正常固结饱和黏性土的三剪次加载面模型

以三剪统一强度准则为破坏准则,采用坐标平移法推导出能够反映中间主应力效应、土体拉压差效应和区间效应的三剪破坏应力比,来替换修正剑桥模型的原本破坏应力比从而得到三剪统一屈服函数。基于该屈服函数,并结合次加载面理论,提出适用于循环荷载条件下的正常固结饱和黏性土的三剪次加载面本构模型。对模型参数u,C和χ做了敏感性分析,发现参数u,C和χ大小都会影响对循环荷载条件下饱和黏性土的棘轮效应和曼辛效应;为验证所提模型的正确性,将该模型的计算结果、文献中两种饱和黏土动三轴试验结果以及饱和Kaolin黏土的双面模型预测结果做了比较,结果表明所提模型能够较好地反映正常固结饱和黏土的应力应变关系,随着循环次数的不断增加,所建模型的模拟结果能不断产生累计塑性应变和累积孔隙水压力,且能够形成滞回圈。通过真三轴数值模拟分析可知,饱和黏性土的塑性偏应变在加载前期发展较快,之后相对减小;单一变量下,分别增大最小主应力和中间主应力,均会增大土体的抗剪强度。     

饱和黏性土的结构性本构模型

将Liu等提出的土的结构性本构模型与三剪强度准则相结合,提出了均质饱和黏性土的三剪结构性本构模型。该模型既保留了原结构模型的特点,又考虑了应力状态对土特性及土的拉压强度差异的影响。另外,利用该模型对均质饱和黏性土在常规三轴试验、K_0压缩试验、以及真三轴试验中土的变形特性、孔隙水压力特性、中间主应力效应特性进行了模拟。结果表明在常规三轴试验中,孔隙水压力随着中间主应力影响系数的增加而减小,解构指数对孔隙水压力影响不大;K_0压缩试验中,在偏应变一定时,中间主应力影响系数对体积应变的影响较小,而体积应变随着解构指数的增加而增加;真三轴试验中,中间主应力影响系数越大,偏应力越大,土体强度越大。该本构模型能够反映均质饱和黏性土的强度变形规律及结构性对土的变形规律的影响。     

红黏土损伤特性及损伤演化规律试验

基于原状红黏土三轴不排水试验,得出桂林红黏土应力－应变关系,分析了原状红黏土结构损伤特性,确定损伤变量Ｄ,并对红黏土的损伤演化规律进行分析,验证其损伤本构关系。研究结果表明：桂林原状红黏土的应力－应变关系曲线表现出理想塑性的特点;不同围区条件下,轴向应变１.３６％处可视作红黏土应变的门槛阈值,对应的应力作为应力门槛阈值;初始弹性模量和割线模量有关的变量Ｄ可作为损伤变量;损伤变量随主应力差的增大而增大,基本呈线性关系,损伤变量与轴向应变基本呈指数函数关系,表明红黏土损伤过程是不可逆的特点;本文提出的损伤本构方程能够较好地拟合红黏土的应力－应变曲线关系,反映不同围压条件下的红黏土结构性损伤变化规律。     

复杂应力条件下土的结构性本构关系

结合陕西杨凌非饱和黄土不同条件下的三轴试验资料，将作者提出的一种新的土结构性定量化参数（应变型综合结构势）引入土的强度变形特性分析，发现在同一围压下土结构性参数对不同影响因素下的应力应变曲线均具有较好的归一化作用。基于归一化曲线所表现出的双曲线特征，用类似邓肯一张模型的处理手法构造了非饱和黄土的结构性本构关系，本构模型的参数均可由试验确定。由于本文提出的土结构性本构关系引入了能够反映复杂应力状态的土结构性参数并且与邓肯一张模型形式相同，因而具有应用范围广泛和便于程序分析的潜力。试验验证表明，结构性本构关系可以较好地反映非饱和黄土的强度变形关系。     

考虑塑性体积应变的扰动状态本构模型改进

针对Desai等人提出的扰动状态本构模型只考虑了塑性偏应变对扰动状态的影响,而没有考虑塑性体积应变的影响,对其扰动状态本构模型的扰动函数进行改进,在原扰动函数的基础上引入一个塑性偏应变迹和塑性体积应变迹的耦合形式作为扰动函数的扰动变量.取温州原状结构性软土进行了三轴固结不排水(CU)压缩试验、三轴固结排水(CD)压缩试验和一维压缩试验,通过试验数据对改进了扰动函数的DSC本构模型进行了验证.结果表明,改进前模型对原状结构性软土的不排水强度和排水强度预测均略偏高,改进后的模型对原状结构性软土应力应变关系的模拟精确.     

