多晶冰的二元介质本构模型

摘要

自然界中冰川广布，在外界环境的扰动下，冰川冰会发生变形，诱导冰川灾害的发生。因此，研究多晶冰的力学特性和本构模型对于理解冰川灾害的发生具有重要的理论价值。本文基于多晶冰试样在不同温度和围压试验条件下的三轴试验数据及连续介质力学等理论框架建立了多晶冰的二元介质本构模型。在所建立的本构模型中，多晶冰试样由胶结元和摩擦元共同构成，其中，胶结元表现为线弹性力学特性，摩擦元表现为弹塑性力学特性。在外荷载作用下，胶结元逐渐破损转变为摩擦元，两者共同承担外部荷载。为了描述胶结元和摩擦元在代表性单元体中的关系，借助均匀化理论并引入破损率和应变集中系数，以描述试样在受荷载过程中内部结构的演化和应变分布的不均匀性。试验结果表明，多晶冰试样的应力-应变曲线呈应变软化，体积应变曲线随着围压的增加从先体缩后体胀转变为完全的体缩趋势。通过试错法等方法给出在-2℃条件下各参数与围压的关系及在-6℃部分试验条件下的参数取值，并对比了试验和模拟曲线，验证了本文模型的合理性。对部分结构参数进行敏感性分析，表明了模型的通用性。

关键词

多晶冰 / 二元介质 / 破损率 / 应变集中系数