砂土内在各向异性的本构模拟

基于砂土的应力-应变-强度关系受土骨架结构朝向和主应力方向间相对关系影响,相同状态砂土在三轴压缩条件下剪切膨胀,在三轴拉伸条件下剪切收缩的研究.介绍一个模拟砂土内在各向异性的本构模型.模型采用描述材料内在各向异性的二阶对称组构张量和各向异性状态变量(组构张量和应力张量的联合不变量)描述土的各向异性.在e-p平面,临界状态线不固定,而与各向异性状态变量相关.塑性模量也与各向异性状态变量相关.模型能在很大应力和密度变化范围内模拟砂土的剪缩和剪胀行为,特别是主应力方向和土骨架结构朝向间夹角对砂土性质的影响.模拟结果与实验数据吻合.     

基于应变软化与剪胀性特征的粉砂土双硬化弹塑性本构模型

针对上海粉细砂不存在惟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剪胀性和应变软化特性的粉细砂弹塑性本构模型.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,考虑了状态转换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.     

基于应变软化与剪胀性特征的粉砂土双硬化弹塑性本构模型

针对上海粉细砂不存在惟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剪胀性和应变软化特性的粉细砂弹塑性本构模型. 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,考虑了状态转换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.     

饱和岩石各向异性弹塑性损伤模拟

自然界岩石是各向异性的,其破坏性也是非均匀的,岩石各向异性力学特性研究非常必要.提出了一种弹塑性破坏模型,该模型可以描述弹性变性、损伤不可逆变形和塑性变形,以二阶张量来描述损伤的扩展,损伤演化相关于微裂纹扩展标准.并以应变自由能获得有效弹性刚度矩阵,推导出了损伤参数限制范围,提出了以室内试验决定损伤参数的相应表达式.模拟了不同加载路径情况下的岩石力学行为,数值结果和试验结果较为一致.该模型被推广应用于不同加载路径的岩石水力学行为的模拟之中,数值结果显示该模型能模拟岩石孔隙水力学基本特征.     

净砂与胶结砂土Trapdoor试验离散元数值模拟

Trapdoor试验是一种广泛应用于隧道工程中的研究方法,可以对隧道开挖等引起的结构上应力分布变化进行分析。利用净砂与胶结砂土Trapdoor试验离散元模拟研究土体破坏形态、自由门上土压力分布、颗粒位移以及颗粒转动情况。结果表明:净砂和胶结砂土破坏形态相似,从自由门中心向两侧可以划分为破坏区、剪切带以及影响区域;破坏区内颗粒位移较大,剪切带内颗粒转动明显;与净砂相比,胶结砂土破坏土体表面形成裂缝,由于胶结的存在使得剪切带较窄,土体破坏范围和自由门上土压力都较小。     

冰碛土作高土石坝防渗体材料的试验研究

本文对四川瀑布沟水电站黑马料场的冰碛土进行了试验。首先分析了冰碛土的矿物组成、微观结构、物理性质和渗透变形,然后对这种宽级配的粗颗粒冰碛土作为高土石坝防渗体作出评价.其次,指出这种高密度的冰碛土的应力应变特性属于非线性弹、塑性性质。在50～3500KN/m~2压力范围内其破坏包线近似于直线。当围压增加,在低压下,呈应变软化且体积剪胀:在高压下,呈应变硬化且体积剪缩。确定出冰碛土供土石坝进行有限元计算的非线性变形参数,并对 E～μ及 K～G 两种模型之间系统地进行比较研究。结果表明,成都科技大学建议的简化 K-G 模型比其它模型更为适用于冰碛土。因此,它可用作为实际工程的模型.     