基于修正邓肯-张模型模拟红黏土应力-应变关系

分析了原状红黏土的应力-应变关系,从结构性损伤角度进行分段描述:硬化型应力-应变关系分为2 个变化阶段,而软化型则分为3 个变化阶段。为准确模拟其应力-应变关系, 基于结构性修正邓肯- 张模型,提出了一种计算损伤参数的方法,并进行原状红黏土三轴固结不排水试验模拟计算,发现模型能较好地反映土体应力-应变在不同阶段的发展规律,其中表征损伤发展速率的参数a^*与围压以及应力-应变关系曲线类型有关,取值范围在0. 15~0. 35,对红黏土弹塑性模型的建立具有参考意义。     

基于TTS本构模型真三轴条件下的热蠕变研究

真三轴条件下单调和循环温度荷载显著影响土体轴向、径向变形和侧压力系数，对能源地下结构抗裂、沉降控制及承载力设计提出了挑战．基于清华热力学岩土（Tsinghua thermodynamical soil,TTS）本构模型及Matlab点源求解程序，开展一维压缩和平面应变状态下饱和黏土和粉土的排水热蠕变模拟．分析一维侧限条件下超固结比（over consolidated ratio,OCR）和温度循环对热蠕变的影响；预测OCR及温度循环次数对侧压力系数的影响；模拟真三轴应力条件下各个主应力方向的热蠕变．TTS本构模型模拟的Bonny粉土真三轴排水条件下热蠕变方向和大小与试验结果符合，预测的相同试验条件下Bangkok软黏土温度蠕变幅值更大.结果表明，TTS本构模型可以合理描述真三轴条件下各主应力方向收缩或膨胀的热蠕变及温度剪应变．研究可为能源桩侧摩阻承载力设计提供参考．     

冀北地区原状土与重塑土的抗剪强度对比研究

为研究冀北地区原状土与重塑土的抗剪强度特性,对不同法向应力作用下的原状土与重塑土进行了饱和快剪试验和饱和固结快剪试验,分析了原状土与重塑土应力-应变曲线及抗剪强度-法向应力曲线。结果表明：饱和快剪试验中,原状土与重塑土在低于200 kPa的法向应力下具有应变软化的特性,而在高于200 kPa的法向应力下具有应变硬化的特性;饱和固结快剪试验中,原状土在不同法向应力下具有应变软化的特性,重塑土应力-应变变化特征与饱和快剪试验一致。在应变软化状态下,重塑土峰值强度对应的剪切位移小于原状土峰值强度对应的剪切位移。在应变硬化状态下,随着剪切位移的增加,重塑土的剪切应力增加速率高于原状土。在不同法向应力作用下,重塑土的抗剪强度基本低于原状土,其黏聚力c的最大降幅为33.8%,内摩擦角φ的最大降幅为22.0%。     

土体的实质应力和非极限状态

为了研究原始应力对原状土强度和变形的影响,以及处于正常工作状态时土的非极限状态特征和表示方法,基于重塑土和原状土三轴实验过程中的应力状态演变和应力路径特点,采用理论推导的方法研究了重塑土和原状土的屈服特点和非极限状态的应力路径。结果表明,前期应力状态对后续加载过程中土的强度特点具有显著影响,并可以表示为实质应力的函数和某个非极限状态。因此,在研究土的各种力学性质和建立模型时,合理的思路是充分考虑其前期应力状态并将这一状态植入本构模型之中。     

