关于塑性势问题的讨论

<正> 本刊所载的论文“硬化规律对土的弹塑性应力-应变模型影响的研究”（载本刊第2卷,第1期）,论述了塑性理论对土的适用性,利用流动规则通过试验在p-q平面上假定ε_r^p轴及r^p轴分别与p轴及q轴重合确定塑性应变增量方向后,连接它们划出一组流线,和这组流线相垂直的一组线就是塑性势线。并提出如果屈服条件与塑性势相适应,计算工作将大为简化。这将是一个很有意义的研究课题。本刊所载的另一篇论文“土的弹塑性应力应变关系的合理形式”（载本刊第2卷第2期）认为塑性势是一个可有可无的概念,指出塑性应变的方向与加荷路径无关的假设已被证明不符合实际情况,并引用了巴拉萨布拉曼兰（Balasubramanian）和Seiki Ohmaki的资料来论证。这两种观点那一种比较正确,或适用于什么类型的土,这是需要用试验来检验的。     

正常压密土在偏压固结、等应力比加荷条件下的变形特性

<正> 在充分固结的地基上修建建筑物所产生的附加应力和变形是人们所关心的基本课题之一。工程师们常常采用的一个有效的手段是,通过室内试验,并模拟地基的受力过程,探寻土单元的附加应力和附加应变的基本规律,并由试验得到的本构关系和现有的计算方法求解地基的应力和变形。七十年代初,邓肯（Duncan）等人由常规三轴试验结果建立了主应力差（σ₁-σ₃）与轴应变ε₁,轴应变ε₁与侧应变ε₃均为双曲线关系的双曲线模型。     

基于平面应变试验的修正塑性功硬化软化模型

以改良型平面应变仪为基础,通过一系列平面应变和三轴压缩试验,对砂土的应力应变特性进行了研究,推导出以修正塑性功为硬化参数的本构关系。改良型平面应变仪较好地解决了加载面的摩擦及约束问题,能保证ε2的控制精度,并采用了合理的变形量测整理方法。本文提出的弹塑性模型仍以传统塑性理论为框架,其弹性特性、破坏准则、硬化参数及塑性势等均直接从试验曲线推导,以修正塑性功为硬化参数的硬化准则函数能反映硬化及软化的全过程曲线,并从试验结果推导了非关联流动准则塑性势函数。该模型结构较为清晰,参数选取规范,模型验证表明计算结果与试验结果较为吻合。     

砂土的双硬化特性与弹塑性本构模型

 基于高精度的丰浦砂三轴等向加卸载试验与多应力路径平面应变压缩试验结果,提出平面应变条件下的修正塑性功体积硬化函数,得到双硬化框架下的修正塑性功剪切硬化函数,建立应力路径不相关的丰浦砂修正塑性功剪切–体积双硬化函数。在该双硬化函数基础上,推导基于修正塑性功的增量型剪切–体积双硬化弹塑性刚度矩阵,构建可以考虑多种变形强度影响因素的丰浦砂本构模型。数值计算与室内试验结果的比较表明,该砂土双硬化弹塑性本构模型可以合理地模拟砂土材料的变形强度特性。     

砂土应力路径不相关的修正塑性功硬化 参量与函数

砂土的变形强度特性明显存在着应力路径效应,因此在砂土的弹塑性本构建模时硬化参数和函数的选取并不是一个简单的事情.针对砂土的这一特性,用密实砂土进行一系列多应力路径的平面应变压缩试验.试验结果表明,所有的应变增量(例如轴向、横向、剪切以及体积应变等增量)及塑性功增量都与应力路径具有较大的相关性,因而在传统的砂土弹塑性分析中利用以上任何一个状态量作为硬化参数并假设其与应力路径不相关是不合理的.基于广泛的多应力路径平面应变压缩试验结果以及细致的数据处理分析,发现一个特殊的修正塑性功参量以及相关的函数,它们与应力路径不相关,因此在砂土的弹塑性解析中假定它们作为硬化参量和函数是与理论假设一致的.理论计算结果与室内试验相比较表明,利用提出的修正塑性功作为硬化参数和硬化函数所构成的砂土的弹塑性模型可以很好地模拟砂土材料变形及强度的应力路径效应.     

