研究土的特性时中主应力的影响作用

分析了中主应力对土的特性的影响，通过对邓肯一张及其修正模型的比较分析，指出为了更好地反映土体的应力-应变性质，研究考虑中主应力影响的土体本构模型有待进一步提出。     

Q3结构性黄土的扰动状态本构模型试验研究

 Q3黄土在我国西北地区分布广泛,且Q3黄土都具有显著地结构性,深入研究Q3结构性黄土的本构关系在理论与实际工程应用中就显得尤为重要。为了更合理地描述结构性黄土的应力–应变关系,基于扰动状态理论提出Q3结构性黄土的本构模型,在本构模型中结合Q3结构性黄土和与其对应的正常固结土的受力变形关系,使用新的扰动因子,扰动因子既能反映球应力作用产生体应变对土体扰动的影响,也能反映剪应力作用产生剪应变对土体扰动的影响,分别称其为体应变扰动因子(Dv)及偏应变扰动因子(Ds),以理论和试验为基础建立扰动函数,使本构模型符合土体的实际受力过程。本构模型中各参数物理意义明确,可由等向压缩试验和三轴剪切试验求得。通过试验曲线与理论计算曲线及修正剑桥模型计算曲线的对比可知本构模型可以较合理地描述Q3结构性黄土加载扰动条件下的变形特性,具有很强的工程应用前景。     

考虑阻尼修正的Pyke滞回模型研究

阻尼比反映了土体滞回耗能的特性,是土的重要动力特性参数。土的滞回本构模型能同时真实反映土的动剪模量衰减和阻尼比非线性变化特性,是保证场地及土–结构体系动力响应分析精确度的关键。针对经典的Pyke滞回本构模型,基于文献实测的动剪模量曲线和阻尼比曲线,研究了其对土体阻尼比的预测精确度,发现Pyke模型在大应变幅值时将显著高估土的阻尼比。针对此缺陷,结合前人提出的基于阻尼的滞回曲线方程和Pyke模型加卸载准则,提出了考虑阻尼修正的D-Pyke滞回模型。该模型假设双曲线形滞回曲线的饱满程度由形状系数确定,而后者则由当前加载曲线的滞回应变幅值所对应的实测阻尼比确定。滞回曲线的应变幅值与应力幅值之间通过骨架曲线相互关联,而应力幅值则由Pyke所建议的加卸载准则确定。通过针对粉质黏土的循环单剪试验结果,验证了D-Pyke模型相比于Pyke模型能够更为合理地同时模拟土的非线性动剪模量和阻尼比特性。模型同时继承了Pyke模型能更好地模拟土的循环加载棘轮效应、加卸载准则简单的优点,可为随机动力荷载作用下土体响应问题分析提供合理的本构行为模拟。     

不同应力路径下的邓肯–张模型模量公式

实际工程中,土体可能处于轴向卸载、侧向加载、侧向卸载应力路径下,而邓肯–张模型是在轴向加载条件下得到的,这限制了它的适用范围。本文模拟邓肯-张模型思路推导了不同应力路径下的切线模量公式,从而使模量公式系列化,扩大了邓肯–张模型适用范围;根据不同应力路径试验的结果,发现公式推导中使用的假设可以得到验证。     

改进邓肯—张模型在基坑减载土体中的应用

通过三轴试验模拟基坑开挖过程中侧向减载土体的应力路径,针对武汉地区具有代表性的粉质粘土,进行了一系列真三轴和普通三轴排水固结剪切试验。根据试验结果,对邓肯—张模型进行研究,用基坑开挖侧向卸荷过程中的变形模量计算公式代替邓肯—张模型中基于σ3=常数推导出的切线模量公式,并将该模型应用于平面应变情况,针对Duncan-Chang模型不能反映中主应力的影响,对邓肯-张模型进行了改进,确定了模型中的参数,并用理论计算所得应力-应变关系曲线和试验所得应力-应变关系曲线进行对比分析,验证了该模型对于卸荷工程这类特殊应力路径的适应性。     

