基于Alonso模型的非饱和土弹塑性本构方程推导

Alonso模型是目前应用最广泛的非饱和土弹塑性本构模型.首先简要介绍非饱和土Alonso模型的原理与发展;然后在饱和土剑桥本构关系的基础上,推导出一个基于Alonso模型的非饱和土应力应变增量方程的计算公式,该方程与饱和土的本构方程形式相同,且能够考虑净应力和吸力二者对土体硬化规律的影响,从而为非饱和土弹塑性计算提供一条途径.     

被动桩侧向土压力的三维数值模拟

运用岩土数值计算程序FLAC~(3D)对土体沿深度发生均匀侧移、桩基两端可简化为铰接情况下的被动单桩的侧向土压力进行了研究,其中土体采用摩尔-库伦本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面。研究表明:桩侧土压力随着土体侧向位移增大而增大,当达到极限状态时在浅层土体内桩侧极限土压力随深度增加而增大,达到一定深度后,桩侧极限土压力随深度增加基本保持不变;桩周粗糙度是影响桩侧极限土压力大小的重要因素;桩土相对刚度对桩基位移、剪力、弯矩和桩侧极限土压力分布有较大影响。另外,分析了桩侧土压力-桩土相对位移关系曲线(p-δ曲线)的形状以及达到极限土压力所需的桩土相对位移,并将计算结果与前人研究结果比较,得出两者具有较好的一致性且本文结果有所改进。     

面板堆石坝应力变形计算中考虑土的各向异性

土体本构模型一般都将土体作为各向同性材料，应用于混凝土面板堆石坝应力变形计算时常带来不小的误差，本文以双曲线模型为例剖析了计算中存在的问题。该模型假定从大主应力方向加荷与从小主应力方向加荷弹性模量和泊松比都相同，但真三轴仪试验表明两者有显著差异。混凝土面板中的应力是水荷载引起的，而水荷载沿坝体的小主应力方向施加，无论弹性模量还是泊松比，与荷载从大主应力方向施加都有很大的不同。各向同性的本构模型忽略了它们的差异，仅仅用大主应力方向加荷的方法来确定弹性模量和泊松比，必然会有较大误差，对混凝土面板来说就可能是不能容许的误差。文中提出了一种考虑各向异性的本构模型，它是以E-ν模型为基础，作了某些修正处理。用其对面板坝进行计算，面板应力有明显改善。     

一种新型结构性土三维本构模型

在NAKAI等基于应力张量t_(ij)和修正剑桥模型建立的能够描述中主应力影响且适用于描述正常固结土强度和变形规律的三维本构模型的基础上,通过引入能够描述土体密实度的状态变量ρ和土体黏结效应的状态变量ω,提出了适用于描述结构性土强度和变形规律的新型结构性三维本构模型。这一模型具有以下特点:结构性土三维本构模型在正常固结土的三维本构模型的基础上仅增加一个材料参数的情况下能够较好地描述三维应力状态下试样排水与不排水剪切特性、固结特性、围压对应力路径和应力应变曲线的影响及平均应力、偏应力增大时出现的应力路径可逆性等特点。应用新型结构性土三维本构模型对粉质黏土的固结试验和三轴剪切试验进行模拟计算,验证了其在模拟结构性土特征方面的可行性。     

岩-土交界面处超大直径过江盾构隧道地震响应特征

以武汉市三阳路超大直径过江“公铁合建”盾构隧道工程为依托,探讨了强震作用下岩-土交界面处隧道的损伤演化规律及地震响应包络特征。基于ABAQUS软件研发的动力有限元计算平台,建立了双隧道(含内部构件公路板与竖向隔板)-土体有限元模型,土体本构采用了修正的Davidenkov黏弹性动力本构模型,混凝土本构采用损伤塑性模型以模拟其开裂、损伤特征。计算结果表明:在岩-土交界面附近,盾构隧道衬砌的加速度、位移及应力响应均出现突变;由于隧道结构穿越了软硬土层,其破坏始于拱腰的退出工作,进而衬砌内部构件节点破坏,拱肩最后破坏;衬砌拱腰处的破坏区域均在岩-土交界面附近的软土层中;衬砌内部构件的存在使得超大直径衬砌拱侧的水平剪应力明显减小。     

高土石坝混凝土防渗墙弹塑性应力变形分析

本文建议一种适合混凝土材料的椭圆－抛物双屈服面弹塑性模型，并将其应用于某土石坝混凝土防渗墙计算比较中，结果表明，对处于低应力水平状态的混凝土，不必使用弹塑性模型；相反，对于应力水平较高的混凝土结构，采用弹塑性模型时的计算应力比弹性模量取常量时的计算应力小，更为合理，对塑性混凝土，应采用弹塑性本构模型计算。     

