非线性K-G模型对胶凝砂砾石材料的适应性

非线性K-G模型最初是基于堆石料三轴试验提出的土体本构模型。胶凝砂砾石材料是一种力学性质极其复杂的新型筑坝材料,其颗粒组成和力学性质与堆石料有较大的区别。通过试验研究,在非线性K-G模型的基础上,提出了该模型的体积变形模量Kt和剪切变形模量Gt的求取方法。根据三轴试验数据,利用该模型计算相应参数,并预测应力—应变曲线,结果表明:该模型能较好地模拟胶凝砂砾石材料的应力—应变曲线,能用于胶凝砂砾石材料的相关计算分析。     

砾石土强度和变形的平面应变试验研究

平面应变试验至今仍属于非常规试验。采用新研制的大型平面应变仪和常规三轴仪对砾石土进行了两组对比试验。由于考虑了中主应力,平面应变试验更加逼真地模拟了工程实际。试验结果表明:①平面应变试验验证了土体的非线性、应力硬化特性和剪缩性;②对于平面应变问题,实际工程在选取强度指标时,可采用稍高于三轴试验测得的强度指标;③由广义胡克定律推导的,用大主应力与中主应力算出的泊松比仅为土体固有泊松比的弹性部分。     

改进Ｒｏｗｅ剪胀方程和南水模型在面板堆石坝中的应用

基于面板堆石坝筑坝材料大型三轴试验数据，研究了南水模型和Ｒｏｗｅ剪胀方程的参数求取方法与应用范围，发现南水模型对于堆石料拟合效果欠佳。采用改进的Ｒｏｗｅ剪胀方程替换南水模型中切线体积比的表述公式，克服了南水模型在拟合体积应变曲线时的一些缺陷。通过编制改进后南水模型的非线性有限元程序，将其应用于工程实例中以验证改进模型。结果表明:改进后的南水模型可以较好地模拟堆石材料剪胀剪缩性，堆石料沉降量较原模型更接近实测值，适用于面板堆石坝的应力变形分析。     

基于广义塑性模型的高面板堆石坝应力变形数值模拟

基于大型静力三轴压缩试验、等向压缩和卸载试验,构造了简捷的塑性模量表达式,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型。堆石料的本构模型模拟和三轴压缩试验的对比结果表明:广义塑性模型不仅能反映堆石料在低围压下的剪胀性和高围压下的剪缩性,而且能反映堆石料因颗粒破碎而引起峰值应力比和剪胀应力比的非线性变化特性。此外,有限元静力计算结果表明,坝体水平位移和沉降特性均符合高面板堆石坝的一般变形规律,量值在合理范围内。     

考虑级配效应的堆石料颗粒破碎与变形特性研究

通过6组级配堆石料的相对密度试验和大型三轴试验,分析了堆石料级配与抗剪强度、剪胀性、压缩性及颗粒破碎之间的规律,建立了堆石料广义塑性模型参数与制样分形维数之间的函数关系式,并利用不同级配的三轴试验结果验证其合理性。结果表明:堆石料的性质与级配密切相关,采用制样分形维数的二次函数可以较好地反映级配对其物理力学性质的影响。研究结论可为考虑级配影响的堆石体应力变形计算提供依据。     

堆石料广义塑性模型对不同应力路径适应性研究

针对同一系列某花岗岩堆石料不同应力路径加载试验,进行了修正广义塑性模型与修正南水模型的应力路径适应性对比研究。研究结果表明:两类模型均可以很好地预测常规三轴加载试验结果;对于等p加载应力路径试验,二者可以很好地预测强度特征,但是预测的体变偏差较大,两类模型均低估了等p试验下堆石料的体缩特性;对于等应力比加载试验,南水模型预测结果优于广义塑性模型,对剪胀(缩)规律预测较好。广义塑性模型预测结果与试验值相差较大, 主要原因在于常规三轴试验下的剪胀方程并不适用于等应力比试验,采用本文建议的修正剪胀方程后,广义塑性模型对等应力比路径试验预测精度明显提高。     

