北京地区黏质粉土三轴试验与分析

利用北京地铁十号线某段的重塑黏质粉土试样,采用英国GDS的多功能静三轴仪分别进行了固结排水和固结不排水的三轴压缩试验,得到了该种土的应力-应变曲线,并给出了土的抗剪强度指标与模型参数。基于通用有限元软件ABAQUS使用Mohr-Coulomb模型、Druker-Prager模型和修正剑桥模型模拟了土样三轴试验的破坏过程,分析了剪胀特性对土样破坏形式的影响,结果表明修正剑桥模型不能反映土的剪胀特性,而Mohr-Coulomb模型、Druker-Prager模型则过大地考虑了土的剪胀特性;考虑剪胀性的模型计算固结排水情况易出现剪切带,而不能考虑剪胀性的模型计算固结不排水情况易出现剪切带。     

粗粒土的剪胀方程及广义塑性本构模型研究

以剑桥模型的剪胀方程为基础,引入曲线形态调节因式,提出了一个新的剪胀方程,并依此构建了一个适用于粗粒土的广义塑性模型。主要结论如下:(1)所提剪胀方程能够反映粗粒土剪胀比和应力比之间的非线性关系,且参数定义明确、确定方法简单,并通过试验验证了其对粗粒土的剪缩和剪胀特性的描述能力较好;(2)所构建的广义塑性本构模型参数为9个,并给出了通过室内常规试验确定参数的方法;(3)推导了该模型在一般应力状态下的刚度矩阵,并证明了其对粗粒料普通三轴CD试验具有良好的拟合效果,进一步地,利用三轴等p试验和两段等应力比试验验证了模型的适用性。     

基于状态参数的筑坝粗粒土本构模型

粗粒土的应力应变关系与其密实度有着密切的关系。当前常用的粗粒土本构模型无法考虑密实度对其力学行为的影响,在粗粒土三轴试验基础上建议了一个基于状态参数的粗粒土双屈服面模型,推导了其应力应变表达式。该模型能够反映不同初始孔隙比条件下粗粒土的峰值强度、剪胀性、应变硬化或软化规律。通过与多组粗粒土三轴试验结果比较,验证了模型的适应性。     

堆石料强度和变形特性数值模拟

 大型三轴试验结果表明,堆石料在剪切过程中具有明显的应变软化和剪胀特性,其应变软化和剪胀与否取决于土样本身的密度与应力状态：密度越大,围压越低,其应变软化和剪胀性就越明显。通过引入无黏性土的状态相关剪胀理论,对具有不同密实度的堆石料在三轴固结排水剪切过程中的强度和变形特性进行模拟,并与邓肯–张E-B模型和南水模型的模拟结果进行对比,发现该理论仅需一组材料参数就能够较好地反映堆石料的应变软化和剪胀特性。     

剪胀型土剪胀特性的大数据深度挖掘与模型研究

土的剪胀性是建立本构模型的重要基础,而当前建立的剪胀模型揭示其共同规律不够,这也是现有的本构模型不能良好反映土体变形机制的重要原因。基于Hadoop+Spark计算平台,提出了一种全局优化性强,收敛性快,计算稳定的(distributed levenberg marquardt regression)DLMR大数据特征深度挖掘算法。利用剪胀型土的大量剪胀特性试验数据,根据该算法和剪胀型土的基本力学特性,得到了剪胀型土的剪胀性大数据特征,发现了剪胀率与应力、应变以及应力增量存在明显的非线性特征,并分别建立了它们之间的相关性函数。在此基础上,构建了可以反映剪胀型土剪胀特性共同规律的剪胀模型。通过模型的比较,本文模型明显优于修正剑桥模型下剪胀模型的改进式和Rowe模型。通过模拟不同应力路径下剪胀型土的常规三轴压缩试验数据,表明本文模型能够良好反映不同应力路径下的剪胀性。     

一个基于细观结构的粗粒料弹塑性本构模型

针对粗粒料的剪胀特性和强度非线性,在经典弹塑性理论框架内,建立了一个基于细观结构的粗粒料弹塑性本构模型。模型采用基于颗粒材料细观结构变化推导得到的屈服函数,在此基础上由非相关联流动法则得到的剪胀方程,结合粗粒料典型的三轴压缩试验结果,引入一种无黏性土的压缩模式,构造了能够统一描述粗粒料剪胀、剪缩特性的硬化参数。阐述了由常规三轴试验和等向压缩试验确定模型全部7个参数的方法。对3种粗粒料三轴压缩试验结果进行了预测,预测结果与试验结果吻合良好,说明模型能够合理地反映粗粒料的应力变形特性。     

岩土材料的剪胀方程

岩土材料的摩擦特性导致土体在剪应力作用下会发生体积的膨胀或收缩,因此建立剪胀方程是描述岩土材料力学行为的关键。基于经典弹塑性理论的框架,可以构建土的一般性剪胀方程。论文分析了Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、SMP等强度准则对应的剪胀方程。总结了剑桥模型、清华模型,以及国内外常用本构模型的剪胀方程。探讨了三轴试验条件下剪胀方程与名义切线泊松比的关系,以及可能的取值范围。结合广义位势理论,进一步给出了利用剪胀方程构造本构模型的途径。     

三维胶结结构性土UH模型

为反映胶结对结构性土剪切最终应力比以及剪胀规律的影响,将p–q坐标中静态的临界状态线(CSL)扩展为与CSL平行并随结构性衰减而从左侧移向CSL的动态临界状态线(MCSL),构造与MCSL匹配的屈服面和剪胀方程,从而将以考虑加载体积垮塌为主的结构性土统一硬化(UH)模型扩展为能考虑胶结影响的胶结结构性土UH模型。在此基础上,应用变换应力三维化方法,将所提模型应用到三维应力空间。相对于结构性土UH模型,三维胶结结构性土UH模型增加了1个模型参数描述初始胶结程度。该参数可由无侧限压缩试验近似确定。通过4种结构性土的试验结果与模型预测对照表明,三维胶结结构性土UH模型能够较合理地反映受胶结影响的结构性土等向压缩、常规三轴剪切与真三轴剪切等特性。     

基于广义塑性理论的堆石料动力本构模型研究

分析了堆石料在等幅与不等幅应力循环荷载作用下的变形特性,以此为基础,确定了不同加载过程中堆石料的剪胀方程,加载方向,切线模量及塑性模量,建立了一个可以考虑堆石料循环加载特性的广义塑性本构模型.模型将所有的加卸载阶段都视为弹塑性过程,并在剪胀方程中引入老化函数来考虑体积应变积累对剪胀(缩)性的影响.模型共有12个参数,均可通过常规室内单调及循环加载试验确定.为验证模型的有效性,依据试验资料确定了两种不同堆石料的本构模型参数,并对等幅循环三轴压缩与不等幅循环三轴压缩试验进行了模拟.两种材料在不同围压下的模型预测结果与试验数据均吻合良好,表明模型可以有效地反映循环荷载作用下堆石料应力应变曲线的滞回特性与永久变形的积累.     

邓肯—张模型对砂卵石土适用性的试验研究

通过三轴试验,本文针对邓肯—张模型对砂卵石土的适用性进行了分析研究。试验结果表明,砂卵石土的体变在经历初始的体缩段后,随着轴向应变增加变为以体胀为主,并且随着围压增大,体胀逐渐减弱;砂卵石土的强度和切线弹性模量可以根据邓肯—张模型来较合理地确定;邓肯—张模型不能够较好地描述砂卵石土的体变特性与泊松比参数,切线泊松比应优选本文所拟合公式。