土应力-应变关系转型曲线及参数研究

将土的三轴剪切试验测得的应力-应变关系分为硬化和峰值后软化两种类型,提出可以统一表示这两种类型的数学表达式以及阐述了表达式中参数的意义,对杭州粘性土在该表达式的基础上结合考虑前期固结压力pc,初步提出了一个能反映转型现象的应力-应变关系表达式,并指出应力-应变关系的初始切线模量应与前期固结压力PC有关。     

一种基于蛋形屈服函数的黏土等效塑性功硬化模型

为了研究不同加载路径下土体的硬化规律,首先进行一系列不同应力路径的黏土排水三轴试验,结果表明:塑性功Wp具有一定的应力路径依赖性,因而不适宜作为硬化函数参量。在此观察基础上通过引入等效塑性功Wp消除该种应力路径依赖性,进而在蛋形屈服函数框架内提出一种广义的硬化模型。该模型以等效塑性功函数H(Wp)作为硬化参量,并借助于临界状态线/Hvorslev线等概念对等效硬化参数H做归一化处理,进一步结合试验结果可以发现归一化后的等效硬化参数与等效塑性功之间的关系是独立于加载路径的,仅与初始硬化时的应力状态(以应力比η0表征)有关。以此为基础分别提出适用于应变硬化/软化模型的等效塑性功硬化函数,该硬化函数仅只依赖于初始硬化时的应力比η0。最后通过数值结果与试验结果的比较表明,该硬化模型可以有效地反映不同应力路径下土体的应力-应变特征。     

钢筋混凝土黏结滑移曲线研究与数值模拟

现有具有代表性的黏结滑移曲线可以分为两大类,一类为单一曲线表达式,另一类为多段表达式。不同的单一表达式黏结滑移曲线变化较大,峰值黏结应力和峰值滑移量均有较大差别;多段表达式明确地表达了上升段、峰值滑移段和残余变形段,不同表达式的峰值应力也有所不同。在比较分析的基础上,提出修正黏结滑移曲线,并采用有限元软件对其进行验证,模拟曲线与参考文献试验曲线符合较好,表明模型和数值模拟的可靠性。     

考虑强度非线性的堆石料弹塑性本构模型研究

根据堆石料大型三轴试验成果,提出了非线性强度包线在q-p 坐标面上的幂函数表达式。将此非线性强度准则模式应用于剪切屈服面与体积屈服面表达方程的推导,从而建立了一个可反映堆石料实际工程特性的新型弹塑性本构模型。应用自编计算程序将该模型与殷氏模型用于不同应力路径条件下堆石料试验的数值模拟研究,对比分析表明:本文模型计算结果与试验实测结果更为一致,能较好地描述各种加载路径下堆石料的强度与变形性状。     

基于相变状态的饱和砂土循环荷载边界面模型

在修正剑桥模型屈服面基础上,对循环荷载作用下,压缩及张拉空间的剪胀应力比Mc,ed以相变状态参数表达,模型采用与应力路径无关的硬化参数来替代修正剑桥模型中的塑性体应变增量,采用随动硬化规则。经排水及不排水循环试验结果验证,该模型较适合模拟剪胀性饱和砂土在循环荷载作用下的力学行为,如剪胀、硬化及软化现象等。模型的10个参数,用常规三轴试验就可获取。     

考虑剪切硬化的砂土临界状态本构模型

基于临界状态土力学框架,建立了一个剑桥类砂土本构模型,适用于单调静力荷载,加入了剪切硬化、依赖状态的剪胀的概念。屈服面采用倒子弹头型,硬化规律不是采用剑桥模型的体变硬化,而是借鉴Hashiguchi次加载面模型的思想,推导出与Norsand砂模型相同的增量形式的塑性剪应变硬化表达式。流动法则采用加入状态参数概念的修正的Rowe应力剪胀关系,该模型能考虑砂土变形特性对密度和固结压力的双重依赖型,只用一组材料参数就能模拟不同密度和固结压力下的应力应变响应,可反映材料的软化。通过与常规三轴试验、等p路径三轴试验等结果的对比,表明该模型是合理的、有效的。     

p-s平面上不同应力路径的非饱和土力学特性研究

 通过7个吸力和净平均应力同时变化的非饱和含黏砂土固结试验,研究7条不同应力路径的试验在p-s-v,p-s- ,p-s- 和p-s-w空间曲线形状随角度?(净平均应力和吸力夹角)的变化规律,分析引起变化的机制,指出净平均应力是决定体变的重要因素,吸力是决定水分变化的首要条件。并探讨p-s平面上7条应力路径屈服点连线轨迹的统一表达式,建立p-s平面上屈服点连线的统一抛物线表达式。最后运用该公式预测已有的试验数据,预测结果较为理想,说明该式预测p-s平面上不同应力路径各屈服点变化规律是较为可靠的。     

