基于能量原理的木质素固化粉土剪切特性研究

 为研究木质素固化粉土剪切过程中的应力–应变特征,基于能量守恒原理,通过对剪切过程不同阶段土体所需能量进行分析,建立用以描述固化土剪切特性的理论模型,分析模型中所含参数的意义和确定方法,根据室内试验结果验证模型的有效性,并探讨模型的适用性。研究结果表明,具有胶结特性的固化土发生剪切所需能量主要由破坏土颗粒间胶结的能量、颗粒滚动的能量和颗粒滑动的能量3个部分组成;模型考虑胶结作用、颗粒形状和土体剪切破坏形式等因素;木质素固化粉土的直剪试验结果验证了模型对其剪切特性的准确描述。所提模型可为固化土强度特性的研究提供新的途径。     

混凝土本构关系的边界面模型的讨论

边界面模型是目前少有的几个能描述混凝土在复杂的三轴循环荷载作用下性能的本构模型之一，它具有相对简单，应用方便的优点。为了验证该模型，本文根据现有的边界面模型编制了计算机程序。通过计算结果与实验结果的比较，发现了现有的混凝土边界面模型的一些不足之处。     

考虑剪应力对体应变和静水压力对剪应变相互作用的土的神经网络模型

土的本构关系模型的研究是土力学研究中的一个关键问题。但由于土的性质受多方面因素的影响 ,如何找到一个既能准确描述土的本构关系又具有工程实用价值的模型一直是学者们探讨的课题。基于此 ,本文利用人工神经网络的方法建立了一个土的非线性本构关系模型 ,该模型考虑了剪应力对体应变和静水压力对剪应变的相互耦合作用 ,并成功的避免了传统本构模型的经验假设和简化 ,同时充分利用了实验的全部数据 ,提高了模型的精确度。模型亦具有很大的容错性。     

考虑原生各向异性土的统一硬化模型

通过将一种各向异性参数α引用到统一硬化模型中,建立能够考虑土的原生各向异性的统一硬化模型。该模型采用将各向异性土体的应力变换为等效各向同性土体的应力方法,来实现各向异性的同性化,以考虑土的原生各向异性特性。各向异性参数可以由具有原生各向异性土的三轴试验获得。通过对日本丰浦砂试验数据的预测,表明了砂土原生各向异性统一硬化模型可以合理地描述具有原生各向异性砂土的变形特性、强度特性及其剪胀性。     

双剪统一边界面塑性本构模型的有限差分算法及其数值验证

双剪统一边界面塑性本构模型(BUST模型)能反映低偏应力水平下岩土材料的塑性应变累积行为,这不同于经典双剪统一弹塑性本构模型。为了将BUST模型应用于滑坡或边坡的静、动力响应分析,构建并编译了BUST模型的有限差分算法,且通过数值模拟分析验证了该算法的可靠性。首先,推导BUST模型在一般应力空间和主应力空间的有限差分计算格式,给出了边界面、加载面、映射变量、塑性乘子、塑性修正、角点奇异性处理等的具体数学形式;其次,编写BUST模型的C++程序,并在FLAC^3D软件平台开展一系列数值计算,比较BUST模型与双剪统一弹塑性本构模型结果差异性,预测软岩三轴剪切应力–应变关系,模拟黄土–泥岩边坡坡体内部加速度响应。结果表明所构建的双剪统一边界面塑性本构模型有限差分算法计算结果可靠,可用于分析边坡或滑坡的静、动力响应。     

考虑剪胀的土的非线性本构关系神经网络模型

土的本构关系相当复杂,受诸多因素影响,这给土的本构关系模型的建立带来很大困难。提出了土非线性本构关系神经网络模型。该模型考虑了p对剪应变和q对体应变的影响,可有效地反映土的剪缩或剪胀现象,同时建模方便,直接利用试验结果对网络进行训练来确定模型参数。此外,将该模型纳入了有限元程序,通过对一基础沉降计算证实了该模型的有效性。     

不同应力路径加荷时粉土的应力应变关系

对粉土在常规三轴仪上用改进的加荷方法进行了多种应力路径的试验,揭示了应力路径对粉土应力应变特性的影响;探讨了粉土的剪胀性以及用常规三轴试验得出的参数能否反映不同加荷路径等问题;推荐了几个合适的本构模型并给出了模型参数.     