平面应变条件下结构性黄土本构模型试验研究

黄土在我国分布广泛,且大多都具有显著的结构性,黄土工程中又有许多平面应变问题,深入研究平面应变条件下结构性黄土的本构关系在理论研究及黄土工程应用中显得尤为重要。为了更合理地描述平面应变条件下结构性黄土的应力–应变关系,基于临界状态土力学理论,提出一个能够反映平面应变条件的结构性黄土本构模型。在模型建立过程中,引入结构屈服压力,依据平面应变试验结果直接确定固定屈服面和加载屈服面,并验证选取塑性体应变pv?为硬化参量的合理性,使本构模型更符合工程中土体的实际受力过程。模型中各参数物理意义明确,可由等向压缩试验和平面应变剪切试验求得,通过试验曲线与模型计算曲线的对比可知,所建立的本构模型可以较合理地描述平面应变条件下结构性黄土加载条件下的强度、变形特性,具有很好的应用前景。     

循环荷载下非饱和结构性土的边界面模型

基于结构体损伤概念和非饱和土力学,利用边界面塑性理论,提出了一个可以描述循环荷载作用下非饱和土力学特性的弹塑性本构模型。在BBM(Barcelona Basic Model)模型的基础上,利用土的持水曲线建立了常含水率下吸力与土体应力之间的耦合作用关系;通过屈服面的大小的改变来反映土体结构性的变化,建立了与累积塑性应变相关的损伤规律。同时,修正了常用边界面理论中映射准则,引入可移动映射中心的概念,将加载、卸载过程的映射准则进行统一,以反映循环荷载下土体产生的滞回特性。通过与相关文献以及本文的循环三轴试验结果的比较,表明本文模型能够较好地模拟非饱和黄土在循环荷载作用下的力学特性。     

基于不同含水率粉土的邓肯-张模型参数试验研究

土的本构模型是研究其力学特性的核心问题,邓肯-张双曲线模型能较好地反映土体的非线性性态,概念清楚,易于理解,在岩土工程和地下工程的数值分析中得到广泛应用。本文通过三轴固结排水试验,分析不同围压下粉土应力应变曲线的特点,得到不同含水率粉土的邓肯-张模型参数。并通过分析由不同含水率粉土的邓肯-张模型参数构成曲线的变化特征,归纳了不同含水率粉土邓肯-张模型各参数的变化规律,为工程设计、计算提供一定的参考价值。     

卸荷土体本构模型选用及其参数的确定——以港珠澳大桥拱北隧道明挖段基坑为例

对卸荷土体工程性质的认识是解决基坑开挖工程中问题的关键,港珠澳大桥连接线珠海拱北隧道处于海相软黏土地层,基坑开挖深度大,断面宽,研究该基坑土体在卸荷应力路径下的土体本构模型及其参数,对工程设计有着重要的意义。取现场土样,选定海相沉积的淤泥质土和可塑状粉质黏土作为研究对象,测定其K0值,采用应力控制式三轴仪,在围压100,200,400,600 kPa状态下进行K0排水固结,对固结完成的土样进行不同应力路径的卸荷试验,根据应力–应变关系曲线的非线性特征,采用邓肯张E–μ模型作为该基坑土体的本构模型,依照试验结果,分别确定邓肯张E–μ模型的8个基本参数,为基坑有限元分析提供重要依据。     

基于e–p曲线的软土地基非线性沉降的实用计算方法

软土地基侧向变形引起的沉降不可忽略。目前中国地基规范对软土地基的沉降主要是采用侧限压缩试验曲线进行一维压缩沉降计算,然后对该计算结果乘以一个经验修正系数来反映软土侧向变形等所产生的沉降,经验系数为1.1~1.7,变化大,缺乏量化取用方法。因此,侧向变形引起的沉降尚缺乏有效可靠的实用计算方法。基于e–p曲线和Duncan-Chang本构模型的概念提出了用e–p曲线求取软土的非线性切线模量Et的方法,然后把地基的沉降分解为有侧限的压缩沉降和侧向变形产生的沉降两部分。有侧限的压缩沉降采用传统的e–p曲线分层总和法计算,侧向变形的沉降用非线性切线模量Et进行分层总和法求得。模型简单、参数易获得,由此而建立了一个较简便实用的软土地基非线性沉降计算方法。并通过一个工程案例与实测结果、规范方法计算结果和有限元数值分析结果进行比较,说明方法的可行性。     