堆石料在不同应力路径下的颗粒破碎特性

采用大三轴试验设备,对直径为300 mm、高为600 mm的圆柱体堆石料试样进行了三种不同应力路径的固结排水试验,包括常规三轴压缩试验、等平均应力试验及等向压缩试验,探讨不同应力路径下堆石料的颗粒破碎特性,常规三轴压缩试验围压为200、400、800、1 200 k Pa,等平均应力试验平均应力为200、400、600、800 k Pa。试验结果表明,应力路径对堆石料的颗粒破碎特性有很大的影响。常规三轴压缩试验的应力—应变关系近于双曲线,低围压时试样先剪缩后剪胀、高围压时剪缩;等平均应力试验的应力—应变曲线呈应变软化型,体变表现为先体缩后剪胀。计算得到的颗粒破碎指数表明,等平均应力试验的颗粒破碎最为严重,等向压缩试验的颗粒破碎轻微。     

高应力状态下堆石料工程特性试验研究

通过对堆石料开展高应力状态的静力三轴试验,研究了孔隙率、级配及应力状态对其力学特性指标的影响。试验结果表明:随着堆石料孔隙率的降低以及级配的改善,堆石混合料的力学指标得到明显的提高;堆石料在高应力状态下的抗剪强度指标和本构模型参数均会差异于其在中等应力条件下的抗剪强度指标和本构模型参数;对整理出的"邓肯"模型参数和"南水"双屈服面模型参数分别进行了参数反馈分析,反演分析结果显示,涉及到应力参数的拟合性要明显优于体变参数;母岩岩性好、密度较高的堆石料应力应变曲线呈应变软化性,导致拟合曲线峰值与试验实际破坏峰值会相差较大,宏观表现为模型参数Rf值会较小,而且这种现象随着围压越高越明显。     

粗粒土体变规律大型三轴试验研究

采用粗粒土大型三轴剪切仪,对饱和粗粒土进行固结排水剪切试验,提出了拟合三轴剪切试验中轴向应变与侧向应变的函数方程,利用此关系式对三轴试验中试样的体积应变进行了预测。预测结果表明：改进模型能合理地描述粗粒土的体积应变规律,尤其是高围压下剪缩、低围压下剪胀的特性。由体积应变方程导出以轴向应变为自变量的切线泊松比表达式,通过与邓肯张模型及由数值方法求得的切线泊松比对比,讨论了该表达式的合理性。     

中主应力系数及应力路径对砂土剪切特性影响的真三轴试验研究

针对福建标准砂,进行了系列真三轴排水剪切试验,重点探讨了应力路径、中主应力系数对砂土应力-应变关系、广义剪应力比-应变关系及抗剪强度指标的影响,并利用试验实测的三轴拉伸和压缩条件下的内摩擦角及不同中应力系数条件下的强度实测值,验证了岩土材料非线性统一强度模型在π平面上的强度包线。试验结果表明,应力路径完全相同的情况下,砂土的抗剪强度q和广义剪应力比q/p随中主应力系数的增大而减小,强度指标?随中主应力系数的增大而增加;中主应力系数越大,砂土的剪胀特性越明显;不同应力路径对砂土应力-应变关系影响很大,但对应力比-应变关系及抗剪强度指标?的影响相对较小;岩土材料非线性统一强度模型能够很好地描述砂土的非线性强度特性。     

含时间效应的膨胀岩膨胀本构关系

指出目前广泛应用的膨胀岩一维膨胀本构关系Huder-Amberg模型的缺点，通过试验研究，得到了修正的膨胀岩一维膨胀本构关系。在此基础上，研究了岩石浸水条件下应变随时间的变化规律，并将时间效应引入膨胀本构模型，得到了膨胀岩一维非稳定膨胀的本构关系。最后基于金尼克条件将一维本构模型拓展到三维。     

混凝土的一种非相关流塑性本构模型

通过实验认识混凝土的三个特性，(1)初始屈服强度为零；(2)三向等压条件下应变和塑性应变均与应力呈线性关系；(3)有扩容出现时应力-应变曲线将进入下降段，但有下降段出现不一定出现扩容。以此为基础，采用半经验半理论的方法建立了混凝土的非相关流塑性本构模型。模型能够保证在单调加载下应力-应变曲线是光滑的，在峰值点处严格遵守Willam-Warnke三参数强度准则，在下降段有稳定的变化趋势，并能描述体积压缩和扩容现象。     

