论塑性内时理论近近近近近近202020多年来发展起来的一种没有屈服面概念，而引入反多年来发展起来的一种没有屈服面概念，而引入反多年来发展起来的一种没有屈服面概念，而引入反多年来发展起来的一种没有屈服面概念，而引入反多年来发展起来的一种没有屈服面概念，而引入反多年来发展起来的一种没有屈服面概念，而引入反映材料累计塑性应变的材料内部时间的新型塑性理论映材料累计塑性应变的材料内部时间的新型塑性理论映材料累计塑性应变的材料内部时间的新型塑性理论映材料累计塑性应变的材料内部时间的新型塑性理论
48、映材料累计塑性应变的材料内部时间的新型塑性理论映材料累计塑性应变的材料内部时间的新型塑性理论塑性变形的基本特性塑性变形的基本特性塑性变形的基本特性塑性变形的基本特性无论是理想塑性材料、应变硬化或软化型塑性材料，其塑无论是理想塑性材料、应变硬化或软化型塑性材料，其塑无论是理想塑性材料、应变硬化或软化型塑性材料，其塑无论是理想塑性材料、应变硬化或软化型塑性材料，其塑性本构关系和变形都有如下的特征：性本构关系和变形都有如下的特征：性本构关系和变形都有如下的特征：性本构关系和变形都有如下的特征：(1)(1)应力值必须达到或超过某一临界值发生塑性变形；应力值必须达到或超过某一临界值发生塑性变形；应力值必
49、须达到或超过某一临界值发生塑性变形；应力值必须达到或超过某一临界值发生塑性变形；(2)(2)塑性变形是不可逆的塑性变形是不可逆的塑性变形是不可逆的塑性变形是不可逆的(3)(3)应力与应变之间无唯一对应关系。这是由于塑性应应力与应变之间无唯一对应关系。这是由于塑性应应力与应变之间无唯一对应关系。这是由于塑性应应力与应变之间无唯一对应关系。这是由于塑性应力应变关系受应力历史和应力路径影响的结果力应变关系受应力历史和应力路径影响的结果力应变关系受应力历史和应力路径影响的结果力应变关系受应力历史和应力路径影响的结果(4)(4)应力应力应力应力应变关系的非线性和由此而引起的应力和应应变关系的非线性和由此
50、而引起的应力和应应变关系的非线性和由此而引起的应力和应应变关系的非线性和由此而引起的应力和应变的不可叠加性变的不可叠加性变的不可叠加性变的不可叠加性(5)(5)在塑性变形阶段，在塑性变形阶段，在塑性变形阶段，在塑性变形阶段，加载和卸载时应力加载和卸载时应力加载和卸载时应力加载和卸载时应力应应应应变之间服从不同的本构变之间服从不同的本构变之间服从不同的本构变之间服从不同的本构关系关系关系关系粘性本构关系粘性本构关系粘性本构关系粘性本构关系材料的应力或应变随时间而变化材料的应力或应变随时间而变化材料的应力或应变随时间而变化材料的应力或应变随时间而变化常常和弹性或塑性性质同时发生，因此常常和弹性或塑