考虑主应力旋转效应的黏土循环行为模拟：基于新型亚塑性模型的CSR依赖性研究

本文推荐一篇突破性研究，作者通过改进显式ASBS亚塑性模型（AHP-NC），首次实现了黏土在纯主应力旋转（PSR）荷载下的循环稳定性与退化行为模拟。创新性引入循环应力比（CSR）敏感变量ζ，结合刚度/强度各向异性与非共轴响应机制，成功预测上海/杭州黏土在空心圆柱仪（HCA）试验中的孔隙水压累积、应变演化等关键响应。该模型为交通/地震荷载（涉及复杂PSR）下的路基变形分析提供了新工具。

　　

Highlight

基础各向异性黏土亚塑性模型

亚塑性模型的通用数学结构通过单张量函数描述应力率张量与应变率张量关系：

σ? = L : ε? + N‖ε?‖

其中L（四阶线性张量）采用Ma?ín提出的表达式（详见附录1），非线性部分N通过二阶张量捕捉黏土的非线性响应。

基础模型的局限性

空心圆柱仪（HCA）试验显示，纯主应力旋转（PSR）荷载下，即使围压p_tol、偏应力q和b值（中主应力系数）保持恒定，黏土仍会产生孔隙水压u累积和塑性应变。关键发现：

1. 低循环应力比（CSR）下黏土呈现刚度/变形渐稳特性

2. 高CSR导致持续变形与刚度退化

3. 主应力与塑性应变率方向存在显著非共轴性

模型参数

相较于基础AHP-NC模型，新增5个PSR相关参数（k₁, k₂, k_g, k_e, η_g），并激活刚度各向异性参数α_G。参数校准通过上海/杭州黏土的HCA试验数据实现，重点捕捉CSR依赖的循环响应特征。

结论

本研究构建的亚塑性模型首次统一描述了黏土在PSR荷载下的两类典型行为：

• 低CSR循环稳定性（变形收敛）

• 高CSR循环退化（刚度劣化）

  通过状态变量ζ的动态演化，模型成功再现了HCA试验中非共轴应变率、各向异性演化等复杂现象，为交通/波浪荷载引起的路基长期变形评估提供了新范式。