一种青藏高原冻结砂土蠕变本构模型

为描述青藏铁路沿线冻结砂土的蠕变特性,建立一个考虑应力和时间耦合的蠕变本构模型.首先进行一系列不同温度、干密度条件下的冻结砂土三轴蠕变试验;其次以Nishihara模型为基础,考虑应力和时间对模型元件的耦合影响,将黏弹性元件中定常的黏滞系数修正为时间和应力的函数,引入损伤变量改进黏塑性元件,构建新的冻结砂土蠕变本构模型;最后基于试验数据验证其科学性.结果表明:试验数据与拟合数据吻合良好,改进模型能较好地描述不同温度和应力水平下冻结砂土的衰减、稳态和加速蠕变特性;改进模型中黏弹性元件的黏滞系数、剪切模量和黏塑性元件的黏滞系数均随温度升高和应力水平增大而减小,损伤变量参数随着温度升高、应力水平增大而增大.成果可为冻结砂土蠕变沉降预测提供一种新的选择,为蠕变理论研究积累资料.     

二维完全耦合有限元地震分析程序SUMDES2D

SUMDES2D是二维完全耦合有限元地震分析程序,可用于分析土工结构在多向振动作用下的地震响应.该程序是基于动量守恒和质量守恒两个物理定律,以及分别描述土骨架、孔隙水和渗流等3个本构关系的有效应力分析程序.程序中嵌入了基于与状态相关的剪胀性的临界状态砂土模型.该程序不仅能给出土结构的总体响应,如位移、孔隙压力和加速度等,且能给出土单元局部的应力路径和应力应变关系.介绍了SUMDES2D的理论推导,举例说明该程序在土坡流动液化变形分析中的应用.     

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.     

双标量描述下土的弹性非线性损伤模型

根据土的变形特点,采用双标量描述土的各向同性弹性损伤,将土看成是由两种材料组成的复合体,一种材料的柔度矩阵仅与土的弹性模量有关,而另一种材料的柔度矩阵仅与土的剪切模量有关。分别定义各自的损伤变量,并根据等效应力原理建立各自的损伤本构方程,最后通过合成获得了土的弹性非线性损伤本构方程,并根据土的三轴试验结果确定损伤演化方程,在此基础上建立了一个土的弹性非线性各向同性损伤模型。将其运用到地基沉降计算中,与实测结果进行比较,验证了本模型的正确性。     

黄土-三趾马红土滑坡滑带土剪切力学特性影响因素

中国西北地区黄土广泛沉积于三趾马红土之上形成“双层异质”接触层面,控制和影响黄土滑坡的形成。为研究黄土-三趾马红土界面剪切力学特性,研制可视化界面直剪仪,开展界面试样剪切试验,探讨齿面角度、含水率、干密度对其剪切破坏模式、强度与变形特性影响规律。结果表明:试样均沿界面产生剪切破坏,试样剪切破坏模式可分为齿间滑动、齿间滑动-齿面剪断、齿面剪断3种; 界面试样剪切应力-位移曲线呈应变软化型,峰值强度后应变“跳跃”及“塑态”特征反映出界面的脆性与塑性剪断破坏特征,剪切刚度、剪切破坏位移演化规律均受界面接触条件影响; 界面剪切过程存在明显剪胀效应,剪胀位移演化规律反映了剪切过程的齿面挤密、齿间滑动、齿面剪断与界面摩擦阶段; 界面试样强度随界面接触条件均呈非线性变化,齿面角度越大,峰值强度与残余强度越高,试样剪切破坏模式越趋于脆性齿面剪断; 含水率越高,界面峰值强度越低,试样剪切破坏模式越趋于塑性齿面剪断; 界面试样干密度越大,峰值强度越大,残余强度越低,试样剪切破坏模式越趋于脆性的齿间滑动-齿面剪断。研究成果可为进一步研究黄土-三趾马红土界面强度准则,揭示黄土-三趾马红土复合型滑坡启动机制提供参考。     

砂土动应力-应变发展特性试验

对福建标准砂和南沙群岛珊瑚砂进行了不同初始固结条件下的循环剪切试验.试验结果表明,在不同固结条件下动应力-应变发展模式显著不同.在均等固结条件下,动应力-应变关系的循环效应和对称累积特性均十分显著,随着砂土强度的完全丧失累积变形迅速发展;而在非均等固结条件下,当动应力作用平面上具有扭剪应力预剪作用时,剪应变则以单向累积变形为主,当动应力作用平面上只有轴向应力作用时,剪应变循环效应相对较大,累积变形并不显著,即使在循环扭剪荷载作用下,变形仍以轴向变形为主.这种特征似乎与中主应力系数没有显著的依赖关系.     

