路基工程失稳—强度折减有限元反分析探讨

针对路基工程变形与失稳问题，本文提出了基于非均质弹性损伤模型的有限元失稳—强度折减反分析法，认为材料参数服从统计分布，并以此来描述材料的非均匀性。对同一计算模型，分别采用均质的弹塑性本构模型和非均质的弹性损伤本构模型，对比两种情况下的计算结果，分析了材料非均匀性对稳定性的影响。对处于岩溶地区路基工程实例进行分析，通过强度折减，再现了路基工程的破裂与失稳过程，并得出了失稳时的强度参数，对路基工程具有重要的指导意义。     

地下溶洞路床路堑失稳--强度折减反分析

针对地下溶洞路床路堑工程变形与失稳问题,本文提出了基于非均质弹性损伤模型的有限元失稳-强度折减反分析法,认为材料参数服从统计分布来描述材料的非均匀性。对处于岩溶地区的地下溶洞路床路堑工程实例进行分析,通过强度折减,再现了地下溶洞路床路堑工程的破裂与失稳过程,并得出了失稳时的强度参数,对工程有一定的指导意义。     

基于非均质流变特性的滑坡时效演化及预警研究EI北大核心CSCD

针对滑坡孕育演化过程中岩土体非均质现象,开展滑坡相似材料的强度试验、底摩擦模型试验和扫描电镜试验,从宏观和微观角度深入研究滑坡演化力学机制及其非均质特征。基于上述研究,将强度劣化模型与Burgers模型串联,形成考虑非均质流变特征的本构模型,应用于滑坡时效演化的数值算例分析和预警研究,结果表明:滑坡演化过程中存在时间和空间非均质性,在时间上,岩土体参数劣化速率越快的滑坡,其蠕滑变形到最终失稳破坏所经历的时间越短,在空间上,不同部位的滑坡岩土体的破坏机制和微观结构存在非均质性。考虑非均质流变特征的本构模型能够较好地反映滑坡变形三阶段演化特征,通过实际工程与数值分析相结合,验证了非均质流变模型的准确性,为滑坡失稳破坏的分析和预警提供有益参考。     

非均匀强化塑性模型的统一弹塑性本构关系

介绍了三参数统一强度理论和非均匀强化塑性模型 ,并利用三参数统一强度理论对非均匀强化塑性模型进行推导 ,得出了其在强化过程中的弹塑性本构关系。所得模型考虑了材料的拉伸强度与压缩强度不等、双轴等压强度与单轴等压强度不等的情况。当取不同的参数 b和 α时 ,该本构关系退化为 Mohr- Coulomb、Tresca和双剪强度理论等在非均匀强化塑性模型下的本构体系 ,因而可以适用于各类工程材料和不同的受力情况 ,有重要的工程应用价值。     

变模量弹塑性强度折减法及其在边坡稳定分析中的应用

 目前用于边坡稳定性分析的数值方法中的强度折减法通常是仅对强度参数进行折减,且采用的是理想弹塑性模型。该方法主要用于求解边坡的安全系数,由于其在弹性阶段是按线弹性且对弹性模量不折减,故未能充分考虑屈服前岩土体的非线性,采用这种理想弹塑性模型的强度折减法计算所的变形偏小。基于Duncan-Chang非线性本构模型,提出在弹性阶段对弹性模量也进行折减的变模量弹塑性模型强度折减法,可以获得更符合实际的变形场,模量的变化是依据简化的非线性本构模型来实现的。通过与条形基础沉降的理论解和原位压板试验结果对比,证实了新方法在获得合理位移场方面的合理性。将其初步应用于边坡工程的变形计算,并希望由此进一步建立变形与安全系数的关系,以便于更合理地进行现场变形监控。如果采用变形突变来确定安全系数,理想弹塑性模型的强度折减法更明显一些。因此,建议采用理想弹塑性模型的强度折减法确定安全系数,采用变模量弹塑性模型强度折减法确定变形场。     

考虑渐进性破坏的岩石损伤本构模型研究

根据连续损伤理论和统计强度理论,从岩石材料内部包含大量随机分布的微裂隙等缺陷的特点出发,采用修正的Harris函数作为岩石损伤参量的数学模型,并结合Hoek-Brown准则建立能反映岩石破裂全过程的损伤本构模型。通过引入损伤系数J,较好地反映了岩石的渐进破坏特性,也在一定程度上表征了这种准脆性材料的非均匀性和各向异性。利用多元函数极值理论,并依据试验曲线的特征参量,确定出损伤本构模型参数,最后用试验数据对模型进行了验证。通过比较分析说明了该模型的合理性和可行性,在此基础上,探讨了相关参数对理论曲线与试验曲线吻合程度的影响,从而对实际工程具有一定的参考价值。     

