应力路径对重塑粘土本构关系影响的试验研究

为探讨应力路径对重塑粘土本构关系的影响,进行了增、等、减排水和常规三轴压缩不排水应力路径下的三轴压缩试验,获得了四种应力路径下重塑粘土的应力应变关系,采用数值建模方法通过可视化分别给出了四种应力路径下整个应力场中的剪切和体积三维变形曲面,并给出了四种应力路径下的剪切和体积屈服轨迹。对比这四种应力路径下的变形结果发现,无论在应力范围、应变峰值、应变曲面的形状和体积屈服轨迹的变化趋势上都存在显著差别,然而剪切屈服轨迹相似。这些结果证实了应力路径对粘土本构关系的影响是相当大的和不容忽视的,而有效平均正应力对应力路径相关性的影响是决定性的。     

等主应力比路径下砂土弹塑性本构关系的数值建模

按照数值建模理论,建立了砂土在等主应力比路径下的弹塑性本构模型,给出了塑性体应变和塑性剪应变两组屈服轨迹,模型的建立为工程提供了一个符合土体中实际发生的应力路径的本构方程.同时,通过与常规三轴压缩路径和等p路径(TC)下的应力应变关系曲面和屈服轨迹的对比,发现三者之间存在着显著差别,证实了应力路径对本构关系的影响是不可忽略的.     

粘土数值建模方法与Duncan模型的对比研究

以塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用原理为指导,对粘土本构关系的数值建模方法进行了研究。采用包含应力路径函数的两个本构泛函作为模型基本框架,可以反映出应力路径相关性。应力应变增量关系的表达式包含两个偏导数的交叉项,用于反映塑性体应变与塑性剪应变的相互作用。利用三轴试验结果建立了粘土的弹塑性本构模型,该模型能够反映出土的三大基本力学特性:压硬性、剪胀性和应力路径相关性。通过可视化,分别给出在整个应力场中剪切和体积的三维变形曲面。此外,从模型的理论基础、基本框架和预测结果等方面与Duncan模型进行对比,显示出数值建模方法优于传统方法。     

等主应力比路径砂土的弹塑性本构方程

为了模拟填土工程中土体的变形,需要建立在等主应力比应力路径下的本构模型.采用数值建模方法建立等主应力比路径下砂土的弹塑性本构方程.该模型能够反映填土施工中应力路径的影响.通过可视化,绘出了整个应力场中的三维变形曲面.通过与CTC路径下的变形曲面比较,发现两者之间存在显著差别,验证了应力路径对本构关系的影响是不可忽略的.     

重庆红粘土本构模型验证

以重庆红粘土为研究对象，通过对重庆红粘土在不同应力路径加荷条件下的应力－应变关系的分析研究，运用“土的本构关系图象程序”对重庆红粘土本构关系，进行了四种本要模型验证，认为非线性弹性成都科技大学Ｋ－Ｇ模型和殷宗泽双曲服面弹塑性模型能反映重庆红粘土应力－应变关系的本构模型，提出了相应的模型参数。     

沥青混合料粘弹塑性本构关系及大变形有限元分析一般理论

应用Perzyna’s理论和Mises屈服准则建立沥青混合料粘弹塑性本构方程,并扩展到三维方程;应用Newton-Raphson迭代程序的逐步积分方法,获得了小变形粘弹塑性本构理论增量形式和有限元数值方程。基于小变形本构理论,把其应力应变、应力偏量和等效应力分别改用Cauchy应力的Jaumann导数、变形率、应力偏量和等效应力,推导出大变形粘弹塑性增量形式的本构方程和数值方程,建立了沥青混合料粘弹塑性理论体系。     