基于ABAQUS的土石坝稳定渗流期应力应变分析

利用有限元分析软件ABAQUS的用户子程序接口,实现了Duncan-Chang本构模型在ABAQUS中开发,对土石坝应力应变进行分析。考虑渗流作用时,首先采用有限元法计算坝体渗流场,通过迭代法算出稳定渗流的逸出点和浸润线位置,并根据水力梯度得到坝体所受的渗透力。然后将渗流分析所确定的渗流力与土体浮力等荷载共同施加在施工期的坝体上,分析计算土石坝在稳定渗流期的应力应变值。分析结果表明:采用此方法进行土石坝稳定渗流期的应力应变分析是合理的,且大大提高了计算效率。     

黄土状土应力-应变特征及本构模型的建立

工程上广泛采用的土体本构模型为双曲线形式,但双曲线模型只适合应力硬化型曲线而不适合应力软化型曲线.通过对应力软化型曲线形态特征及试验数据的分析,提出建立应力软化型应力-应变本构模型的虚加刚性弹簧法,即软化阶段的曲线叠加一定弹性模量的直线,形成的曲线形态基本符合双曲线模型,据此推导了应力软化型应力-应变本构模型及其切线模量的计算公式,以豫西地区重塑黄土状粉土三轴试验为例验证了该法的可行性.     

基于Abaqus的土工袋数值模拟算例分析

土工袋利用袋子张力作用使得袋内土体的强度得到提高，作为一种新型的土工合成材料被逐渐渗入到建筑物基础、道路（铁路）路基等工程中.本文从模拟软件介绍、土体本构、袋子单元、接触分析和算例计算5个方面，概述了基于Abaqus有限元软件的土工袋数值模拟.通过土工袋无侧限压缩试验模拟以及土工袋水平剪切试验模拟验证所选本构、单元、接触等的可行性.     

混凝土防渗墙在土石坝工程中的应用与发展

对混凝土防渗墙在浙江省土石坝工程的应用与发展进行了介绍，并根据浙江省众多此类工程的应力应变计算成果、混凝土弹性模量与强度的取用等资料，强调了工程设计应依据防渗墙与周围土体的变形协调性能和边界条件，对墙体混凝土应选择不同的弹性模量进行应力应变计算分析。针对混凝土强度及其弹模特性，应在满足应力应变的前提下，重视混凝土耐久性等特性，确定最优的墙体强度及相对应的弹性模量。     

边坡及挡土墙变形局部化分析

本文将局部和非局部软化损伤线性结合在一起表示非局部软化损伤内变量，给出变形体边界上积分点非局部内变量的复合映射方式。用非局部连续莫尔-库仑模型和次塑性模型(Hypoplasticity)，分别对边坡和挡土墙的变形局部化破坏过程进行了模拟分析。二维、三维有限元计算结果表明，本文采用的软化损伤内变量非局部方式和非局部边界的处理是行之有效的，反映材料微观性态的特征尺度以统计平均的方式表达，在材料本构关系中加以体现，所得计算结果对有限元网格的划分具有不敏感性，因而用非局部连续模型模拟土工建筑物的变形破坏过程具有可行性。     

考虑剪胀效应的深埋硬岩隧洞岩爆过程的数值模拟

基于摩擦强度在粘聚力发生显著劣化后才起作用的本构模型(CWFS模型),将Russense岩爆判据引入数值模拟过程中,研究了不同剪胀角取值对隧洞围岩岩爆区及最大最小主应力差值在70~80MPa之间单元分布规律的影响,并将计算结果与采用Mohr-Coulomb应变软化本构模型的结果进行了对比分析。结果表明:采用基于Russense岩爆判据的CWFS本构模型模拟出了隧洞围岩发生脆性破坏形成的V型破坏区,且破坏区内的单元均发生了严重岩爆;随着剪胀角的增加,岩爆区的面积显著增大,发生岩爆的单元数明显增多;围岩最大最小主应力差值在70~80 MPa之间的单元在围岩内部均形成了邻近V型岩爆区外轮廓线的V型区域,而采用Mohr-Coulomb应变软化本构模型则没有计算出围岩中的剪切破坏区,仅计算出了拉破坏区,围岩最大最小主应力差值在70~80MPa之间的单元没有形成V型区域。     

考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性上限分析

为了研究偏压荷载对抗隆起稳定性的影响,提出了一种考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性计算方法,将墙后土体沉降变形近似简化为余弦曲线,从而在研究偏压作用对基坑抗隆起稳定性影响时可计入偏压荷载范围和坑边距等因素,同时在极限上限分析法的公式推导中考虑了土体各向异性对基坑抗隆起稳定性的影响。将该方法与HASHASH和WHITTLE提出的波士顿蓝黏土深基坑开挖有限元模型进行对比,通过数值算例研究了挡墙入土深度、基坑深度、土体各向异性、最下一道支撑到坑底距离及偏压荷载等因素对抗隆起安全系数的影响。研究表明:基坑抗隆起稳定性系数随着土体各向异性比的增加而增加,随着最下一道支撑到坑底距离增加而增大,发现偏压作用距离坑边在2倍基坑深度之内对抗隆起安全系数影响较大。最后结合案例分析验证了该方法的有效性。     