非饱和含黏砂土的弹塑性剪胀特性研究

通过引入能够较好反映非饱和土弹塑性变形特性的Barcelona模型并结合能够较好反映砂土剪胀特性的Lade模型,进行了3种不同应力路径的三轴试验,给出了能反映非饱和含黏砂土应力应变特性的非饱和弹塑性模型,并讨论了吸力和净围压对弹性应变、塑性应变、塑性功和屈服函数的影响。推导出了总体积变形的表达式,该式同试验结果变化规律符合较好,说明该理论适合于非饱和含黏砂土。同时,由试验数据可以得出含黏砂土的体变峰值点、剪胀特性同净围压和吸力的变化有密切的关系。     

饱和砂土弹塑性动力本构模型研究

利用土体的塑性流动理论,提出了基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型,用于描述饱和砂土的动力反应性质。土体总的变形由3个部分组成:弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变。土体在初始加载与卸载和重新加载阶段性质的差别通过采用不同的模型参数加以反映。通过将应用该模型模拟计算的结果与试验结果进行对比,表明该模型能够较为准确地描述饱和砂土在循环加载条件下的反应性质,具有较少的模型参数,这些参数都可以通过常规的三轴压缩试验和静水压力试验进行确定。同时,该模型的形式比较简单,可用于数值计算中。     

固体三轴高压下红河断裂带周城断层泥力学性质的研究

在固体三轴高压和应变率4.4×10^-5s^-1下研究了红河断裂带周城断层泥的力学性质。研究结果表明,在差应力作用下,断层泥应力-应变曲线表现出与试件压实、屈服和碎裂流动等不同变形机制对应的非线性,线性等阶段性变化特征。干、湿断层泥破坏应力σ_c随围压σ₃的变化关系分别为在较高围压下,σ_c随σ₃呈线性变化。含水量对变形特征和破坏应力水平有重要影响。干、湿断层泥有效弹性模量E_ed和E_em以及（潮）湿断层泥的初始模量E_om均随围压增加而增加,但干断层泥初始弹性模量E_od近似保持常数。同时,E_oded,E_omem,E_em>E_ed。在试件变形过程中有声发射事件显示,但数量少,辐射弹性波能量小。断层泥试件破坏型式表现为渐进式碎裂流动特征,因此,断层泥变形有利于断层活动呈现稳滑。     

多向地震荷载对砂土震陷的影响

利用有限元数值方法模拟不同类型砂土在多向地震荷载输入条件下的动单剪试验,采用弹塑性边界面模型,通过室内动单剪试验实测结果确定模型参数,选取包括大震、中震、近场、远场以及不同土质条件的148组具有完整记录的多向地震荷载时程对不同类型砂土试样进行单向和多向加载,分别进行应力和应变控制式动单剪试验,计算分析震级、震中距以及砂土特性不同的条件下多向地震荷载对砂土震陷问题的影响。结果表明：多向地震荷载对砂土震陷的影响具有较大的不确定性,多向和单向水平地震荷载引起的砂土竖向应变比与震级、震中距和砂土特性密切相关,震级越大,竖向应变比越大;震中距越大,竖向应变比越小;砂土相对密度越大,竖向应变比越大。另外,在应力控制和应变控制荷载试验条件下,多向和单向水平地震荷载引起的砂土竖向应变比差异较大,前者比值大于后者。     

土石坝粘性土的压实

本文总结了粘性土的压实特性,从不同击实功能下土料的压实最优饱和度S_rop为常数、标准击实功能的最优含水量ω_op约等于塑限ω_p这些基本概念出发,提出了用塑限、最优饱和度来估算粘性土的最大干容重γdmax。即S_rop=C,W_op=ω_p且当W_p≤17％,S_rop=（3ω_p+35）％ω_p>17％,S_rop=（0.3ω_p+80）％γdmax=(Gs·S_rop)/(Gs·ω_p+S_rop)在文中讨论了确定粘性土压实标准的方法,并对施工条件系数m进行了论证,提出了建议数值。即对于中低坝:m=0.95～0.97对于高坝:m=0.97～0.99     