干湿循环下石灰粉煤灰改良膨胀土的双屈服面本构关系

基于椭圆-抛物线弹塑性本构模型,研究了干湿循环条件下石灰粉煤灰改良膨胀土的双屈服面弹塑性应力-应变本构关系。首先通过一系列三轴固结排水剪切试验,分别得到不同干湿循环次数下石灰粉煤灰改良膨胀土的偏应力 与轴向应变 、体积应变 、以及剪应变 的试验曲线;然后根据三轴试验结果拟合本构模型中的各参数与干湿循环次数之间的关系表达式;最后引入干湿循环作用因子,建立考虑干湿循环作用的双屈服面弹塑性本构模型。研究表明：(1)干湿循环作用下,偏应力与轴向应变 关系表现为应变硬化,体应变 表现为应变剪缩。 、 、 等试验曲线都呈现出近似双曲线特征;(2)干湿循环作用下,土体的偏应力 不断减小,体应变 不断增大,干湿循环作用显著降低石灰粉煤灰改良膨胀土体的抗剪切、抗压缩能力;(3)体积屈服面、剪切屈服面在 平面上分别为椭圆、抛物线。干湿循环作用下,体积屈服面不断向原点靠近,剪切屈服面不断向 轴靠近,前9次干湿循环作用的影响较为显著,之后屈服面的变化趋于稳定;(4)通过引入干湿循环作用因子所建立的双屈服面本构模型,可定量反映干湿循环作用对石灰粉煤灰改良膨胀土应力-应变关系的影响,以及双屈服面演化过程。该双屈服面本构模型的应力-应变预测值与试验值吻合度较高。     

湿地湖泊相黏土应力-应变及屈服特性试验

为探讨结构性和各向异性影响下湿地湖泊相黏土的应力-应变特性和屈服特性,分析结构性和应力路径对湿地湖泊相黏土应力-应变关系的影响,基于应力路径试验系统研究湿地湖泊相黏土的屈服特性.结果表明:湿地湖泊相黏土的应力-应变特性受胶结和组构的显著影响,当土体球应力增量大于0时,胶结和组构共同承担荷载,能提高土体的抗压强度并减小压缩变形;当土体球应力增量小于0时,组构不能承受拉应力,仅有胶结承担荷载,胶结能够提高土体承受拉应力的能力并产生较大的膨胀变形.由于不同应力路径下湿地湖泊相黏土均受球应力和偏应力的交互影响,导致其应变方向与应力路径方向存在一定偏差,但塑性应变增量与屈服轨迹却存在较好的正交性,可以采用相关联法则描述塑性流动特性.最后,由于受沉积时的K₀固结和胶结影响,湿地湖泊相黏土的屈服轨迹为一旋转椭圆形,并和临界状态线一起与p′轴交于q-p′平面原点左侧.     

改进的混凝土弹塑性损伤本构

针对现有的混凝土弹塑性损伤本构模型的缺陷,利用能够反映混凝土拉压方向不同强度特性的Hsieh-Ting-Chen四参数屈服函数,基于热力学耗散原理提出了一种新的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且进行单轴拉伸和单轴压缩下,应力-应变关系的数值试验。和其它混凝土弹塑性损伤本构模型相比,提出的弹塑性损伤本构模型有其优点:只有一个未知参数,其余的参数都和Hsieh-Ting-Chen混凝土四参数屈服函数的参数相同,易于确定未知参数;并且拉压损伤演化定律采用相同的计算公式,能够较好地反映混凝土在复杂应力状态下的拉压不同的损伤特性及应力-应变曲线。     

考虑应力路径影响的垃圾土应力-应变特性

填埋场内垃圾土体存在多种应力状态(如压缩、拉伸、加载和卸载等),常规三轴试验和直剪试验难以全面进行模拟。为此，利用GDS三轴仪针对垃圾土重塑样开展9种不同应力路径下的三轴试验，深入研究分析应力路径对垃圾土应力-应变特性和屈服特性的影响，提出描述垃圾土应力-应变关系统一的数学模型，并得到p-q应力空间上垃圾土的屈服轨迹。通过与砂土进行比较，揭示应力路径对垃圾土中纤维材料加筋作用的影响规律。结果表明：对于σ₃≥0的压缩路径，垃圾土的应力关系曲线上翘，没有任何出现峰值或趋于渐近值的迹象，纤维材料起到的加筋作用最显著；对于σ₃<0的压缩路径，垃圾土的偏应力随轴向应变增加而增大，并逐渐趋于某定值，纤维材料起到的加筋作用较弱；对于Δq<0的伸长路径，垃圾土与砂土的应力-应变关系曲线近乎一致，纤维材料几乎不产生加筋作用。垃圾土中纤维材料的加筋作用与应力路径密切相关，研究成果为全面深入理解垃圾土的力学特性提供了依据。     