土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的研制与验证

真三轴仪是研究复杂应力状态下土体力学特性的理想仪器,但如何保持加载结构与土体之间无摩擦力且三个方向无干扰加载是真三轴仪研制的技术瓶颈。针对“刚柔复合型”真三轴仪中刚性加载板与试样之间的双向摩擦力问题,基于土体与加载板之间的接触由“整体接触变为分散式接触、滑动摩擦变为滚动摩擦”的减摩新方法,研制了土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板。详细介绍了该装置的结构原理和细部构造,通过大型直剪试验和数值计算论证了分散式接触代替整体式接触、滑动摩擦变为滚动摩擦的减摩措施效果。结果表明,1）试样与加载板之间的摩擦系数低至0.023,与传统减摩方法相比,摩擦系数可降低90%以上。2）与整体式接触相比,分散式接触可使试样3个方向的应力和变形更为均匀,并较大程度地降低试样与加载板之间的摩擦力。3）采用分散式滑块相互搭接并预留间隙方法满足随试样同步变形,实现了大变形条件下（竖向最大变形量90 mm,应变达15%）真三轴试验的三向无干扰独立加载。土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的成功研制,有效消除了试样与加载板之间的界面摩阻力,使试样在接触面切线方向上可以自由双向变形,又实现大变形条件下三向加载互不干扰,破解了真三轴仪研制中的关键技术难题。     

木浪河拱坝加高培厚三维有限元分析

木浪河拱坝加高工程为拱坝加高培厚成折线型重力坝,坝体加高幅度大、结构受力复杂.采用有限元分析软件ADINA的非线性接触功能模拟新老坝体的接触关系,对新老坝体结构在各种工况下的应力变形状况进行仿真分析,计算结果表明：在正常蓄水位工况下,加高培厚后的坝体能够较好地整体工作,新老坝体接触面没有脱开,但有较大范围的粘结滑移;新...     

非牛顿流体圆模型弹流的数值计算

用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法法对等温线接触非牛顿体圆模型进行了弹流数值计算，讨论了载荷、滑滚比等因素对压力分析、油膜形状及剪应力的影响；比较了牛顿体和非牛顿体圆模型的计算结果，得出了两者的适用条件。     

T形RC剪力墙抗震变形指标限值试验

为研究T形钢筋混凝土(RC)剪力墙的抗震性能及其变形指标限值,根据中国现行规范要求,设计了12个不同剪跨比、设计轴压比及暗柱纵筋配筋率的T形RC剪力墙试件,通过低周往复试验对其破坏形态、滞回性能、耗能能力、变形能力进行研究.根据试验结果,提出基于骨架曲线和基于试验现象的划分方法,将12个试件划分为完好、轻微损坏、轻中等破坏、中等破坏、较严重破坏、严重破坏6个性能状态,并得到各试件不同性能状态对应的变形指标限值;同时结合收集的T形RC剪力墙试验结果进行回归分析,建立T形RC剪力墙不同性能状态下的变形指标限值与剪跨比、设计轴压比及暗柱纵筋配筋率之间的关系.结果表明:随着剪跨比的减小,试件的破坏形态由弯曲破坏转向弯剪破坏;基于骨架曲线的性能状态划分方法能建立起T形RC剪力墙变形指标限值与损伤程度的对应关系,具有合理性与适用性;其中T形RC剪力墙的变形指标限值与剪跨比、暗柱纵筋配筋率呈正相关性,与设计轴压比呈负相关性.     