上海粉砂土地基(弹塑性模型)与高层建筑箱型基础的共同作用

在国内,尚未见弹塑性地基模型用于研究高层建筑与地基的共同作用的报导。本文最初旨在探索上海粉砂土弹塑性模型能否用在高层建筑与地基的共同作用,经过增量法的计算结果和类似地基的实测结果相比,足以表明,该模型在一些简化假定的条件下,可以分析地基与高层建筑箱形基础的共同作用,求得的地基反力和沉降与类似地基的实测结果比较接近;本模型的地基反力分布规律与弹性半无限地基模型有本质上的区别。     

循环荷载作用下流变性软黏土的边界面模型

为了预测交通荷载作用下流变性软黏土的长期运行沉降,提出了一个能够描述循环加载条件下饱和软黏土流变特性的弹黏塑性本构模型。本模型以边界面弹塑性理论为基础,采用滞后变形理论。模型不仅能单独考虑土体的流变效应和循环加卸载效应,还能考虑交通荷载作用下软黏土在循环荷载和流变耦合作用下的变形特性。模型概念清晰,参数少。通过多组上海软黏土循环加载流变试验结果的模拟,初步验证了本模型的合理性和有效性。     

横观各向同性岩石弹塑性耦合变形的试验研究

 层理状岩石的变形具有各向异性和弹塑性耦合的特点。推导出各向异性岩石弹性变形参数是塑性应变和加载角度的函数。在此基础上,设计并完成具有明显层理状结构的泥质板岩的三轴循环加卸载试验。试验结果表明：泥质板岩的视弹性模量随塑性应变的增大呈指数规律衰减,视泊松比随塑性应变的增大而增大。提出2个经验函数来分别描述视弹性模量、视泊松比与岩样轴向塑性应变、加载角度间的关系,并获得经验函数中相关参数值,据此绘制视弹性模量随加载角度和塑性应变变化的三维空间曲面图。弹性变形参数的各向异性程度随塑性应变的增大而降低。     

有关岩土材料剪胀的讨论

剪胀是岩土材料一个非常重要的特性,但目前对于剪胀的描述并不统一。剪胀角在滑移线场理论中主要有两种定义:①是实际塑性应变ε与剪切应变γ之间的夹角;②是破坏面(应力滑移线)与速度矢量方向的夹角(此时也称膨胀角)。在有限元计算中剪胀角则通过塑性势函数来定义,但对塑性势函数的选择比较随意,只是将屈服函数中的内摩擦角换成剪胀角,此时的剪胀角已没有明显的物理意义,只能在一定程度上反映材料的剪胀特性。阐明了滑移线场理论中有关剪胀的描述,推导了平面应变条件下考虑剪胀角影响并与Mohr-Coulomb准则精确匹配的广义Mises准则,研究了剪胀对浅基破坏模式的影响。     

黏土与EPS颗粒混合轻质土的动力变形特性试验研究

通过室内动三轴试验研究了黏土与EPS颗粒混合轻质土(LCES)在动荷载作用下的变形特性,着重分析了围压、水泥含量和EPS掺入比的影响。结果表明:LCES的动应力应变关系符合双曲线关系;在相同的动应力作用下,LCES产生的应变随着围压和水泥含量的增大而减小;在动应变相同的情况下,随着围压和水泥含量的增大,LCES的割线动弹性模量Esec增大而阻尼比λ减小;EPS掺入比对LCES的动力变形特性的影响相对较小,不同EPS掺入比的σd–εd曲线、Esec–εd曲线和λ–εd曲线都发生了相交,交点前后EPS掺入比的大小对LCES变形特性的影响趋势是截然相反的,交点处的动应变值εint一般在0.5%～3.0%范围内,其大小与LCES的配比以及围压有关。     