Digitalization Modeling System for Constitutive Relation of Geomaterial

1 Introduction The classic theory of plasticity for metal is just a particular case of the general constitutive model for geomaterials[1]. It’s very difficult to acquire an effective constitutive model because its validity rests with many characteristics of geomaterials. It’s very difficult to make certain deformation of specimens in conventional soil tri-axial compression tests because some disadvantages exist in the experiment principles, approaches and instruments [2–3]. The axial deform…     

建立岩土本构模型的数值方法

根据反问题的理论,阐明了建立岩土本构模型属于反问题,提出了建模的四个基本步骤.在试验数据中蕴藏着应力应变关系的信息,直接提炼本构规律是可能的.神经网络是强有力的反演工具,借助于它建立了砂土和粘性土的非线性和弹塑性神经网络模型.研究结果表明,这种数值建模方法具有许多优越性,已成为求解边值问题的主要工具,也必将在建立岩土本构模型中发挥重要作用.     

Modeling of state parameter and hardening function for granular materials

A modified plastic strain energy as hardening state parameter for dense sand was proposed, based on the results from a series of drained plane strain tests on saturated dense Japanese Toyoura sand with precise stress and strain measurements along many stress paths. In addition, a unique hardening function between the plastic strain en--ergy and the instantaneous stress path was also presented, which was independent of stress history. The proposed state parameter and hardening function was directly verified by the simple numerical integration method. It is shown that the proposed hardening function is independent of stress history and stress path and is appropriate to be used as the hardening rule in constitutive modeling for dense sand, and it is also capable of simulating the effects on the de-formation characteristics of stress history and stress path for dense sand.     

不同密度粉质粘土K0固结侧向卸荷三轴试验研究

针对侧向卸荷等特殊应力路径下应力应变关系对土体本构模型的影响，利用应力控制式三轴仪，对南京某工程粉质粘土的重塑样进行了K₀固结条件下侧向卸荷三轴固结排水剪试验，研究了侧向卸荷路径下干密度对粉质粘土应力应变及强度特性的影响规律，建立了一个土体因干密度变化引起内摩擦角变化的经验公式，提出了一个侧向卸荷条件下土体破坏时的侧向应变经验公式，并提出了据此公式估计基坑支挡结构的极限位移的方法。     

砂土弹塑性-损伤本构关系的数值建模

认为岩土介质变形中出现的剪胀现象实质上是一个损伤过程.通过中密砂的三轴压缩试验,发现其在剪胀后,弹性模量和剪切模量大幅度下降,这进一步证实了剪胀的确是个损伤演化过程.引进了一个损伤变量描述这个过程,结果表明,损伤程度相对塑性体积应变的变化速率与初始固结压力相关,且随压力增大而减小.同时利用数值建模方法建立了砂土的弹塑性-损伤模型,考虑了弹塑性变形与损伤的耦合效应,获得了相应的应力应变关系及它的三维曲面.     

桩-土水平相互作用的颗粒流数值研究

对水平载荷作用下的桩-土相互作用问题进行颗粒流数值模拟和研究，应用PFC^20程序，模拟了直线单调、直线循环、十字和半圆形加载路径下桩-土相互作用过程．并通过对加载过程中土的细观物理量的考察，研究土的细观力学特征和桩-土相互作用宏观力学行为之间的相互联系．研究结果表明，垂直方向的预加栽会引起土阻力的退化，产生“垂向加载效应”；而在非直线加载路径下，随着位移的增加，栽荷的增量方向会逐渐偏离位移的增量方向，出现不共轴的现象．数值试验观测到的现象和机理可为物理模型试验的进行提供积极的指导作用．     

Geomaterial Constitutive Models in Toe-Shooting Method

For toe-shooting method, geomaterial constitutive models concerned are studied. Analysis shows that, although extensively applied in soil mechanics, due to its angular singularity of yielding surface, the Mohr-Coulomb model is not suitable for numerical simulations in large deformation; in this case the rock-fills may be regarded as the Drucker-Prager model and the seaooze as the Prandtl-Reuss model. By comparing experimental data with numerical results, the constitutive model of the seaooze is numerically verified. It shows that, in high strain rate stage forming the blasting crater, the seaooze behaves as ideal non-compressible fluid, while in low strain rate stage during which the reck-fills flow to the blasting crater, the viscosity of the seaooze is negligible.