原状黄土结构性及其定量化参数研究

较详细地考察了黄土结构性的研究现状,在三轴试验的基础上,提出了一个既能反映土粒微观排列的结构性,又能反映土粒间由于特殊的胶结结构而综合表现出的宏观力学特征,从而可以开展对土的结构性进行研究的结构性参数mσ。在分析大量试验数据的基础上,证明了结构性参数的合理性,灵敏性和稳定性,揭示了mσ与影响土结构性的因素之间的变化规律,使黄土的结构性定量化研究有了一个新的基础。     

基于微观结构特征的滨海软土蠕变行为分析

研究整理了软土微观结构特征试验分析的技术要点,分析软土蠕变试验与孔隙数、复杂度和概率熵之间的关系,总结软土宏观力学性质与微观结构特征的响应规律,得出以下结论 :(1)采用微观参数建立的软土结构性关系式对研究微观参数与宏观蠕变力学关系是可行的;(2)分类阐述了不同蠕变试验对蠕变破坏前后软土微观结构参数的影响;(3)提出基于函数关系式将微观结构分析试验与宏观力学特性试验相结合的方法,开展软土结构性参数指标与软土宏观力学性质相关性的试验研究。     

土结构性及其定量化参数研究的新途径

考察了当前对土结构性及其定量化指标研究的现状和方法,提出了一个既能反映结构性关于颗粒排列（ 即几何特征影响） ,又能反映结构性关于颗粒联结（ 即力学特征影响） ,并具有简便、明晰特点的结构性定量指标---综合结构势。然后通过试验检验了这个定量化参数在表征结构性对土性影响方面的良好功能和合理性。     

节理岩体宏观力学参数的计算机模拟试验

本文借助力学理论与计算机方法，并在地质调查的基础上，对三峡工程船闸区典型地段的岩体进行了计算机模拟试验，用研究节理对宏观力学参数的影响以及宏观力学参数的结构效应。     

砂岩节理裂隙贯通的Kolmogorov熵定量判别及应用

形成岩石全应力应变曲线的时间序列反映了岩石内部节理裂隙趋向贯通的演化进程,砂岩节理裂隙系统在峰前阶段处于不同程度的混沌状态。以岩石力学实验为基础,基于时间序列发展并运用Kolmogorov熵理论提取K熵值,建立了砂岩节理裂隙贯通与否的定量判据,并将其尝试应用于岩石强度准则研究,初步建立了K熵这一微观特征量与宏观力学量之间的关系。     

膨胀性非饱和土的双尺度毛细-弹塑性变形耦合模型

从宏观和微观角度,在已有的膨胀性非饱和土的双尺度本构模型BExM和湿陷性非饱和土的毛细-弹塑性变形耦合模型的基础上,发展和建立了一个可预测膨胀性非饱和土的毛细滞回和力学行为耦合的双尺度本构模型.模型考虑了土体微观结构的体变及其对宏观结构行为的影响,以及毛细和力学行为之间的耦合作用.对已有的膨胀性非饱和土的常净应力下吸力循环试验进行预测,预测结果表明该模型能够定量地描述膨胀性非饱和土的毛细和力学行为.     

三轴应力状态下不同湿度原状黄土的结构性定量化参数

通过对黄土结构性研究现状的分析，对与原状样干密度相同的扰动饱和土施加荷载来实现破坏结构性的目的，以三轴试验得到的原状黄土以及扰动饱和黄土的应力-应变曲线为基础，用一个定量化结构性参数综合反映土的排列和胶结特征所表现出的综合结构势（结构性强弱），探讨不同围压及含水量下结构性参数在剪切过程中的变化特性。研究结果表明：（1）定义的结构性参数能够反映围压、含水量对原状黄土剪切过程中结构性的影响，具有很好的合理性、灵敏性和稳定性：（2）结构性参数随着含水量的增大而减小，低应变时含水量对结构性的影响很明显，这种影响随着应变增大而逐渐减弱；（3）初始加荷和试样破坏时，结构性参数随着围压的增大而减小，应变达到15％时，结构性参数随着围压的增大呈先增大后减小的趋势。     

