考虑时间效应的粒状材料的UH模型

近年来,山区支线机场建设日益增多。机场高填方工程往往填方量较大,就地取材,填料含有土料、砂料、堆石料等不同岩土材料。准确预测填料的工后沉降变形影响到机场的安全性和正常运营。相对于黏土,粒状材料特性往往更复杂,可能会出现颗粒破碎等现象。现有的黏弹塑性本构模型大部分只适用于黏土,不能直接用于计算粒状材料流变变形。本文提出一个能够统一描述黏土和粒状材料应力–应变–时间特性的考虑时间效应的粒状材料的UH模型。并且给出了将该模型利用ABAQUS二次开发接口,编写用户子程序,进行有限元实现的过程。最后,利用模型对黏土剪切蠕变试验及砂土三轴不排水试验进行预测,并与试验结果对比,验证了模型的正确性,说明模型能够较好地描述黏土和粒状材料的应力–应变–时间关系。     

基于Bootstrap法的连续压实指标目标值计算方法

有效控制填筑体压实质量是保障道路、大坝、机场等基础设施使用寿命和安全运营的关键。随着连续压实控制技术的广泛应用，科学合理地确定连续压实指标目标值对于填筑体质量控制具有重要意义。提出了一种基于Bootstrap法的连续压实指标目标值计算方法，与基于有限个试验数据采用经验公式获取压实指标目标值的传统方法相比，该方法从统计学角度，根据常规质量验收指标与连续压实指标的经验公式建立了置信度为(1-α)×100%的回归模型置信带，并通过选取置信上限来确定连续压实指标目标值。最后，结合国内外文献中相关地基压实工程中的现场试验数据对该方法的实用性进行验证，结果表明：该方法计算得到的连续压实指标目标值要优于常规经验公式计算值，且具有更高的可信度。该方法能够更合理地对由小样本不确定性导致的压实质量风险进行补偿，且补偿值随试验数据相关性的减小而增加，从而使压实质量控制标准更加科学与可靠。此外，相比于已有文献给出的置信区间，该方法所得置信区间宽度更窄，避免了过盈估计，具有较好的工程指导意义和应用前景。     

考虑时间效应的K_0各向异性UH模型

将所建立的考虑时间效应的超固结土统一硬化模型(时间UH模型)推广为能够考虑K0各向异性的弹黏塑性模型。基于广义非线性强度准则的变换应力三维化方法,将新模型扩展到三维应力状态。使用新模型预测K0固结土的一维和三轴等应变率加载试验,预测结果表明新模型能够合理反映应变率对K0固结土前期固结压力和应力应变曲线的影响。根据模型的基本方程,推导三轴压缩条件下不排水抗剪强度的理论公式,并将该公式的计算结果与试验结果进行对比,发现该公式能够反映不排水抗剪强度随超固结度和应变率的增大而提高的性质。     

UH模型系列研究

岩土材料的本构模型是岩土工程学科的重要理论基础。合理的本构模型既能定性地揭示岩土的变形强度机制,也能定量地进行岩土体强度和变形计算。笔者20余年来潜心于土的本构模型研究,取得了以下3个方面的理论成果:1在修正剑桥模型的基础上,通过引入统一硬化(unified hardening,UH)参数,建立UH模型,该本构模型能够反映饱和超固结土的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径相关性等特性,模型所用土性参数与修正剑桥模型完全相同;2扩展UH模型,使其考虑多种外部因素(温度、时间和基质吸力)、复杂特性(各向异性、结构性和小应变特性)和复杂加载条件(循环荷载、部分排水即渐近状态)等的影响;3提出广义非线性强度准则和满足热力学定律的变换应力三维化方法,从而实现了本构模型的合理三维化。UH模型已被嵌入到数值计算软件中,并被用于分析岩土工程问题。以上研究包括本构建模、强度准则、三维化方法和数值分析等方面,形成了独具特色的岩土本构理论和应用体系。     

黄土地基中工程桩摩阻力发挥值的变化特性

基于试桩及工程桩的实测结果 ,分析了黄土地基中试桩的摩阻力发挥特性及实际工程桩的摩阻力发挥值随时间 (随施工进行 )的变化特性 ,分析表明 ,实际工程桩的摩阻力发挥值分布与试验桩的分布不同 ,工程桩中的桩土摩阻力发挥值具有鲜明的时间效应 ,受桩、土及基础的共同工作影响较大。     

Lade-Duncan破坏准则在地基承载力计算中的应用

基于Lade-Duncan破坏准则及一个平面应变条件，推导出了无粘性材料的平面应变破坏公式，通过引入粘结应力σ0，将其推广到c-φ材料。将该公式运用于地基承载力的计算，推导出了基于Lade-Duncan破坏准则的地基承载力计算公式，将计算结果和试验数据比较，结果表明所推导的地基承载力公式是合理的。所得平面应变破坏公式对其他的平面应变问题具有同样的参考价值。     

土的负蠕变特性及其本构模型

蠕变是指有效应力不变的情况下,变形随时间的发展。土力学中,蠕变往往指压缩蠕变,如山区机场高填方工程中填方区的工后沉降。然而,高填方工程中有时还需要对山体进行大体积深开挖,以得到大面积的平整场地。开挖后,土体的膨胀变形不能在短时间内稳定,而是随时间继续发展。将这种随时间发展的膨胀变形定义为负蠕变,相对应地,将压缩蠕变定义为正蠕变。试验表明,正、负蠕变都有趋于稳定的趋势。因此可以假设,在e–lnp空间中,当时间足够长时,不论发生正蠕变还是负蠕变,土体都稳定在一条平行于正常压缩线的直线上,这条线为稳定线。在上述概念的基础上,提出了一个可以合理地描述土的负蠕变效应的一维计算公式,结合UH模型,建立了考虑负蠕变效应的UH模型。最后,将模型预测结果与三轴不排水剪切正负蠕变试验结果进行了对比,验证了模型的正确性。     

基于变换应力方法的各向异性模型三维化

各向异性模型的三维化较各向同性模型更加复杂,如果采用g(θ)方法进行各向异性模型的三维化,会出现诸如屈服面不连续、内凹的现象.但如果采用变换应力方法,既能保证各向异性屈服面的连续光滑,又能使各向异性模型的临界状态面与强度准则相一致.采用基于SMP准则的变换应力方法,实现了初始应力各向异性化的修正剑桥模型的三维化,确定了...     

复杂加载下统一硬化模型的有限元应用

等幅循环加卸载条件下,经典弹-塑性模型无法描述再加载过程中土体的塑性变形。统一硬化模型参数与Cam-clay模型完全相同,不仅能够描述土的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径依赖性等特性,而且能够描述循环加载条件下再加载过程中土体发生的塑性变形。通过将UH模型推广应用到复杂加载情况,并进行循环荷载作用下地基承载力有限元的模...     

堆石料的应力-应变特性及其三维破碎本构模型

综合已有的研究成果,从压缩、剪胀和强度三方面分析颗粒破碎对堆石料应力-应变特性的影响。基于堆石料的变形和强度特性,引入新的硬化参数H,并推导出相应的屈服函数表达式,进而提出一个能够考虑堆石料颗粒破碎影响的弹-塑性本构模型。利用基于空间滑动面准则（SMP准则）的变换应力方法将模型进行三维化,并参照某堆石料大三轴试验结果对...