EPS颗粒混合轻质土加载-卸载应力应变特性分析

为研究反复加载-卸载条件下EPS颗粒混合轻质土的应力应变特性,分析了EPS颗粒混合轻质土在反复加载-卸载条件下应力应变曲线随围压、水泥掺入比、土质的变化规律,并比较了反复加载-卸载条件下和单调加载条件下的应力应变曲线。结果表明,EPS颗粒混合轻质土反复加载-卸载条件下的应力应变曲线的包络线呈硬化型;EPS颗粒混合轻质土在反复加载-卸载条件下的强度随着围压和水泥掺入比的增大而增大;在相同条件下,砂土EPS颗粒混合轻质土的强度比淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的强度高;当围压较低时,砂土EPS颗粒混合轻质土的反复加载-卸载应力应变曲线失去记忆性,高于单调加载的应力应变曲线,体现了EPS颗粒混合轻质土的卸载体缩的性质,而当围压较高时,记忆性恢复,不同配比及围压下淤泥质土EPS颗粒混合轻质土在反复加载-卸载下的应力应变曲线基本上都具有记忆性,并且当反复加载-卸载次数较大时出现疲劳现象。     

淤泥再生EPS颗粒混合轻质土变形特性的试验研究

EPS颗粒混合轻质土具有轻质保温隔振、强度与密度可调节等优点,在工程中的应用已逐渐增多.为进一步揭示混合轻质土的变形特性,本文通过常规三轴试验研究了淤泥再生EPS颗粒混合轻质土的变形特性,分析了EPS颗粒体积含量、水泥掺入比、围压和养护龄期等因素对混合轻质土变形特性、破坏应变和变形模量的影响.结果表明:EPS颗粒体积含量、水泥掺人比、围压以及养护龄期对混合轻质土试样的变形特性均有影响,其应力-应变关系曲线均表现为应变软化型;试样的主应力差和初始弹性模量随EPS颗粒体积含量的增大而减小;水泥掺入比和围压越大,试样的应力-应变曲线变陡,初始弹性模量变大,应力强度变高,相应的破坏应变变小,脆性破坏明显;养护龄期越长,混合轻质土中的水化物不断增多,初始弹性模量增大,相应的峰值应力增大,材料由塑性破坏向脆性破坏过渡,峰值应变减小.     

基于椭圆–抛物双屈服面模型的砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料应力应变分析

砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料由工程细砂和聚苯乙烯颗粒按一定比例混合形成,有利于节省胶凝材料、降低土工填料附加应力和减小地基沉降,探讨该材料的应力应变关系对指导其工程实践变得尤为重要。基于椭圆–抛物双屈服面模型,推导了考虑轻质填料配比和围压特征的应力应变增量形式方程,结合轻质填料三轴固结排水剪切试验中的应力应变特性,分析了所推导的应力应变增量形式方程的合理性。研究发现,基于椭圆–抛物双屈服面模型的考虑轻质填料配比和围压特征的应力应变增量形式方程能较好地拟合材料偏应力–轴向应变–体变规律,能较好地反映材料的弹塑性、剪胀性和剪缩性,并结合轻质填土的变形机理给予相应解释。     

围压影响的盐岩压缩力学特性及非线性本构模型

为了更准确地描述盐岩的力学特性,对盐岩开展多组单轴、三轴压缩试验。根据试验结果,多组试验数据得到的莫尔包络线具有非线性特征,并且盐岩力学特征对围压有很强的相关性。单轴及低于5 MPa围压时盐岩应力应变关系曲线表现弹性、应变硬化、软化3个过程,而当高于5MPa围压时盐岩延性特征显著,应力应变曲线硬化阶段比例加大,扩容点前移,而软化过程有一定程度的减弱。基于Hoek-Brown准则的软化模型将应力应变曲线峰前阶段改进为弹性非线性弹性模型,得到一种新的非线性本构模型。结果表明这种非线性本构模型可以很好地吻合不同围压作用的盐岩应力应变曲线。     