膨胀性非饱和土水力和力学性质的弹塑性模拟

Alonso等人提出的非饱和土弹塑性本构模型(BBM),不能用于预测膨胀性非饱和土的力学性质。现有的膨胀性非饱和土的弹塑性模型(BExM),其微观参数及微宏观变形的转换关系确定非常困难。从宏观角度,在已有的非膨胀性非饱和土水力特性和力学性质耦合的弹塑性本构模型的基础上,发展和建立了一个可预测非饱和膨胀土的水力特性和力学特性的弹塑性本构模型。模型引入不同形状的等孔隙比线与屈服线,并考虑了变形对土水特性的影响。对已公开发表的非饱和膨胀土的试验结果进行预测,包括常净应力的吸湿试验,吸力不变的等向压缩试验及三轴剪切试验。预测结果表明该模型能够定量的描述膨胀性非饱和土的水力和力学特性。     

海陆交互相黏性土工程特性及微结构特征

长江口北侧分布有海陆交互相黏性土,其物理性质较差,天然含水率接近或大于液限,孔隙比接近或大于1,与一般海相软粘土物性相似,但压缩变形特征与强度指标有别于一般海相软粘土,是一种结构性黏性土。采取自由活塞薄壁取样技术与真空冷冻干燥法,制得不同固结应力水平下的原状样和重塑样,系统地分析了固结试验中原状样与重塑样在不同固结应力下的微观结构及参数的变化规律。研究结果体现了微观结构变化与宏观力学性质的一致性,揭示了结构性黏性土不良物理性质与良好力学特性指标“异常”组合的微观机制。     

冻融作用对土结构性影响的土力学意义*

冻融循环可以改变土的力学性质,这种影响是通过改变土的结构性而产生的.以一定干密度的饱和兰州黄土和天津粉质粘土为研究对象,使两种土都经过一个冻融循环,然后对冻融前后两种土分别进行土力学试验和电子显微镜图像的定量分析.发现冻融前后土的力学性质和微观结构特征都有一定的变化,而力学性质的变化从某种程度上都可以从微观结构的定量改变中得到解释.这将冻胀和融沉对土微结构的改变以及由此导致的土力学性质的改变的定量化研究向前推进了一步.     

复杂应力状态下的土结构性参数

分析了应力综合结构势具有的局限性，继承了其合理内核，探求了一种新的、可以方便应用于复杂应力状态下的结构性参数——应变综合结构势，突破了结构性参数在复杂应力条件下应用的局限性，拓展了其应用空间。     

一个考虑冻融循环作用的结构性定量参数的试验研究

土的结构性可以从本质上揭示土体的工程性质和行为本质。冻融循环对土体结构性有着非常重要的影响。在结构性定量参数"综合结构势"的基础上,增加考虑了冻融循环对土结构性的影响,提出了一个考虑冻融循环对土结构性的影响作用的结构性定量参数(简称冻融结构势)。并通过单轴压缩试验和单轴循环加卸载试验分别获得原状土、浸水饱和土及不同冻融循环次数下土样的单轴强度、失效应变、回弹模量和能量耗散,对用不同参数表示的冻融结构势进行了对比和分析。并利用CT扫描试验获得了不同冻融循环次数下土样中间截面的CT数均值,对冻融结构势进行了验证。认为不同参数表示的冻融结构势反映了土体结构性的不同方面,而用强度和能量耗散表示的冻融结构势能够较好地反映土结构性随冻融循环次数的变化情况,并提出在不同参数表示的冻融结构势之间的关系可能跟土质、加载方式等因素有关,明确了下一步的研究方向。     

