砂土弹塑性本构关系的数值建模研究

基于反问题理论的岩土本构关系数值建模方法，对砂土弹塑性本构关系的数值建模进行了研究．根据三轴试验结果，利用神经网络反演法，获得了整个应力场(p，q)的应力应变关系，并进行可视化，绘出应力应变关系的三维曲面及相应的屈服轨迹．特别研究了3种应力路径对应力应变关系和屈服轨迹的影响．不同应力路径下获得的本构关系三维曲面和屈服轨迹直观地反映出应力路径对土本构关系的显著作用．     

混凝土单轴受压本构模型及其应用

通过一个细观模型,从损伤的角度解释混凝土在压应力作用下应力-应变关系的非线性和应变软化,根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受压混凝土的弹塑性损伤本构模型,可导出已有单轴受压本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和塑性变形经验表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受压试验结果相比较,结果吻合良好.     

硫酸盐腐蚀后混凝土单轴受压本构关系

为了研究硫酸盐侵蚀环境下混凝土力学性能的变化,对受硫酸盐腐蚀的普通混凝土进行单轴受压实验.通过实验室加速腐蚀的实验方法,测定不同腐蚀时期的混凝土的应力应变全曲线,研究受腐蚀混凝土应力-应变曲线上的几个特征值(峰值应力及应变、弹性模量、割线模量、拐点应力及应变、收敛点应力及应变)随腐蚀程度变化的规律,对腐蚀后混凝土的应力应变全曲线进行拟合.结果表明:随腐蚀的进行,混凝土峰值应力、弹性模量先增加后减小,而峰值应变是先稍微有所减小,而后急剧增大;该实验条件下获得了受腐蚀后混凝土应力应变曲线上各特征值与峰值应力fc′的关系式,建立了曲线上升段参数αa的数学表达式.可以以受腐蚀混凝土的强度为基本参数,分别求解受腐蚀混凝土峰值应变、弹性模量,上升段曲线拟合参数、拐点应力以及收敛点应力.从而得到受腐蚀混凝土一系列的力学参数和本构关系.     

基于能量特征的脆性岩土材料广义拉伸损伤模型

损伤变量及其演化方程是损伤本构理论研究的核心问题,当前岩土材料的损伤演化方程多是通过经验假定或试验拟合的方法得到的,缺少必要的理论依据。本研究定义损伤变量为材料受荷变形过程中的能量耗散量与破坏时的临界能量耗散量之比,结合Lemaitre应变等价性假设,从材料损伤过程中的能量平衡原理出发,推导了具有理论依据的损伤演化方程表达式,从而建立了适用于脆性岩土材料的广义拉伸损伤本构模型。通过试验和数值计算结果对比表明模型能够较好的反映单轴拉伸过程中的应力应变关系和应力跌落现象。对不同加载条件下的应力应变关系计算表明:广义拉伸状态下,脆性岩土材料的抗拉强度随侧向压应力的增大而减小,随侧向拉应力的增大而先增加后减小。     

基于Eshelby本征应变自洽法的岩土二元介质本构关系

天然沉积土具有结构性,产生结构性的原因在于胶结的不均匀性。在破损力学理论框架下,基于Eshelby本征应变自洽法,考虑胶结元与摩擦元间变形协调性及应力连续性,推导出了岩土二元介质弱形式的弹塑性本构关系,为复杂应力状态下结构性土实际边值问题的有限元计算提供理论依据。算例计算表明导出的本构关系能够考虑胶结元和摩擦元的力学性质、胶结元的破损规律、受荷历史、加载方式及应力状态对岩土二元介质材料力学性能的影响。     

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.     

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.     

基于最小二乘支持向量机的岩土本构关系曲线拟合

最小二乘支持向量机（Least Square Support Vector Machine,简称LSSVM）是对支持向量机（SVM）的一种改进,是继人工神经网络（ANN）之后又一新的机器学习方法。利用LSSVM拟合了利用Duncan-Chang本构模型的E-V模式数值模拟岩土的三轴实验得到的应力-应变函数曲线。通过对比分析,验证了LSSVM用于岩土本构关系曲线拟合的可行性和精确性。     