三轴应力下塑性混凝土应力应变关系试验研究

通过4组塑性混凝土的单轴和常规三轴压缩应力应变全曲线试验,研究了三轴应力下塑性混凝土应力应变关系.结果表明：在围压作用下,塑性混凝土轴向应力应变曲线与单轴压缩下的曲线差别明显,主要表现为直线上升段很短,曲线上升段较长,无明显峰值点,下降段较平缓.利用割线模量表征塑性混凝土三轴应力下应力应变曲线上升段的主要变形特征,分析了影响割线模量的主要因素,建立了割线模量与围压、单轴抗压强度和弹性模量之间的关系式.研究了塑性混凝土三轴应力下峰值应变随围压、单轴应力下抗压强度及峰值应变的变化规律,并建立了相应的关系式.全面分析了塑性混凝土单轴及三轴作用下应力应变曲线特征,通过归一化处理后,拟合出常规三轴应力下塑性混凝土轴向应力应变关系式.     

含面层再生混凝土常规三轴试验研究

使用DYS-2500高温高压岩石三轴试验机对含面层再生混凝土圆柱体进行了单轴压、常规三轴压缩试验研究。试验结果表明,含面层再生混凝土在单轴压和三轴压缩下试验破坏形态有所差别;在围压作用下含面层再生混凝土应力-应变关系曲线发展趋势平缓丰满,没有明显的峰值点;围压有助于提高含面层再生混凝土的峰值应变和峰值应力;15MPa围压时的峰值应力约为单轴压下峰值应力4.4~4.7倍,取代率对峰值应力的影响甚微;围压15MPa时的峰值应变比围压0时的峰值应变增加了7%~13%;取代率对再生混凝土的峰值应变有一定影响,大体呈递减趋势,但不明显。     

聚丙烯纤维气泡混合轻质土抗压力学性能研究

通过聚丙烯纤维气泡混合轻质土标准试件无侧限抗压试验来探究聚丙烯纤维含量及纤维长度对气泡混合轻质土抗压强度的影响。试验结果表明:气泡混合轻质土的抗压强度随着聚丙烯纤维含量的增加而提高,且龄期越长,其强度增长效果越显著;当抗压强度达到峰值后,随着聚丙烯纤维长度的增加,气泡混合轻质土的抗压强度曲线呈降低趋势,且存在纤维长度最优值。结合材料应力-应变曲线,采用坐标无量纲化处理及分段式受压曲线方程理论,初步建立了聚丙烯纤维气泡混合轻质土单轴受压全曲线函数方程,并采用离散数据数值分析方法对应力-应变曲线下降段的理论函数方程进行修正,给出了具有明确物理意义的聚丙烯纤维气泡混合轻质土单轴受压全曲线分段函数方程。     

围压对胶结碎石土应力-应变关系的影响

文章为研究围压对胶结碎石土应力-应变关系和初始切线模量的影响,对胶结碎石土进行了最大围压为10 MPa的三轴压缩试验。试验结果表明:胶结碎石土在低围压下呈脆性破坏,在高围压下呈塑性破坏;随围压的增大,应力-应变曲线由应变软化型向应变硬化型转变,存在一界限围压;初始切线模量随围压的增大而增大,与围压成幂函数关系。     

废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土强度特性试验研究

废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土(RST轻质土)是一种由原料土、废弃轮胎橡胶颗粒、水泥和水混合而成的新型轻质填筑材料。它不仅可以减小资源浪费和环境污染,还具有轻质高强的优点,可以改善填土的工程性质。为了研究其抗剪强度特性,对不同配合比的废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土,进行常规三轴固结不排水剪切试验,得出了固结不排水剪破坏形态及应力应变曲线、孔压应变曲线形态。结果表明随着橡胶颗粒含量的增加,RST轻质土的应力应变曲线从软化型向硬化型过渡。试验还得出了材料配比对固结不排水剪切试验下RST轻质土的抗剪强度、抗剪强度指标及孔隙水压力系数的影响规律,并从强度机理和土体骨架结构的角度分别解释了材料配比影响抗剪强度指标和孔隙水压力系数的原因,结果表明RST轻质土的强度可以用灰土比进行线性拟合。研究成果可作为进一步研究这种新材料本构关系的依据。     