漳州软土直接剪切蠕变特性及蠕变参数的研究

为了研究软土蠕变特性与蠕变参数的变化规律,对漳州软土进行不同固结压力下的直接剪切蠕变试验,并通过陈氏法处理蠕变试验数据。结果表明,漳州软土具有非线性蠕变特性,应力水平越高,非线性特征越显著。相同剪应力下,剪切模量G的最大值与稳定值随固结压力的增大而增大;相同固结压力下,剪切模量G的最大值与稳定值随剪应力的增大而减小。瞬时剪切模量G0与长期剪切模量G∞关系可通过G0=a t-b+G∞来确定。粘滞系数随剪应力的增大达到峰值,固结压力越大峰值体现越明显,峰值对应的剪应力也越大,这主要是微观结构随剪应力增大逐渐破损所引起的。得到漳州软土的C∞=6.71 kPa,φ∞=9.66°。剪切模量系数K=(0.424～0.56),长期强度与瞬时强度比值C∞/C=86.3%,φ∞/φ=72.4%,说明工程中需要考虑蠕变影响时,变形与强度参数应采用长期剪切模量与长期强度。研究结果对掌握软土蠕变参数变化规律,快速预测模型参数具有一定理论意义。     

粒状土与结构接触面多重剪切边界面模型

针对工程中存在大量的土与结构物相互作用,使接触面的力学特性对土体和结构物的受力变形及其相互作用产生重要影响的问题,利用塑性滑移理论,将粗粒土与结构接触面的宏观变形分解为一个宏观法向变形和剪切面内一系列不同方向分布的相互独立虚拟微观剪切变形;通过虚功原理,在粒状土的状态相关和边界面弹塑性理论框架内建立一个粗粒土与结构接触面的多重剪切边界面模型.每个微观剪切变形包含一个微观剪应力-应变关系和一个微观应力-剪胀关系.引入一个与接触面土体密度和法向应力相关的状态参数,用以描述不同状态下土与结构接触面的变形和强度特性.对不同粗粒土与结构接触面在二维或三维应力条件下的单调和循环剪切试验进行模拟计算,模型预测与试验结果吻合良好,说明模型能够合理地描述粗粒土与结构接触面的非线性力学行为.     

饱和粘土中球孔扩张问题弹塑性解析

为了研究静力触探试验及沉桩扩孔等工程问题,基于修正剑桥模型,推导了不排水条件下球孔扩张问题的半解析解。将扩张球孔周围土体分为临界状态区、塑性区以及弹性区三个区域。弹性区内,利用弹性理论得到应力和孔隙水压力的解答;临界状态区及塑性区内,利用相关联的流动法则、拉格朗日分析法建立了关于应力的一阶非线性常微分方程组,以弹塑性界面处的应力分量作为初值,求解微分方程组可得到应力和孔隙水压力的解答。研究结果表明：各向同性超固结比对扩孔压力、土体应力、超孔隙水压力以及塑性区范围均具有显著影响,且扩孔过程中土体剪切模量并非常量,其随扩孔半径、各向同性超固结比的变化而变化;同时通过与已有解答进行比较,对本文方法的可靠性进行了验证。     

岩石节理多层结构模型研究

为了研究节理细观形态对其宏观力学性状的影响,据岩石节理分形特点,将节理面分解为不同层次细观结构面,节理破坏拟为粗糙度分层渐进破坏的过程,基于Plesha本构建立了岩石节理多层结构模型.模型将粗糙度定义为等效起伏角,力学响应发生在最底层（基本面）,结构面受力性状由下层结构面平均化得到,基本面破坏后,其上层结构面转化为基本面.模型考虑了弹性变形、滑动变形、磨损、剪断、压碎、分离等作用机理,能模拟剪胀、应变软化等现象,能考虑单调及循环剪切效应.采用ABAQUS的用户子程序UEL进行了模型验证与参数分析.计算表明：峰值剪切应力随着结构层次的增加而增大;在结构层次不变时,等效峰值摩擦系数随法向应力的增大而减小;剪切应力终值由基本摩擦角控制;剪应力 位移曲线形态取决于粗糙度结构特性;模型中刚度系数对剪切性状影响很小.