华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究

为了研究华山花岗岩的强度、变形特征以及能量耗散规律, 采用MTS815岩石力学试验机开展了单轴压缩和常规三轴压缩试验。结果表明:华山花岗岩表现出明显的脆性特征, 在三轴条件下应力应变曲线的上凹现象相比于单轴变得不明显; 随着围压的增加, 花岗岩的弹性模量和峰值应变不断增大, 但增加的速度逐渐变慢; 花岗岩的扩容阈值与围压近似呈线性关系; 单轴压缩条件下, 岩石内部储存的弹性应变能峰值后几乎瞬间都转化为耗散能, 劈裂破坏特征明显, 而三轴压缩下, 岩样的耗散能占吸收能的比例随围压提高逐渐增大, 表现为整体剪切破坏; 三轴压缩下的吸收能、弹性应变能以及耗散能都远大于单轴压缩下的对应值, 并且随着围压的增大而增大; 岩石破坏时的吸收能、耗散能以及储能极限均与围压存在良好的线性关系。     

不同应力路径下粉煤灰本构模型研究

研究粉煤灰在不同等应力增量比路径下的应力-应变-体变特性，提出考虑土的应变软化、剪胀(剪缩)性和应力路径影响的非线性弹性模型. 通过与试验及有限元计算成果对比，验证了模型的适用性     

循环荷载下重塑饱和粉黏土的动—静强度弱化规律研究

选取重塑粉质黏土作为试验土样,采用室内动静三轴试验系统研究循环荷载作用下土体的动静力学特性,动静强度的弱化规律,考虑了围压、频率、固结比、动应力比、循环次数5种因素对动静强度的影响。试验结果表明:承受循环荷载作用后土体与原土体相比总强度可能会增加也可能会降低,剪切时的孔压都会大于原土剪切时孔压。可以统一的是所有承受循环荷载作用后土体有效强度都会降低。通过对强度进行无量纲化处理,引入了动弹性应变和动弹性孔压,确定了动弹性应变与有效强度比,动弹性孔压与有效强度比关系符合指数模型,并提出来适用于衰减系数与动弹性应变,衰减系数与动弹性孔压的对数函数模型。     

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。     

考虑剪胀性和应变软化的粉细砂双屈服面本构模型

针对上海粉细砂不存在唯一临界状态线的特点,对传统的砂土本构模型进行了改进,提出了一个能合理描述粉细砂剪胀性和应变软化特性的弹塑性本构模型.该模型采用双屈服面形式,可同时反映剪切变形及压缩变形机理.模型对传统修正剑桥模型中的剪胀性公式进行了改进,考虑了反映塑性体积应变由正转为负时对应的特征状态应力比与初始有效围压的相关性.为了描述应变软化特性,提出了一个利用残余状态应力比和峰值应力比的应变软化公式,可较为合理地反映粉细砂的应变软化特性.通过对上海粉细砂的多组试验结果模拟,验证了本文模型的合理性和有效性.     

层状岩体在三轴加载下的扩容及塑性应变特性

为研究层状岩体在三轴加载下的扩容及塑性应变特性,选取具有典型层理构造的千枚岩为研究对象,制作倾角为0°、30°、45°、90°标准岩样,采用MTS815试验系统进行三轴加载试验,定义了塑性应变比以研究轴向与环向裂隙的发展速度。结果表明:千枚岩应力-应变曲线5个典型区段及特征应力与围压和层理倾角存在明显的相关性;千枚岩扩容起点对应的体应变随着围压的升高而减小,扩容起点对应的轴向应变和体应变随着倾角的增大而减小;不同层理倾角千枚岩长期黏聚力普遍大于峰值黏聚力,长期摩擦角普遍小于峰值摩擦角;较低围压水平下轴向裂隙的发展速度比环向裂隙的发展速度更快,较高围压水平下环向裂隙的发展速度随着偏应力增大而显著变快。     

考虑级配影响的堆石料强度与变形特性

利用大型三轴仪选用一种典型堆石料,通过设置4种级配、4种相对密度开展一系列不同围压作用下的大型三轴压缩试验,以研究级配、密度、应力状态等因素对堆石料强度与变形特性的影响。基于以上试验,对比分析不同级配、不同密度、不同围压条件下堆石料的应力变形特性,结果表明:试样颗粒越粗,剪切过程中试样越呈现应变硬化和压缩变形特性,随着颗粒逐渐变细,应变软化和剪胀特性愈加明显;堆石料强度与变形特性不仅与其密实和所处的应力状态有关,而且初始级配对其强度与变形特性有显著影响;堆石料强度包络线符合幂函数关系,并通过分析计算验证了其合理性与正确性。分析结果为进一步研究堆石料的状态相关剪胀理论及状态相关本构模型奠定了基础。