基于分数阶微积分理论的软土应力-应变关系

利用分数阶微积分理论提出等应变率加载情况下的软土应力-应变关系.关系式显示应力-应变之间呈乘幂函数关系.通过大量的常规(等应变率加载情况下)三轴试验验证基于分数阶微积分理论的软土应力-应变关系,同一种土的分数阶阶数β不随围压变化并能够反映土的"软硬"程度.试验发现,初始弹模与围压呈较好的线性关系.与邓肯-张模型相比,应力-应变的乘幂关系具有明确的理论基础,这一点与邓肯-张模型纯粹基于曲线形状相似的应力-应变双曲线假设形成鲜明的区别.创新点在于将软土看作介于理想固体和理想流体之间的物质进行研究,并用分数阶微积分理论给出应力-应变关系,这在以往的研究中都没有先例.     

黄土非线性应力–应变新模型及对比研究

目前,黄土的应力应变曲线只能根据其形态类型选择不同的数学模式来描述,为实现描述应力应变数学模式的统一,提出了一种新的非线性模型,并给出了各参数的确定方法。通过应用新模型与现行主要的非线性模型(邓肯–张双曲线模型、指数模型、驼峰曲线模型),同时对结构性黄土常规三轴试验所得的各种类型的应力应变曲线进行模拟,并经与实测应力应变数据点对比研究表明:新模型表达式比驼峰曲线描述软化型应力应变曲线的精度高;同样新模型比邓肯–张双曲线模型、指数模型描述硬化型应力应变曲线的精度也高,说明此非线性新模型既可描述应变强硬化型也可描述应变弱硬化型应力应变曲线;既可描述应变强软化型也可描述应变弱软化型应力应变曲线。通过新模型对经典实例应力应变曲线的描述,进一步说明新模型具有良好的适应性。新模型为形态各异的应力应变曲线提供了一个统一的数学模型。     

冻融循环下青藏粉砂土双屈服面本构模型研究

 基于青藏粉砂土在冻融循环下的常规三轴固结剪切试验,通过引入模量残余比和冻融循环次数,建立考虑冻融循环影响的双屈服面本构模型。试验结果表明,粉砂土的应力–应变关系呈应变硬化型,而在整个剪切过程中,体变呈现剪缩的特性。粉砂土的剪切模量随着围压的增大而增大,随着冻融循环的发展而出现先减小后增大的趋势。与未冻融粉砂相比,冻融以后的弹性剪切模量可降低约36%左右。其应力平面p-q上的剪切屈服面和体积屈服面可分别用过原点的线性函数和椭圆型曲线进行描述。对于剪切和体积硬化特性,建立与塑性应变及冻融循环次数相关的硬化参数,且均采用非相关联的流动法则。所提出的双屈服面本构模型能够很好地反映土体的应力–应变特性,模型计算值与试验值较为吻合,该模型能较为准确地预测不同围压及不同冻融循环次数下的应力–应变关系曲线,较好地反映冻融循环对粉砂力学性质的影响。     

中应变率下动静组合加载岩石的本构模型

阐述动静组合加载岩石的本构模型研究意义，并对国内外关于岩石动态本构模犁的研究方法进行分类。采用组合模型研究方法，将统计损伤模型和黏弹性模型相结合，分别建立中应变率下二维和三维受静载荷作用岩行在动载荷作用下的本构模型（动静组合加载本构模型）。对一维动静组合加载本构模掣用不同静应力的相关试验进行验证，其结果表明，利用该模型计算得到的本构曲线与试验结果具有较好的一致性。对于三维动静组合加载本构模型，采用动力三轴试验机加围压时对应的岩石动载本构关系进行验证。     

砂岩力学特性及其改进Duncan-Chang模型

 为了研究砂岩的力学特性,对砂岩试件开展了不同围压下的常规三轴压缩试验。试验结果显示,随围压增加,砂岩峰值应力、峰值点应变及残余强度均逐渐增大;当围压低于15 MPa时,砂岩弹性模量随围压增加也逐渐增大,但增大幅度逐渐降低;当围压在15 MPa以上时,其弹性模量则与围压无关。为了描述砂岩破坏过程的应力–应变响应,提出一种改进的Duncan-Chang模型,并根据岩石应力–应变曲线峰值点处斜率为0的特点给出模型参数的确定方法。利用砂岩三轴压缩试验结果对模型合理性进行验证。预测曲线和试验结果对比显示,该模型能够准确描述砂岩应变软化特性和不同围压下砂岩破坏过程中除初始压密阶段以外的其余4个阶段,特别是能够反映砂岩破坏后的残余强度。对模型特性的进一步分析表明,除应变软化特性外,该模型还可模拟岩石在高围压下的应变硬化行为,具有较强的适应性。     

