土的本构理论总结：广义位势理论及应用

2.6.1 研究趋向

目前用于建立土体本构模型的理论依据主要是4种，即增量广义虎克定律、非线性弹性理论、弹塑性理论及坐标直接变换法。广义虎克定律基础上的模型以其简单性著称，邓肯—张模型仍是目前工程实际应用最广的模型，但由于其理论基础的局限性，这类模型不能反映土的剪胀性，同时，邓肯—张模型的双曲线经验函数对各种土的试验曲线拟合方面也有一定的局限性，因而已很难有更大的发展。虽然如此，由于其简单性而具有的巨大实用性是目前所有模型的典范。由于理论基础的局限性，这类模型的研究渐趋减少。非线性弹性理论由于参数多，且无明确的物理意义，确定复杂，由此建立的模型较难推广应用，故对其研究的不多，实际工程的计算应用也较少。弹塑性理论是最有生命力的，其理论较完整，且能克服广义虎克定律在表达土体力学特性方面的不足，因而受到最为广泛的重视，所建立的弹塑性模型最多，但由于弹塑性模型参数较多，概念比较复杂，同时对塑性势函数的确定也存在各种简化假定，如剑桥模型，其可靠性也是人们关注的一个问题[41]，直接从试验所得的塑性应变增量方向出发来合理确定，则又较复杂。因此，弹塑性模型研究很多，而被实际应用和接受的模型除剑桥模型等少数几个模型外，其他模型除提出者在应用外，被他人应用的还较少，再加上现有的弹塑性理论假设与土体试验结果存在一些不一致，因而，近年来的研究也减少。殷宗泽近年来对弹塑性柔度矩阵特性方面的研究发现现有理论的缺陷后[101，102]，也认为在未来研究中有必要进一步深入研究，提出新的假设，以克服现有理论的缺点[103]。沈珠江认为[104]突破传统理论的关键可能在塑性势的假设上，因此，在研究土体这样的复杂材料本构模型时，现有弹塑性理论是不够的。坐标直接变换法理论上有一定的优越性，但实际模型也较为复杂，被应用的模型也很少，因此，在理论上的完备和实用上的简单性的结合上必须要取得新的突破，才有可能把土体本构模型的研究和应用上升到一个新的台阶。

2.6.2 现有理论的特点

由以上可见，除直接按坐标变换法外，现有理论都是先假定各应变分量的比例关系，然后再回到主空间上来确定参数和验证，通常是先假设后验证，不够方便。而各种理论中，包括一些非线性弹性理论，都是采用物理假设，对其数学实质缺乏认识，对各种假设之间的数学联系的认识则更少，因而各理论之间缺乏系统的联系，似乎各种理论是独立的，因而无法构成一整体的、系统的理论，限制了人们对其认识及发展。(www.xing528.com)

2.6.3 未来岩土本构模型的需要及发展的关键问题

建立土的本构模型，首先必须认识到土作为一种工程材料的复杂性，揭示其应力变形的规律和机理。所以，对于岩土材料的微、细观研究，发展新型的试验仪器和量测手段，进行精细的、深入的、复杂应力状态的试验。只有在这种试验基础上，才能更好地揭示土体的变形机理和规律，才能验证本构模型，才能积累必要的资料，发展新的本构模型。

本构模型的重要性无论是对实际工程或对未来岩土力学的发展无疑都是很重要的，未来岩土本构模型一方面需要建立简单而又能反映土体的主要力学特性的模型；二是发展适合于岩土材料的本构理论；三是研究应变软化、循环荷载、非饱和土及主应力轴旋转等复杂受力情况的本构特性及其模型。显然，现有理论，包括弹塑性理论，在表述土体本构特性上是有局限性的，要取得新的发展，更好地解决未来的复杂岩土力学与工程问题，目前关键问题应是发展新的理论，并据此建立简单实用的模型，以推动土的本构模型的研究和应用。另一方面则是针对具体工程问题，使用能反映其主要特性的模型，用简单方法或反算法确定参数。再者，由于计算机技术快速发展，也可能会另辟蹊径，有所发展。