基于变形条件的黄土结构性试验研究

黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,要定量描述黄土的结构性,就要定量研究黄土联结结构强度和摩擦结构强度的变化规律。为此,提出基于变形条件的黄土结构性参数即联结结构变形势参数mp1、摩擦结构变形势参数mp2及结构变形势参数mp,并通过黄土的侧限压缩试验研究原状黄土和人工水泥结构性黄土的结构性及其结构性参数的变化规律,揭示含水率、压力、密度、水泥含量等对黄土结构性的影响,并对所提出的基于变形条件的黄土结构性参数的合理性进行讨论。     

考虑土结构性的本构关系

将作者提出的土结构性定量化参数引入土的变形本构关系和强度本构关系,首次得到了以结构性参数为基础来描述土变形-强度基本规律的本构关系,使土力学特性的研究带上了新的特色.     

考虑应力路径和加载速率效应砂土的弹黏塑性本构模型

 利用室内多应力路径平面应变压缩试验结果,分析和研究密实砂土变形和强度特征的应力路径和加载速率效应。试验结果表明：一方面,不可恢复体积应变和剪切应变都具有明显的应力路径相关性,因而在传统塑性理论中将其作为硬化参量存在不合理性;另一方面,砂土的应力–应变特性与加载速率的变化存在着显著的关系。加载速率效应与蠕变和应力松弛一样均是砂土黏性的外在反映,其最重要的特征之一是加载速率发生突变时,应力也发生相应的突变,并呈现出刚性很大、近似弹性的特性。对试验结果的进一步分析发现,一种修正的不可恢复应变能W ir*及相关的函数与应力路径不相关。将W ir*作为硬化参量,并在非线性三要素模型的理论框架下,提出一种基于能量的砂土弹黏塑性本构模型。该模型可以考虑应力路径、压力水平、固有各向异性、孔隙比等因素对砂土变形和强度特征的影响,以及应变局部化和加载速率变化所产生的黏性特性。将上述模型嵌入到有限元程序中,并对平面应变压缩试验进行模拟计算,验证模型的精确性。研究结果表明,与现有的砂土本构模型相比,所提出的模型能更好地模拟应力路径及加载速率变化对砂土变形和强度特征的影响。     

极坐标下变热工参数人工冻土温度场解析解

为优化冻结方案、准确掌握人工冻土温度场发展状况、处理紧急情况,需要了解变热工参数对人工冻土温度场的影响程度。人工冻土温度场的解析解便于分析不同热工参数的灵敏度。运用乘法、加法分离变量法推导出极坐标下人工冻土热工参数随温度变化的不同规律的非稳定导热方程解析解。变热工参数人工冻土温度场非稳定温度场的解析解可用来检验人工冻土温度场数值计算结果的准确性、收敛性与稳定性,还可以借鉴其数学上的结果用来启发发展各种计算技巧。     

冻土弹塑性各向异性损伤模型及其损伤分析

基于不可逆热力学理论,通过引入能考虑冻土体积变形的塑性势函数,得到冻土弹塑性各向异性损伤本构方程,在与损伤张量对偶的广义力——应变能释放率空间中,构造了损伤累积势函数,并导出各向异性损伤演化方程。应用此模型分析冻土三轴试验资料,计算结果与试验吻合较好。计算结果表明:(1)冻土变形过程中的弹性损伤只占总损伤量的很小一部分,绝大部分损伤发生在塑性变形阶段;(2)围压的增大,有助于冻土结构的强化,从而减少冻土结构的总损伤量。     

粘性土击实过程中微观结构的定量评价

本文应用Ｖｉｄｅｏｌａｂ图像分析系统，对粘性土在击实过程中形成的５种微观结构类型进行了定量评价，这些定量指标包括孔隙比、平均孔径、平均形状系数、定向角分布、主定向角、各向异性率等，并引进了一个反映微观结构单元体排列有序性的定量指标---概率熵。最后根据定量分析结果，对粘性土击实特性的内在机理进行了分析