基于平面应变试验的修正塑性功硬化软化模型

以改良型平面应变仪为基础,通过一系列平面应变和三轴压缩试验,对砂土的应力应变特性进行了研究,推导出以修正塑性功为硬化参数的本构关系。改良型平面应变仪较好地解决了加载面的摩擦及约束问题,能保证ε2的控制精度,并采用了合理的变形量测整理方法。本文提出的弹塑性模型仍以传统塑性理论为框架,其弹性特性、破坏准则、硬化参数及塑性势等均直接从试验曲线推导,以修正塑性功为硬化参数的硬化准则函数能反映硬化及软化的全过程曲线,并从试验结果推导了非关联流动准则塑性势函数。该模型结构较为清晰,参数选取规范,模型验证表明计算结果与试验结果较为吻合。     

基于改进Harris函数的黏土分数阶统计损伤模型

以成都黏土背景,展开三轴剪切试验,结果表明:黏土应力-应变关系为应变硬化型。以分数阶微积分理论为基础,考虑黏土加载初期土体性质的增强,及加载过程中的结构损伤问题,建立了基于应变硬化的分数阶损伤模型。考虑黏土损伤贯通变形全过程,引入改进的Harris函数,并假设损伤系数服从该函数的概率密度分布,黏土微元体服从DP3准则,构建了描述黏土应变硬化全过程的分数阶统计损伤模型。通过成都黏土和红黏土的试验数据,对本文模型进行拟合验证,发现数据与模型的拟合度高,拟合参数规律明确;通过对模型参数规律的分析,明确了各参数的工程意义及取值范围,表明了本文模型的科学合理性及先进性。     

统一硬化超固结土模型试验验证

统一硬化超固结土模型(UH模型)能够反映超固结土的硬化、软化、临界状态、剪缩和剪胀等应力-应变特性以及应力路径对它的影响。通过对北京奥林匹克森林公园的原状土在相同的前期固结压力条件下做不同超固结度等围压三轴固结排水试验以及对模型的预测结果与试验数据的比较,说明了统一硬化超固结土模型的合理性。     

软黏土不排水循环应力应变响应的弹塑性模拟

为描述循环荷载作用下饱和软黏土不排水应力应变特性,以Mises屈服准则构建边界约束面方程,利用硬化模量插值方法及映射中心移动方法,在偏应力空间中构建硬化模量场,建立了一个总应力形式的增量弹塑性边界面模型。该模型依据径向映射法则建立弹塑性模量插值函数,并认为加卸载过程中映射中心随加卸载路径变化而不断移动,通过弹塑性模量的插值及映射中心的移动,使得硬化模量场的演化规律表述简单,跟踪循环应力路径所需记忆的参数较少。另外,模型通过在弹塑性模量插值函数中引入反映剪应变累积速率和大小的参数控制累积剪应变随循环次数的变化规律,不仅可描述循环加载时应力应变曲线的非线性、滞回性、应变累积性等基本特性,还可预测不同初始应力水平、循环应力水平下土单元的应力应变响应。最后阐述了利用循环三轴压缩试验确定模型参数的方法,并对循环三轴拉伸试验结果进行了预测,通过预测结果与试验结果的对比,验证了所建模型的合理性。     

基于统一硬化参数的旋转硬化模型

为反映应力诱导各向异性特性,在统一硬化模型以及超固结土模型的基础上,结合屈服面的旋转硬化机制,将以往只反映等向硬化机制的模型推广为混合硬化模型。分别对黏土的排水应力路径以及砂土的不排水应力路径的应力-应变关系进行预测。结果表明:所提模型不仅能较好地描述黏土材料在循环加载条件下的应力-应变关系;同时,对于不同初始条件下的饱和砂土在循环加载条件下的应力-应变关系也能作出合理预测,验证了所提模型的合理性。