基于黄土联合强度的黄土隧道围岩应力及位移研究

隧道围岩应力及位移计算问题是隧道工程界中传统研究课题之一,但黄土抗拉强度在黄土隧道围岩应力及位移计算中存在的影响需要进行合理性评价。基于建立的可综合考虑黄土抗拉和抗剪特性的联合强度,开展了极限应力平衡分析,重新推导了强度破坏曲线的主应力表达式;然后重新确定了轴对称圆形隧道条件下黄土围岩塑性区半径;最后得到了隧道周边黄土围岩位移表达式。研究结果表明:在围岩塑性区应力计算与比较中,基于联合强度确定的围岩塑性区应力小于基于传统的Mohr-Coulomb理论确定的围岩塑性区应力,而塑性区半径和隧道周边围岩位移相对较大;基于拉强度建立的联合强度理论克服了Mohr-Coulomb理论高估黄土抗拉强度的缺陷,可以合理评价黄土隧道围岩应力及位移。     

土体应力各向异性对深基坑开挖性状的影响

应力各向异性对复杂状态下土体的变形规律有重要影响。开挖状态下的K₀固结土体具有其特有的变形和强度特性。本文提出了一个将各向异性强度准则等效到Von Mise强度准则的方法,建立了一个简单、便于工程使用且能够描述土体各向异性的理想弹塑性本构关系,并将该本构关系耦合到ANSYS软件中,模拟分析了深基坑开挖后的变形性状。并通过工程实例和经典的Drucker-Prager模型作了比较,分析结果表明各向异性对深基坑开挖变形的影响不容忽视。     

邓肯–张模型参数反演的不唯一性

对邓肯–张模型的特点进行了分析，指出待反演的参数中若同时包含破坏比R_f、凝聚力C和内摩擦角φ容易导致反演失败的原因在于反演结果不唯一所引起的数值奇异。证明了不唯一性源于参数R_f，C，φ之间的一种特殊相关性，即，对于任一特定的应力状态，有无数种R_f，C，φ组合可以保证R_fS（破坏比R_f与应力水平S的乘积）取值不变并获得相同的切线模量Et和切线泊松比ν_t，导致满足反演目标函数获得相同最小值的参数组合出现不唯一性。提供了相应的解决方法，即重新拟定反演参数或约束R_f，C，φ中的某些参数，以确保模型参数的可辨识性。     

湿陷性黄土结构损伤演化特性

基于Q3黄土三轴剪切试验确定了应力-应变曲线的初始切线模量，结果表明，初始切线模量随同结围压的增大而减小，随含水量的升高而降低。围压作用下湿陷性黄土的结构损伤性较压硬性更加突出。基于初始切线模量定义的损伤比，能够反映球应力增大和进水增湿作用引起的结构破损变化。根据损伤比建立的应力，应变关系能够考虑加载及浸水耦合作用，为评价湿陷性黄土地基的可能湿陷变形量提供了一条有效途径。     

重塑黏土真三轴试验强度特性及本构模型研究

土体的强度特性是岩土工程稳定性分析的重要依据。本文分析了不同含水率重塑粘土在复杂应力路径下的强度变化规律,获得以下主要结论:含水率较小时重塑粘土的应力应变曲线呈强硬化型,含水率较大时呈弱硬化型,含水率一定时随着中主应力比的增加应力应变曲线向外扩张;重塑粘土强度随着中主应力比的增加而增大,中主应力比小于0.5时增幅较大,大于0.5时增幅有所减小;不同含水率下重塑粘土强度在π平面上的破坏线为一族相似曲线,随着含水率的减小破坏线向外扩张且圆润度增强,破坏曲线的形态逐渐接近加权双剪强度理论。鉴于考虑轴对称应力条件下的邓肯-张模型不能反映中主应力变化的影响,通过重塑粘土的真三轴试验结果结合邓肯-张双曲模型建立了能够考虑中主应力比的改进邓肯-张模型,并与复杂应力路径的试验结果进行比较,验证了改进邓肯-张模型的有效性。     