拉压下不锈钢三阶段应力-应变关系的逆表达式

提出了不锈钢合金应力-应变关系的新表达式,应力为应变的显式函数。基于改进的Ram-berg-Osgood方程,本公式是现有三阶段应力-应变关系的一种近似逆表达。三阶段关系公式比两阶段关系公式更准确,并对拉应力和压应力均适用。基于理想线弹性性能和实际应力-应变曲线误差的合理假定,提出本表达式,其在应力的全范围阶段都是有效的。选取不同的材料参数,对本表达式进行试验验证。结果表明:新公式结果与全范围应力-应变关系的迭代数值求解结果很吻合,最大误差低于4%。     

不同应力路径下的邓肯–张模型模量公式

实际工程中,土体可能处于轴向卸载、侧向加载、侧向卸载应力路径下,而邓肯–张模型是在轴向加载条件下得到的,这限制了它的适用范围。本文模拟邓肯-张模型思路推导了不同应力路径下的切线模量公式,从而使模量公式系列化,扩大了邓肯–张模型适用范围;根据不同应力路径试验的结果,发现公式推导中使用的假设可以得到验证。     

基于统一强度理论准则的内填生态砌块材料硬化函数探究

为生态复合墙体的填充材料分析与应用提供理论依据和研究基础,结合当前国内外生态复合墙体材料的研究趋势,对三种新型生态复合墙体填充材料进行单轴抗压性能试验研究,基于统一强度理论和相关流动法则,采用材料各向同性强化法则,推导出基于统一强度理论的本构模型的硬化函数显式表达式,并利用单轴加载试验数据求得硬化函数与硬化参数之间的微分关系,推导出材料增量弹塑性刚度矩阵的表达式。结果表明:通过硬化函数显式表达式建立的材料单向弹塑性应力-应变关系能够较好的反映材料的本构模型;为统一强度理论准则的材料硬化参数增量弹塑性刚度矩阵表达式的计算机编程提供一种思路。     

基于弹黏塑性本构模型的旋转硬化规律

 为更好地反映原状K0固结软土的变形特性,在已建立的考虑软土初始诱发各向异性的弹黏塑性模型基础上,进一步研究软土的旋转硬化规律。通过分析土体在等向固结过程中的黏塑性体积变化,推导表征黏土各向异性演化速率的旋转硬化参数b的理论表达式,便于实际应用。针对浙江温州原状软黏土进行三轴不排水压缩和拉伸剪切试验,分析K0固结温州软黏土的应变率效应以及旋转硬化规律对其受力变形性状的影响。对比分析试验结果与模型计算结果,验证模型及旋转硬化规律的有效性和适用性。     

基于功能系统分析技术的葵岗隧道围岩施工方案选择研究

 基于价值工程中的功能系统分析技术,结合专家知识和群决策(DSS)技术,对高速公路隧道施工方案的优化选择方法进行研究,建立一个针对不同围岩类别的施工方案优化理论模型。然后结合一个具体案例(葵岗隧道施工优化)来阐述该模型的应用。实践证明,这种模型很适合大型隧道工程的施工方案优化选择决策。     

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。     

复杂应力路径下无粘性土的弹塑性数值模拟

本文基于标准砂、粉煤灰两种较典型无粘性土的试验研究，建议了一个描述无粘性土复杂应力路径下应力应变特性的弹塑性数值模型。该模型强调塑性应变的大小和方向不仅与当前应力状态有关，而且还决定于当前应力增量的方向。其参数可由简单应力路径的试验确定。为了该模型实际应用，文中还推导了有限元数值计算的弹塑性矩阵。几种典型应力路径的数值模拟结果与有关试验资料比较，表明了该模型的合理性。     