辽宁区域性饱和黏性土和粉土抗剪强度参数的试验研究——以盘锦地区为例

目的试验与分析辽宁区域性饱和黏性土(黏土与粉质黏土)和粉土抗剪强度参数.对辽宁盘锦地区黏性土抗剪强度特征取得了规律性认识,提高评价土质的可靠性.方法采用室内直剪试验、三轴试验与室外十字板剪切试验、静力触探试验.结果黏土内摩擦角φ好于粉质黏土、粉土;内聚力C的相关性相对于摩擦角较差;黏土的内聚力成负相关;直剪试验(快剪)抗剪强度指标内摩擦角φ和黏聚力C高于三轴试验(UU)的抗剪强度指标.不排水抗剪强度经验公式Cu=18.0 11.02qu适应于辽宁盘锦地区的黏土.结论建立了室内直剪试验与三轴试验抗剪强度指标之间关系,及十字板剪切试验与静力触力试验之间的关系,为以后在辽宁盘锦地区地基勘察评价中估计黏性土的抗剪强度提供参考.     

三剪统一强度准则在碎石桩复合地基承载特性分析中的应用

对桩身和桩周土分别采用实心圆柱体模型和柱形孔扩张模型,根据桩土间的应力传递及变形协调条件,利用三剪统一强度准则对碎石桩复合地基的承载特性作了分析。导出了碎石桩复合地基桩土应力比、碎石桩及复合地基极限承载力计算式。实例计算表明:碎石桩复合地基的桩土应力比随置换率的增大和桩周土变形模量的增大而减小,单桩极限承载力和复合地基极限承载力还随三剪统一强度准则中主应力效应参数增大而增大;计算结果与实测资料比较吻合表明本文所提方法有一定的合理性。     

超固结土的蛋形弹塑性本构模型

为了描述超固结软土在不同应力条件下的强度变形特征,以蛋形函数为基本框架,建立并发展适用于超固结土体的弹塑性本构模型. 通过对一系列超固结土应力路径三轴压缩试验结果的分析,探讨土体在超固结状态下塑性应变的发展规律(剪胀/剪缩). 在先前提出的旋转塑性势面流动法则基础上对其进行发展与改进,引入峰值应力比,构建剪胀状态下归一化塑性势面旋转角与应力状态参数之间的近似线性关系,以满足超固结土的塑性变形特性. 结合基于等效硬化参量的广义塑性功硬化原理构建超固结软土的蛋形弹塑性本构模型. 将三轴压缩试验数据与数值预测结果进行对比以验证模型有效性,结果表明该模型可以有效反映超固结软土在不同加载条件下的应力应变特性,比如软化与剪胀.     

人工制备土的结构性及其对应变局部化的影响

采用人工制备土方法和固结不排水(CU)剪三轴试验开展研究. 通过在宁波滨海粉质黏土中加入少量水泥和盐粒构造多组结构性强弱不同的人工结构性土,固结不排水剪三轴试验结果表明：水泥掺量为2%的试样的结构性与宁波原状粉质黏土最为接近,达到了利用人工制备结构性土来模拟原状土的效果. 随着水泥掺量的增加,人工结构性土的有效黏聚力近似呈指数形式增长,有效内摩擦角没有明显变化,初始变形模量增大. 在相同围压下,随着土体结构性的增强,试样更易发生应变局部化并出现剪切带破坏;应力-应变曲线出现软化,峰值点应力增大且对应轴向应变呈减小趋势. 对于同一种土体,结构性差异对剪切带倾角值影响不大,Mohr-Coulomb理论对剪切带倾角的预估值与实测值较为吻合.     

土的应力历史对软粘土地基深基坑性状的影响

提出了一种在分步开挖的深基坑工程中计算受超固结影响的饱和粘土强度的方法,得出能同时反映开挖应力路径和应力历史的饱和粘土非线性应力应变关系。通过典型算例的有限元法分析,研究了软粘土深基坑性状及土的应力历史对其性状的影响。     

高应力水平下深部黏土临界土力学模型研究

基于近来发展的临界土力学模型CASM,提出了考虑强度参数C影响的模型CASM-hc.以ABAQUS为二次开发平台,编制了模型CASM-hc的用户子程序,并计算模拟了中常压以及高压作用下的三轴不排水剪切试验.结果表明,模型CASM-hc能较好反映中常压和高压作用下饱和黏土临界强度特征,高压作用下不计C影响的计算临界剪切应力比可大于相应试验值0.66倍;若高压作用下饱和黏土的C值减小,则计算峰值偏应力和孔隙水压力均相应减小,且其减小幅值是C减小幅值的1.44倍.     