考虑水致弱化及应变梯度的断层岩爆分析

研究了岩石含水量对断层．围岩系统稳定性及岩爆(冲击地压)对韧性断层变形的影响。含水量不仅影响岩石强度，也对应力．应变曲线应变软化阶段斜率有影响。基于梯度塑性理论和水致弱化函数，得到了剪切带内部的塑性剪切应变、总剪切应变及塑性剪切位移的分布规律。此外，还得到了不同含水量时剪力．塑性剪切位移的关系。研究结果表明：随着岩石含水量的增加，塑性剪应变降低，塑性剪切位移降低；含水量越大，则弹性阶段越短，耗散势能越小，外力功越小，断层岩爆释放的弹性能量也越小；岩石的含水量增加，则断层．围岩系统不容易发生失稳。     

波浪循环荷载作用下盾构穿越海堤过程中下卧软土的弱化响应研究#br#

 During the sub-sea tunnelling through a seawall, the soil adjacent to the tunnel may simultaneously bear tunneling-induced stress relief and wave-induced cyclic shearing. To investigate the coupling effects of stress relief and repeated loading on the mechanical behaviors of soft clay, a series of experiments were carried out using a hollow cylinder apparatus, which imposed undrained cyclic shearing to the soil samples under a reducing confining stress, followed by undrained shearing. The cyclic stresses simulated in the tests were estimated using elastic solution for a seabed subjected to the wave loadings. The test results show that the variation of each stress component under the coupled loading follows a sine or cosine relationship. The coupled loading plays a more significant role in affecting the radial strain (εr) and hoop strain (εθ) than the vertical strain (εr) and the torsional shear strain (εzθ) of the soft clay. The shear modulus of the soil experiences more degradation under the coupled loading than that under the single action of cyclic shearing. The pore pressure of the soil reduces under the disturbance of shield construction and begins to increase slowly under the wave loading after construction. At a given cyclic magnitude, the reduction of soil strength significantly depends on the magnitude of stress relief. A larger stress relief leads to a more reduction in the post-cyclic shear strength of the soil. Based on the experimental findings presented above, it is suggested that coupling effect between the cyclic shearing and the stress relief should be taken into account while designing sub-sea tunneling through a seawall.     

Ultimate load analysis of thin-walled box beams considering shear lag effect

In this paper, the ultimate load of thin-walled box beams undergoing limited plastic strain is investigated with consideration of shear lag effect on the basis of the stress–strain relationship of elastic, linearly hardening materials. In the procedure, calculation formulae for strength increase coefficient, flange effective width ratio, critical values of plastic strain and shear lag coefficient are obtained for thin-walled box beams with elastic, linearly hardening materials. In addition, the relationships among the abovementioned parameters and conditions of boundary, load and aspect ratio L/2b (span length/beam width) of the box beams are established in this paper. For illustration, the numerical results of box beams under certain boundary and load conditions are presented and some conclusions are drawn which may offer references for the application of this procedure in structural design.     

考虑应变率及应变梯度效应的断层岩爆分析

从理论上研究了考虑应变率效应及微小结构相互影响的断层带．弹性岩石系统的剪切不稳定性。在经典弹-塑性理论的屈服函数中引入应变梯度及考虑应变率效应的函数。将断层岩爆简化为一维动态剪切问题，利用：局部塑性剪应变的对称性；在断层带的边界上，其应变值为零；断层带的宽度由塑性剪切应变取极值来确定等条件，得到了断层带内部的局部塑性剪切应变及局部塑性剪切位移，二者都随应变率的增加而趋于明显增加。同时，还得到了应变软化阶段系统结构响应的理论表达式。令峰后刚度为无穷大，则可得到岩爆发生的临界加载应变率，该参数不仅与岩石材料的本构参数有关，而且还与岩石结构的几何尺寸(即弹性区域的尺寸)有关。应变率增加使断层．弹性岩石系统容易发生失稳回跳。此外，若不考虑应变率效应，则本文的理论结果可以退化为对断层岩爆的静力分析结果。