统一考虑加载变形与流变的粗粒土弹塑性本构模型及应用

实测资料表明,现行粗粒土本构模型明显低估高度200m以上特高土石坝的沉降量,主要原因之一是现行本构模型普遍割裂加载变形与流变,计算时忽略施工过程中坝料产生的流变。在总结分析典型粗颗粒土石料流变特性的基础上,以应力、应变和时间为基本变量,提出了一个可以统一模拟粗粒土加载变形、流变、应力松弛等性质的弹塑性本构模型。模型假定加载塑性变形和流变可同时发生,应力和时间变化均会引起屈服面扩张,从而产生塑性变形,但两者服从不同的塑性流动准则。运用某特高心墙堆石坝坝壳堆石料和砾石土心墙料的试验结果对模型的合理性进行了验证,并对该大坝填筑施工过程进行了模拟。计算结果表明,忽略坝料施工期流变可使大坝竣工期沉降量低估10%以上。因此,采用统一模拟粗粒土加载变形与流变的本构模型可有效提高特高土石坝变形的预测精度。     

一个考虑结构性的非饱和土边界面本构模型及其验证

天然土体大都兼具非饱和特性和结构性,建立考虑结构性的非饱和土本构模型,对于分析非饱和土力学特性具有重要意义。基于饱和结构性土的体变方程,在结构性参数中引入基质吸力的影响,结合BBM模型的LC屈服曲线,建立了结构性非饱和土体变方程,引入解构规律来考虑常吸力下各向同性压缩过程中结构性的衰减,引入结构强度及其衰减规律来考虑结构性对非饱和土抗剪强度的影响,采用边界面塑性理论对三维状态下非饱和土的变形特性进行描述。利用Gorgan地区的非饱和原状黄土和西安Q₂非饱和原状黄土的试验数据,进行了模型的参数标定和验证,结果表明,所建立模型能够有效预测结构性非饱和土的变形特性。     

考虑围压依存性的软岩结构性下加载面模型

软岩具有典型的弹塑性变形特点,同时由于其内部的胶结作用具有较强的结构性,因此将软岩视作结构性超固结黏土。软岩残余强度随围压变化是软岩峰后力学特性的一个显著特性,在实际工程中具有显著的意义。通过对孔隙比之差的概念进行扩展,使之能够同时考虑软岩的结构性和超固结性,并且给出合理的发展式。通过引入结构性下加载面的概念,在剑桥模型的基础上建立起软岩的结构性下加载面模型。该模型能够反映围压对软岩结构性破坏速率的影响,最终导致不同围压下软岩达到残余强度变形阶段时所保留的残余结构性存在差异,使得软岩的残余强度随围压变化。将理论计算结果与软岩的三轴压缩排水试验结果进行对比分析,结果表明该模型能够较好的描述软岩的应变硬化和软化特性及体积变形剪胀特性,同时能较好的描述软岩的残余强度随围压变化这一力学特性,并给出合理解释。     

砂土三维多重机构边界面模型

以土的临界状态和边界面塑性理论为基础,引入状态参数,考虑砂土的剪胀特性,提出一个新型三维多重机构边界面模型。模型将复杂的宏观变形行为分解为一个宏观体应变机构和一系列空间分布的虚拟一维微观剪切机构。每个微观剪切机构包含一个微观剪应力–应变关系和一个微观应力–剪胀关系。利用三轴压缩试验中的应力条件,建立典型宏微观参数之间的关系。模型包含13个参数,多数可通过具有明确物理意义的土性参数来确定。通过对砂土三轴压缩试验和空心圆柱扭剪试验结果的数值模拟,表明模型不但能够合理反映在排水或不排水条件下砂土的硬化及软化特性,而且能在不增加任何参数条件下预测应力主轴旋转产生的变形累积特性和应变增量主轴与应力主轴之间的非共轴特性。     

微生物加固砂土弹塑性本构模型

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是一种利用环境友好的微生物加固岩土体的新方法.试验结果表明,MICP加固砂的刚度,强度和剪胀性增强,可压缩性降低.针对MICP加固砂土的力学特性和变形特征,在临界状态土力学理论框架下,采用非关联流动法则,建立了微生物加固砂土的状态相关弹塑性本构模型.在新的胶结退化准则中,将胶结退化速率与...     