岩土体非线性分析的数值流形方法

目前数值流形方法的模拟分析主要是采用线弹性模型,而对于非线性模型分析研究很少。根据数值流形方法的特点和岩土体的本构模型,给出了适用于非线性分析的数值流形方法的计算方法。该方法利用中点增量法进行求解,以改变Duncan-Chang模型中弹性模量的方式来反映非线性,其实质是用分段线性来取代非线性。最后通过算例表明,数值流形方法在岩土体进行非线性分析中是有效的。     

基于联合强度理论的主动土压力计算方法

考虑结构性黄土的抗拉强度和有限土体对土压力的影响,推导了抛物线加直线形式的联合强度理论。基于此强度理论,建立了土体主动极限平衡状态,推导了无限土体主动土压力的计算公式;通过滑动块体理论推导了有限土体主动土压力的计算公式。通过算例对公式进行了验证比较,研究结果表明:基于联合强度理论计算的土体开裂深度明显小于朗肯土压力理论的开裂深度,且基于联合强度理论土体应存在拉应力区,在此区域内,挡土墙与土体存在胶合力的情况下,需考虑挡土墙受到的拉力和因此导致的局部应力集中;有限土体的土压力小于朗肯主动土压力,且随着挡土墙与既有构筑物距离的增加,有限土体土压力趋近于无限土体土压力。基于联合强度理论和有限土体理论建立的主动土压力计算方法能更合理地评价黄土的主动土压力。     

二次抛物线破坏准则下的黄土边坡稳定性分析

近些年来,极限分析理论在边坡稳定性分析中应用广泛。笔者首先以上限定理为基础,并基于二次抛物线破坏准则,采用外切线法引入了非线性强度参数c_t、φ_t;其次,考虑黄土抗拉强度较小,易出现拉裂缝的特性,推导出裂隙—直线型与对数螺旋线型破坏模式下黄土边坡极限高度与稳定系数的公式;最后,通过SQP(序列二次规划算法)法对陕北均质黄土边坡进行塑性极限分析,并与工程中常用的极限平衡法进行比较。结果表明了该方法的正确性以及在非线性取值方面的优越性。     

土的静态空间滑动面及其强度准则适应性研究

天然黄土是一种具有结构性的特殊土,这使得天然黄土的强度规律比一般土体复杂。首先,利用自主专利研发的真三轴试验仪器对不同结构性天然黄土进行真三轴试验,分析了在岩土工程中常用的莫尔-库仑强度准则和SMP强度准则对不同结构性原状黄土的适应性。在此基础上提出多种静态空间滑动面并建立与之相关联的强度准则,分析其对不同结构性原状黄土的适应性。研究结果表明,对不同结构性的原状黄土,两个传统强度准则在描述其强度时都存在不小的误差,其所描述的强度都比结构性原状黄土的实际值小,其误差随着结构性的增强而逐渐增大。而新建立的轴对称压缩(σ₂>σ₁=σ₃)静态空间滑动面强度准则和轴对称挤伸(σ₁=σ₂>σ₃)静态空间滑动面强度准则能更好地适应不同结构性原状黄土的强度规律。     

Study of the unified strength theory for seismic response of frame building on loess considering soil-structure interaction

To investigate the effect of soil-structure interaction (SSI) on the seismic response of frame buildings on collapsible loess, the secondary development of Abaqus was used to realize the embedding of the unified strength theory constitutive model. Meanwhile, a new nonlinear elastic model generated by the unified strength theory (b, the failure criterion parameter in the unified strength theory, equals 0.5) was developed. Seven- and nine-story frame buildings were selected as engineering examples in this study. The outcomes indicate that the nonlinear behavior of the loess–pile has a significant effect on the dynamic interaction of both group pile foundations and the superstructure under strong earthquakes. This results in an amplification of the displacement response and a reduction in inter-story shear force. As the foundation soil becomes softer, the K-type distribution of both peak accelerations and inter-story displacements along height becomes more obvious in general.