应力路径对超固结土峰值强度特性的影响分析

超固结土的峰值强度不仅与超固结度有关,也受到应力路径的影响。基于统一硬化模型(UH模型)和广义非线性强度准则,对超固结土的峰值强度特性进行分析,预测超固结土在常规三轴压缩、等p路径、不排水路径下的峰值强度,得到其峰值强度大小关系。利用广义非线性强度准则描述三种路径下的超固结土峰值强度的非线性,并确定其表达式。通过与试验结果对比表明所建议分析方法的有效性。     

超固结土三轴排水不排水试验数值分析

在临界状态土力学的框架内,采用Hashiguchi提出的下负荷面本构模型,建议了一个简化的塑性硬化规律,使之能较合理地描述超固结粘土在正常屈服面和下负荷面之间的变化规律.数值模拟结果表明,修正后的硬化规律能够较好地描述超固结粘土的许多力学特性如应力应变关系、应变软化以及应力剪胀性等.数值预测结果与室内三轴排水试验结果相...     

基于统一硬化参数的旋转硬化模型

为反映应力诱导各向异性特性,在统一硬化模型以及超固结土模型的基础上,结合屈服面的旋转硬化机制,将以往只反映等向硬化机制的模型推广为混合硬化模型。分别对黏土的排水应力路径以及砂土的不排水应力路径的应力-应变关系进行预测。结果表明:所提模型不仅能较好地描述黏土材料在循环加载条件下的应力-应变关系;同时,对于不同初始条件下的饱和砂土在循环加载条件下的应力-应变关系也能作出合理预测,验证了所提模型的合理性。     

土的统一硬化模型及其发展

土的统一硬化模型是以修正剑桥模型为理论基础,以采用统一硬化参数使其简明反映土的剪胀性、以采用变换应力方法使其合理反映土的三维特性为标志性特征,可针对不同类型土的特性,通过对统一硬化参数作适当调整,来建立与其相应的模型。统一硬化模型被发展为黏土和砂土的统一硬化模型、统一硬化超固结土模型、统一硬化K0超固结土模型、考虑砂土软化的模型、考虑土的材料各向异性的模型等十余种模型。这些模型能分别描述土的剪缩、剪胀、硬化、软化、超固结性、初始应力各向异性、材料各向异性、结构性、蠕变压缩和渐进状态等特性以及大应力条件下颗粒破碎和循环加载条件下土的变形特性等。     

不同应力路径下饱和粘性土CU试验研究

利用GDS多功能三轴仪对饱和粘性重塑土分别进行了不同K0状态下的CU试验和K0=0.7时不同围压状态下的CU试验,探讨不同应力路径下粘性土的变形和强度特性。试验表明:不同应力路径下的土的应力—应变关系都呈曲线形态相似的非线性应变硬化型;随着固结应力比K0的增加,应力—应变关系曲线初始坡度逐渐由缓变陡;饱和粘性土不排水试验中:ε3=(1/(1-ε1))~(1/2)-1。     

Characterizing the deformation behavior of Tertiary sandstones

Tertiary sandstones possess deformational behavior different from hard rocks, especially the relatively larger amount of volumetric dilation during shearing. Such excess dilation contributes to the increase of crown settlement during tunnel excavation and accounts for several cases of tunnel squeezing within Tertiary sandstones. Therefore, the deformation behavior of Tertiary sandstones sampled from more than 13 formations was studied. To distinguish the volumetric deformation induced by hydrostatic stress or by shear stress as well as to decompose the elastic and the plastic components of strains, special experimental techniques, including pure shear tests and cycles of loading–unloading were applied.The experimental results reveal that the deformation of Tertiary sandstone exhibits the following characteristics: (1) significant amount of shear dilation, especially elastic shear dilation; (2) non-linear elastic and plastic deformation; (3) plastic deformation occurs prior to the failure state. Furthermore, features of plastic deformation were inferred from experimental results and, as a result, the geometry of plastic potential surface and the hardening rule were accordingly determined. A constitutive model, involving nonlinear elastic/plastic deformation and volumetric deformation induced by shear stress, is proposed. This proposed model simulates the deformational behavior for the shear-dilation-typed rocks reasonably well. Furthermore, tests on the versatility of the proposed model, including varying hydrostatic stress and stress paths, indicate that the proposed model is capable of predicting deformational behavior for various conditions.