堆石料状态相关三维多重机制边界面模型

堆石料的应力应变特性与材料的密度、压力等状态密切相关。针对堆石料的变形与强度非线性,在临界状态和边界面弹塑性理论框架内,建立了一个堆石料状态相关三维多重机制边界面模型。模型将复杂的宏观变形行为分解为一个宏观体应变机制和一系列空间分布的相互独立虚拟微观剪切机制。每个微观剪切机制包含3个方向的微观剪应力–应变关系和微观应力–剪胀关系。引入一个与密度、压力相关的状态参数,用以统一描述不同状态下堆石料的变形和强度特性。模型包含12个参数,多数具有明确的物理意义。对2种堆石料三轴压缩试验结果进行模拟计算,模型模拟值与试验结果吻合良好,说明模型能够较合理地预测堆石料的应力应变特性。     

一个非饱和结构性黄土三维胶结接触模型

对非饱和结构性黄土进行离散元模拟需要合理的三维胶结接触模型。在含抗转动和抗扭转模型基础上引入了颗粒间吸引力以考虑范德华力和毛细力作用;提出了考虑胶结尺寸影响的胶结刚度和强度公式,考虑了不可恢复的化学胶结作用;建立了可以全面考虑含水率-孔隙比-吸力耦合作用的黄土接触模型。通过开展常规三轴压缩以及在不同偏应力水平下湿陷试验的三维离散元模拟,表明该三维接触模型可以较好地反映室内试验中非饱和结构性黄土的主要力学特性。     

混凝土的边界面模型与经典弹塑性力学的对比

简述了国内外混凝土的边界面本构模型的研究状况，阐述了其提出的背景，并对边界面模型的建立作了简要评述，提出了边界面模型与经典塑性力学的区别。     

一个考虑颗粒破碎的堆石料弹塑性本构模型

基于广义塑性理论建立了一个考虑堆石料颗粒破碎的弹塑性本构模型。模型采用随平均应力增加而减小的峰值摩擦角和特征点摩擦角来反映堆石料因颗粒破碎而表现出的峰值应力比与剪胀应力比的非线性,在此基础上确定塑性流动和加载方向向量;运用指数型压缩函数建立依赖于体积应变和平均应力的压缩参数 λ ,并构造随平均应力与剪应力水平而变化的塑性模量表达式。模型共有 8 个参数,均可通过等向或单向压缩和三轴压缩试验确定。为验证本文模型的合理性,依据试验资料确定了 3 种不同堆石料的本构模型参数,并对典型三轴压缩试验进行了模拟。 3 种材料的模型预测结果与试验数据均吻合良好,表明本文模型可合理反映了颗粒破碎对堆石料强度与变形特性的影响。     

考虑结构性的软岩热弹塑性本构模型研究

 在核废料贮存、地热和深部采矿等领域中,温度对软岩力学特性的影响不容忽视。基于上负荷面和温度等效应力概念,提出一个考虑结构性的软岩热弹塑性模型。该模型比上负荷面模型仅多一个参量,即线性热膨胀系数。计算分析及其与试验结果对比表明,该模型既能够统一描述软岩热增强和热减弱2种现象。软岩初始结构性愈强,强度愈大,且初始结构性的变化可使软岩在热增强和热减弱之间相互转换。无论热增强或者热减弱,线性热膨胀系数越大或者温度越高,结构性状态变量的消散均会加快;并且,当线性热膨胀系数和温度均较高时,这种加速趋势会更为显著;相较于热减弱和热增强情况下的结构性更容易消散,即消散速率更快。     

筑坝土石料的统一广义塑性本构模型

室内三轴试验资料的分析表明：与砾石土心墙料不同,密实堆石料、砂砾料的破坏应力比,随围压的增长出现明显降低;而反映坝料剪胀特征的应力比,随着围压的增长基本不变。根据试验资料,建立了描述土石料剪胀状态和破坏状态的统一应力表达式;针对现有广义塑性模型不能合理反映土石料压缩性的问题,采用改进剪胀方程,利用室内压缩试验和三轴剪切试验成果,构造弹性和塑性模量,提出了一个可以考虑土石料复杂加载特性的实用的统一广义塑性本构模型;将上述模型编制程序,模拟土石料的试验加载,得到预测值与试验数据吻合良好,可较好反映筑坝土石料的应力变形特性。