应力型多重势面模型及其参数求取的改进

 多重势面弹塑性本构模型避开了屈服面的概念，本质上是一种数学本构模型。推导了基于应力空间的多重势面模型的柔度矩阵，提出了用沈珠江抛物线假设改进多重势面模型参数的求取方法以反映砂土等的剪胀性，并通过有限元计算与邓肯-张E-μ模型进行了比较和分析。所提出的参数求取方法可以使多重势面模型较好地反映剪胀性土的体变规律，计算分析成果有助于进一步研究和应用多重势面模型。     

压实弱膨胀土的膨胀变形特征及计算模式研究

膨胀性是压实弱膨胀土的典型特征,同时是造成膨胀土构筑物破坏的最重要的原因之一,合理地预估压实弱膨胀土在特定条件下的变形量对于减小构筑物的破坏具有十分重要的作用。因此,建立压实弱膨胀土的膨胀变形计算模式不仅显得十分重要而且也十分必要。基于此,在对压实弱膨胀土线膨胀率的相关影响因素进行分析的基础上,以高淳胥河某边坡弱膨胀土为研究对象,进行了不同初始状态下的膨胀土膨胀变形试验,研究了增湿比、压实度及上覆压力等对膨胀土线膨胀率的影响,建立了考虑增湿比、压实度及上覆压力的压实弱膨胀土线膨胀率变化模型,并采用其他学者的试验数据对该模型进行了成果验证,验证结果表明该模型可以较好地拟合压实弱膨胀土的膨胀变形量。     

侧向荷载作用下砂土与粘土中桩的受力性状研究

采用p-y曲线法对砂土与粘土中侧向受荷桩进行非线性分析。对于砂土与粘土采用不同的p-y曲线模型,并用m值和统一极限抗力作为模型参数。通过有限差分法与迭代方式进行计算,迭代过程中将土体变形分为弹性区与塑性区,建立全新的计算模型。利用Fortran语言编程,分别对粘土与砂土中侧向受荷桩的受力性状进行分析计算。将计算结果与实例进行对比分析,证明该模型适用于砂土与粘土中桩基的计算。     

超固结土塑性次加载面模型的数值实施及应用

为了研究软土固结等复杂的非线性本构关系,考虑超固结参数、潜在强度、硬化参数之间的相互影响,将基于Hvorslev面的超固结土的本构模型和大型非线性有限元计算软件ABAQUS结合起来,编写了相应的有限元本构模型子程序。通过用户子程序UMAT接口实现了该模型在软土结构分析中的应用,为正确评估和预测土体本构关系提供了一种简便有效的方法。以深隧洞的开挖为例,用此方法实现了土体结构的本构关系模型,使得计算结果更加接近实际情况,能够比较合理的模拟实际工程。     

剪缩型土的剪胀性大数据特征与计算模型

剪胀性是岩土材料区别于其他材料的重要特征,其基本力学特性目前尚未研究透彻,由此导致相关本构模型无法充分反映岩土材料的变形机制。本文提出了一种并行化的LM优化回归算法,该算法解决了剪缩型土的大规模剪胀性数据回归分析时的全局优化性差、收敛性慢、计算效率低的问题。利用该算法建立了剪胀率与其各影响因素之间的相关性函数。根据剪缩型土的剪胀性大数据特征和基本力学特性,考虑了剪胀率主要影响因素和附加影响因素的综合作用,构造了可以反映剪缩型土剪胀性共同规律的计算模型。该模型和剪缩型土所有实验数据的剪胀率拟合度高达0.938,明显优于剑桥模型和修正剑桥模型下的剪胀模型,而且本模型能够较好地反映不同剪缩型应力路径下剪缩型土的剪胀性。     

基于亚塑性本构模型的碎石路基渗透变形研究

准确分析渗透作用下路基碎石填料内部结构及相关参数的变化情况是评价路基稳定性的重要前提。以水布垭灰岩破碎料为母料,通过筛分试验和击实试验制备了3种不同压实度的样品。采用渗透变形试验,探明渗透作用对碎石土中细颗粒流失的影响,以及渗透变形情况。采用大型三轴试验,获取极端渗透作用前后碎石土体强度和变形参数的变化情况。将亚塑性本构模型嵌入ABAQUS软件中,描述了碎石填料颗粒流失前后碎石土体的应力-应变关系,计算了碎石路基颗粒流失前后的沉降变形。研究结果可以为碎石路基的工程设计及渗透变形计算提供参考。