基于应变能密度的非均质岩石损伤本构模型研究

基于岩石细观单元弹性模量近似服从Weibull分布的假设,结合应变能密度理论,建立岩石损伤本构模型,借助声发射事件能量信号和岩石纵波波速提出岩石均质度系数m和弹性模量折减系数K_0确定方法,并对参数进行修正。利用建立的损伤本构模型进行单轴加载模拟,将模拟结果曲线与已有模型理论曲线以及单轴加载实验曲线进行对比,该模型能很好地描述试件应力、应变关系与声发射情况。在此基础上,利用该模型进行石膏试件反复加载模拟,分析其应力–应变及声发射特征,并与室内实验结果进行对比分析。研究结果表明:试件均质度越高,脆性破坏特征越明显;借助声发射信号和岩石纵波波速确定的均质度m以及弹性模量折减系数K_0的计算结果与试验结果吻合。基于应变能密度的岩石损伤本构模型的构建为综合考虑岩石的均质度及反复加载过程对岩石试件影响提供了新的理论依据。     

一种土层非线性本构模型参数的确定方法

提出一种合理确定土层非线性弹性本构模型参数的方法.以现今普遍实行的地基载荷试验为基础,依据遗传算法的组合优化理论,采用正演计算和遗传算法优化相结合的方式,建立了土层非线性弹性本构模型参数的确定方法;并依据某黄土场地地基载荷试验数据,实施了黄土土层非线性弹性本构模型参数确定的全过程.计算结果表明,所建立的方法可以实现土层非线性弹性本构模型中相互关联的多个参数的组合优化,并在对初始值要求较低的情况下,可以获得良好的参数反演精度.从而为土的变形特性分析和土与其中及相邻结构的共同作用分析,提供了较好的土体本构模型参数的确定方法.     

混凝土软化本构关系与失稳断裂参数的计算

准脆性材料混凝土的断裂参数尺寸效应不仅与外观尺寸有关,也与材料细观结构相关.完全张开裂纹前方的韧带阻裂区域内的介质相互作用,以虚拟裂纹上的黏聚应力表示.该虚拟裂纹张开位移与黏聚应力之间的关系,也可称为材料的非弹性软化本构关系.断裂过程失稳应力强度因子K_Ⅰ的估计,直接关系着断裂力学在该类材料中的应用.首先讨论断裂过程区各种软化本构关系模型计算方法,以及与相关实验数据的对比.然后,提出一种利用材料极限应力、黏聚裂纹段长度以及应力强度因子的关系,估计失稳强度因子的计算方法.对该估算方法与实验测试结果对照,大致与实验测试数据吻合.     

岩石三维弹塑性损伤本构模型研究

基于应变等效假设和真实应力概念的弹塑性损伤理论,在真实应力空间内,结合非线性统一强度模型,以广义塑性剪应变为硬化参数,并同时考虑应力水平对硬化速率的影响,建立了无损状态下岩石材料的弹塑性表达式;在名义应力空间内建立考虑围压对损伤速率影响的损伤演化方程,从而建立了岩石材料的三维弹塑性损伤本构模型。本构模型中各物理参数意义明确,与材料试验结果的对比表明,所建立的三维弹塑性损伤本构模型可较好地描述岩石材料在多轴受力情况下的变形与强度特性,为岩体工程的复杂非线性受力分析提供理论依据。     

上硬下软双层地基有限元分析

在工程建设中经常遇见上层坚硬下层软弱的双层地基,本文利用大型有限元分析软件ANSYS对这一类的地基进行了弹性和弹塑性分析。从有限元的计算结果可以看出,地基中塑性区首先出现在交界面处的上层土中,随着荷载的增加,塑性区向交界面处上下土层均有扩展,由于下层土较软,塑性区扩展较快,最后当塑性区到达基础底面时,地基达到极限承载力,计算开始不收敛。本文揭示了该类地基在荷载作用下,地基中塑性区的产生和发展规律,可供工程设计人员参考。     