Constitutive model for overconsolidated clays

Based on the relationships between the Hvorslev envelope, the current yield surface and the reference yield surface, a new constitutive model for overconsolidated clays is proposed. It adopts the unified hardening parameter, to which the potential failure stress ratio and the characteristic state stress ratio are introduced. The model can describe many characteristics of overconsolidated clays, including stress-strain relationships, strain hardening and softening, stress dilatancy, and stress path dependency. Compared with the Cam-clay model, the model only requires one additional soil parameter which is the slope of the Hvorslev envelope. Comparisons with data from triaxial drained compression tests for Fujinomori clay show that the proposed model can rationally describe overconsolidated properties. In addition, the model is also used to predict the stress-strain relationship in the isotropic consolidation condition and the stress paths in the undrained triaxial compression tests. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50479001 and 10672010), the National Science and Technology Supporting Item (Grant No. 2006BAK12B12), and the National Basic Research Program of China (Grant No. 2007CB714203)     

考虑结构状态扰动的天然黏土一维压缩模型

为了探索结构性黏土的一维压缩特性模拟方法,广泛调查研究了中国12种典型的结构性黏土的一维压缩试验,分析比较了这些黏土的原状土样和重塑土样的一维压缩试验结果,通过引入“结构比”变量并建立其破坏规律,提出了一个简单的可以描述结构性黏土一维压缩特性的模拟方法,并利用扰动状态概念推广此方法至扰动状态模型.最后,应用此模型模拟了结构性黏土的一维压缩实验,验证了此模拟方法的适用性.     

A framework for coupled consolidation-desiccation behaviour of clay slurries

A framework is proposed to understand coupled consolidation-desiccation in clay slurries using effective stress and soil suction as state variables. Constitutive surfaces were derived from best-fit equations for reference curves where one state variable was kept at 1 kPa and the other was varied up to 10~6 kPa.Results indicated that volume compressibility comprises of apparent pre-consolidation up to 100 kPa beyond which a single best-fit curve is valid. Similarly, the theoretical virgin compression line(specific gravity dependant), indicated that both state variables have the same effect up to the air entry value(1000 kPa at a void ratio of 1.8) beyond which void ratio reduces more readily under effective stress than under soil suction. Likewise, hydraulic conductivity remained saturated up to the air entry value and varied from 10~(-9)m/s to 10~(-12)m/s. Finally, the unsaturated hydraulic conductivity correlated well with empirical relationship up to 10~(-14) m/s bevond which vapor flow became dominant.     

基于三剪统一强度准则的隧道围岩抗力系数计算

基于三剪统一强度准则对隧道围岩抗力系数进行了分析,并导出了围岩抗力系数的计算公式。在表征岩石的强度和变形特征时采用了三剪统一强度准则以反映中间主应力对岩石强度和变形的影响,在描述隧道围岩塑性区内的应力状态时,采用中间主应力参数法来表达不同岩体可能具有的不同塑性区应力状态。计算实例表明：隧道围岩的中间主应力对隧道围岩抗力系数有影响,考虑中间主应力效应后所得的隧道围岩抗力系数增大。     

接触面等应力增量比路径单剪试验及模型研究

为研究等应力增量比路径下土与结构接触面力学特性,进行高塑性粘土与混凝土接触面等应力增量比路径单剪试验,获得不同应力路径下应力应变关系曲线。试验结果表明,高塑性粘土能够较好地适应大变形,接触面剪应力与切向应变关系呈剪切硬化型曲线,法向剪胀不明显;接触面剪切强度与应力路径无关,应力应变关系与应力路径密切相关;初始法向应力一定,应力增量比越小,剪应力增长越快,对应的破坏剪应力也越高;无剪胀发生情况下,法向应变与法向应力关系曲线与单向压缩试验具有一致性;应力比与切向应变呈良好的双曲线关系。在试验研究的基础上,基于广义位势理论,将土与结构接触面问题看着应力空间上的二维数学问题,采用塑性状态方程代替传统的屈服面,建立了双重势面接触面弹塑性模型。模型能够反映应力路径、初始法向应力对接触面力学特性的影响,具有一般性,参数能够通过试验完全确定,可以方便地应用于有限元分析,具有一定的应用推广价值。