土的变形计算和强度分析一直是土力学中的两大核心问题。建立完善的土本构模型，实现土本构模型的科学、有效应用是求解复杂岩土工程问题的关键。在土力学学科建立前，只能通过经验方法解决强度及变形问题，此时并没有成熟的土本构模型出现。Terzaghi提出了土体一维固结理论和有效应力原理，奠定了土力学学科的发展基础。以经典土力学的相关理论为基础，土的理想弹塑性模型开始建立并不断完善，经典土力学以弹性理论解决变形问题，以刚塑性破坏理论求解破坏问题，但强度和变形理论的分离对于非理想弹性体又非理想刚塑性体的土材料而言，通常会导致计算结果与真实结果间的较大偏差。Roscoe等[1-2], Schofield等[3]通过大量试验分析，提出了土的临界状态理论，建立起一个较为成熟的能够考虑土三大基本力学特性的土本构模型，即剑桥模型。剑桥模型将强度和变形计算在理论上实现统一，剑桥模型的提出是现代土力学的开端。剑桥模型提出后，依托临界状态理论，多种土体本构模型应运而生。代表性模型包括塑性边界面模型、UH模型[4-7]等。UH模型以剑桥模型为基础，经过近二十年的发展，提出了统一硬化参量[8]、变换应力[9-10]等一系列创新方法，能够科学、合理的描述超固结土的硬化/软化、剪胀/剪缩等力学特性，进而实现了本构模型适用范围从正常固结状态土体到超固结状态土体的理论跨越。
土体是一种高度非线性的材料，具有压硬性、剪胀性、摩擦性三大基本力学特性[11]，土的强度和变形特性与应力水平紧密相关。离心模型试验能够较好的克服缩尺试验的问题，保证土的压力依存特性。陈云敏等[12-13]，Chen等[14]通过离心模型试验研究土的多相介质演变及土力学机理，对土本构模型的理论研究和合理性检验具有重要价值。本文将UH模型超固结状态的演化机制作为研究重点，通过理论分析及离心机验证等说明统一硬化理论在解决岩土工程强度变形问题中的理论优势和应用价值。
（1）剑桥模型描述超固结状态演化存在明显的局限性。剑桥模型对正常固结状态和超固结状态的计算理论进行割裂处理，超固结状态基于弹性理论计算，正常固结状态基于弹塑性理论计算，这导致超临界侧的强度预测值过高、超固结状态下无法进行应力三维化、应力应变关系存在突变等问题，进而导致计算的强度变形结果与实际产生显著误差。
（2）UH模型通过统一硬化参量建立了超固结参量、潜在破坏应力比、塑性体应变三者的耦合演化机制，通过弹塑性理论将土体超固结状态与正常固结状态的计算理论进行统一，能够反映土体超固结状态动态演化过程，能够在正常固结状态和超固结状态完整的进行变换应力三维化。通过常规三轴压缩排水、不排水及真三轴试验预测可知，UH模型能更加合理地描述超固结状态土体的硬化/软化、剪缩/剪胀等力学特性，超固结状态土的强度变形计算结果更加准确可靠。
（3）通过对比剑桥模型和UH模型对载荷板加载离心机试验模拟结果可以发现，相比于剑桥模型，UH模型计算所得载荷板的荷载位移曲线与试验数据更加接近；超重力固结阶段所得地基土水平应力、侧压力系数随深度的分布更加准确、合理；载荷板加载阶段地基土单元的应力应变关系更加精准、可靠。
研究证明了UH模型相较于剑桥模型在超固结状态演化计算方面具有明显优势，体现了UH模型是基于剑桥模型的重要发展创新。UH模型的建立显著提高了超固结状态土体强度变形计算的准确性、科学性和实用性，对复杂岩土工程问题的计算求解具有重要理论和应用价值。
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《岩土工程学报》2024年第6期全文阅读
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