钢筋混凝土矩形薄板在弹性地基上的热屈曲

基于板的小挠度理论,考虑混凝土材料的非线性,推导了弹性地基上钢筋混凝土矩形薄板在热载作用下的平衡方程和稳定方程,给出了四边简支钢筋混凝土矩形薄板在均匀温度变化时临界屈曲温度变化的封闭解,讨论了板的材料常数、长宽比、相对厚度和基床系数等对临界屈曲温度变化的影响,从而为工程结构中弹性地基上钢筋混凝土矩形薄板的临界屈曲温度的计算提供了理论计算依据。     

混凝土宏观本构模型研究进展

近年来,随着结构工程的快速发展,对结构在罕遇地震和风载作用下的精准数值模拟与性能化设计提出了更高需求.结构工程中的混凝土属于准脆性材料,试验表明混凝土具有显著的受压软化、受拉软化、剪切软化和捏拢效应等特性.针对上述特性,概述了结构工程数值模拟中常用的6种混凝土数值模型,包括非线性弹性模型、脆性裂缝模型、弹塑性裂缝模型、...     

密肋复合墙体弹性刚度试验及计算分析

通过对9块1/2比例密肋复合墙体模型的抗震性能试验,探讨了影响墙体弹性刚度的主要因素;结合密肋复合墙体的特殊构造,建立了墙体的复合材料二相体力学模型;按照混凝土与砌块体积比不变原则对肋梁、肋柱同时加强,得出墙体的弹性计算常数及剪切常数;在此基础上,进一步将墙体简化为各向同性的计算模型,给出了墙体弹性模量及剪切模量实用计算公式,为密肋复合墙体的实用弹性刚度计算公式提供了必要的参数,并且计算结果与试验值吻合较好,说明该模型具有一定的理论依据和实用价值,满足实际工程计算需要。     

考虑地基实际变形特征的基础实用分析方法

本文应用了模糊数学的概念和变基床系数法,将文克尔和弹性半无限体模型有机地结合为一体,能计算包括这两种极端状况(完全忽略或夸大应力-应变扩散能力)在内的任何地基状态。由于考虑了地基实际变形特征使得计算结果与实测结果能较好地符合。该方法计算简便,并且不需更多的计算参数,从实际工程的设计已证明该方法具有经济性和安全性。     

上海重载道路路基工作区深度的计算分析

简单介绍了路基工作区的概念及路基应力计算方法。采用弹性层状体系理论,运用计算程序,以上海2种典型道路结构为例,分别计算了单轴、三轴轴型在不同轴载工况下路基竖向附加应力分布情况,并进行路基工作区深度比较。最后提出通过路面结构调整来控制工作区深度。这对重载道路路基病害的防治具有一定的参考价值。     

地基的阻尼特性

为了正确计算结构物和基础的振动反应,就必须合理地确定地基的阻尼参数。在分析地基的阻尼参数时,本文采用了参振质量、动刚度和地基阻尼系数为待求量的三参数力学模型。由该模型的分析结果表明,其阻尼值比之按两参数模型以及按弹性半空间体的理论模型求得的值要小得多。     

路基永久变形对水泥混凝土路面的影响分析

采用由室内反复加载三轴试验建立的路基土永久变形预估模型,计算了典型土组路基永久变形的量值。分析表明,随着路基回弹模量的提高,其永久变形也逐渐减小;路基永久变形在空间上呈垂球面形,在模拟计算中,可采用抛物线或正弦曲线进行拟合。将路基永久变形作为初始条件赋予相应节点,建立考虑不均匀支撑条件的路面结构分析模型,并对不同荷位下路面结构的荷载响应和疲劳寿命进行分析。结果表明,路基变形对柔性基层路面荷载应力和疲劳寿命的影响均十分显著,因此柔性基层不适宜用于重交通和特重交通路面中;对于半刚性基层路面,当路基回弹模量达到40 MPa时,路基永久变形对路面荷载应力和疲劳寿命的影响均较弱,因此建议在路面结构设计中可予以忽略。     

浸水粉土路基竖向稳定性模型试验研究

针对黄河冲积平原区低矮粉土浸水路基进行足尺模型试验研究,主要研究了不同浸水条件下,粉土路基在分级循环荷载作用下的受力、竖向变形特性。研究证明：黄泛区粉土路基具有强烈的毛细现象和水敏特性;新建及浸水粉土路基中路床区附加应力值较大,后沿深度急剧减小;浸水路基强度衰减现象明显,超载作用下,弹、塑性变形显著,且变形值随着浸水水位的上升而不断增大;路基塑性变形易在饱水区积聚发生,该区域在低应力水平下亦会产生较大的塑性变形。