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。     

不锈钢材料的高温性能与本构关系

不锈钢材料具有耐腐蚀、耐高温等特点，是一种良好的环保耐久建筑材料。现有研究成果表明，不锈钢高温性能优于低碳钢。通过比较规范以及国内外学者所得到的不锈钢高温力学性能参数，指出了现有规范的不足。回顾了国内外关于不锈钢应力应变本构模型的研究成果，并通过比较分析，归纳总结出各个模型的优缺点。Quach三段式应力应变模型适用于受拉和受压情况，可直接应用于现行规范进行常温下结构设计，Gardner提出的高温下应力应变模型适用性较强，但模型不够完整，还需要进一步拓展。     

混凝土在双向应力作用下新的破坏准则和弹塑性本构关系

讨论了混凝土在双向应力作用下的破坏准则和弹塑性本构关系。根据混凝土的破坏特性，提出一个包含二个物理参数的破坏准则。在此基础上，通过构造塑性位势导出了混凝土在双向应力作用下弹塑性本构关系。最后，该破坏准则和本构关系与混凝土实验进行了比较，从而证实了它们的有效性。     

一种基于统计损伤本构关系的岩石脆性评价新方法

脆性评价对岩石（尤其是深部岩石）的可压裂、开挖损伤及岩爆等特性的研究具有重要意义.为此,总结国内外岩石脆性评价方法,基于现有脆性指数在定量表征岩石脆性程度中的局限性,考虑能够模拟岩石应力-应变全过程曲线的统计损伤本构模型,分析岩石的损伤演化特征,提出一种基于统计损伤本构关系的岩石脆性特征评价新方法,建立脆性指数B_D定量表征岩石的脆性程度,通过模型理论论证和室内三轴压缩试验验证脆性指数的合理性.结果表明:脆性指数B_D能很好地表征岩石的脆性特征,基于统计损伤本构关系的岩石脆性评价方法具有较好的适用性;通过大理岩、花岗岩以及塔木素黏土岩不同围压下的物理实验,验证脆性指数B_D的正确性及相比其他方法的优越性;随着围压的增大,塔木素黏土岩表现出明显的脆性破坏向塑性破坏转变的特征.     

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.     

冻土力学研究的重要领域及问题

论述了冻土力学的研究历史、研究现状、已经取得的研究成果及应用现代数学和综合力学理论与技术解决冻土这类多相介质力学研究中存在的难题。分析指出，仅仅有大量的实验还不足，还需进一步揭示出冻土的基本性质，特别是建立其最本质的力学性质及力学模型。     

有限元法预测贯通节理岩体三维等效弹性参数

采用节理有限元法对贯通节理岩体的变形特性以及等效本构关系进行研究，分别对含有一组和三组节理的岩体等效弹性常数进行了预测。与解析方法相比，数值方法可以不必做太多的假设，能对节理岩体的力学行为进行综合分析，从而可得到包含完整岩石与节理的统一的本构关系，并可研究节理面几何形态的影响。     

小变形的Lagrange型弹塑性本构模型

讨论了小变形Lagrange型弹塑性本构模型。由背应力定义塑性应变,从而由Ilyushin假设得到背应力的演化律。分析表明,该模型的强化特性由参量β决定。对一种特殊的各向同性弹塑性模型的讨论表明,这种La-grange型弹塑性本构模型能表征极其复杂的弹塑性特性。     

岩石损伤模型与岩爆机理解释

从建立岩石材料的损伤本构模型出发,结合断裂力学的有关概念给出了岩石破坏发生的判别准则,并引进一个取决于破坏后能量传递与转换关系的指数作为度量破坏剧烈程度的参量,从而系统地解释了岩爆的形成机制。通过对单轴压缩破坏试验的类比分析,表明本文建议的模型和解释是合理的。     

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.     

论土体应力应变关系曲线类型和临界状态

为探讨应力历史对土体本构关系的影响,进行了一系列正常固结土和超固结土的排水剪切常规三轴压缩试验,对比具有不同应力历史的土体应力应变关系曲线发现,对于体应变,超固结比是决定性因素,而体应变对固结压力不太敏感。对于抗剪能力,固结压力是决定性因素,超固结比的影响也不可忽略,超固结比决定了是应变强化还是应变软化,且决定了应变软化的程度,但试样最终会达到一个统一的临界状态,具有大体相同的残余强度。根据塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用原理阐明,土体变形过程中,塑性体应变的变化控制了剪切抗力的升降,从而决定了土体应力应变关系曲线的类型;临界状态实际上是一个纯粹剪切变形过程,其中不发生塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用,压硬性、剪胀性、应力路径相关性统统消失,它与以前所经历的应力历史无关。