不同应力路径下粉煤灰本构模型研究

研究粉煤灰在不同等应力增量比路径下的应力-应变-体变特性，提出考虑土的应变软化、剪胀(剪缩)性和应力路径影响的非线性弹性模型. 通过与试验及有限元计算成果对比，验证了模型的适用性     

循环荷载作用下粉细砂累积变形的等效粘塑性本构模型

为了提出理论基础明确、计算方法简单有效的适用于长期交通荷载作用下粉细砂累积变形计算的本构模型及数值模拟方法,基于经典弹塑性理论框架,依据安定性基本理论,考虑砂性土材料的双屈服面及剪胀性特征,并引入Suiker（2002）模型中的塑性应变增量表达式,针对无粘性路基材料提出了预测长期累积不均匀变形的等效粘塑性本构模型。数值模拟结果表明,模型对于粉细砂长期循环累积塑性变形具有很好的模拟能力,而且计算步长可相当大,适于大数目循环加载的有限元计算。     

开挖卸荷土体本构模型研究方法

我国土木、水利、交通和矿山工程建设中广泛存在着由于开挖卸荷引起的土体位移及稳定问题,传统的极限平衡方法不能考虑土体应力应变关系和应力历史等因素,安全系数的计算与工程实际存在偏差。以变形量为失稳判据的有限元强度折减法,考虑了土体应力应变关系,一定程度上可以弥补传统方法的缺陷,但目前针对开挖卸荷应力路径条件下土体应力应变规律研究偏少,限制了有限元强度折减法的作用,导致开挖卸荷相关问题不能很好地解决。因此本文针对卸荷土体应力应变规律研究工作给出了相应的思路和方法:采用室内卸荷应力路径试验,寻找合适的土体卸荷本构模型,在探索采用常规试验获取模型计算参数的实用方法和取用原则的同时,对开挖土体应力变形进行分析,进而结合有限元轻度折减法对实际开挖工程进行有限元数值模拟,与现场监测结果相比较,对模型和参数确定方法进行修正。应用这种方法,可以得到反映开挖卸荷实际的土体本构模型及其参数确定方法。     

本构模型对面板堆石坝应力变形的影响

邓肯-张E-B模型,能考虑土体的非线性特征以及应力历史对变形的影响,比较符合土体的受力特征。理想弹塑性D-P模型是在摩尔-库伦模型的基础上考虑了静力压力的影响,广泛应用于岩体材料的模拟。堆石体是介于土体与岩体之间的一种土石混合体,其本构模型的选择一直存在较大的争议。基于APDL二次开发,将E-B本构模型成功引入到ANSYS静力分析中,与理想弹塑性D-P模型的计算成果进行对比分析,并对E-B模型的主要参数进行敏感性分析。研究成果表明:本构模型对堆石体竖向位移影响较大,但对堆石体的应力、面板应力、及面板位移影响较小;E-B模型参数中K,n以及荷载子步对面板堆石坝应力、位移的影响较大。     

基于Ｈａｒｒｉｓ衰减函数的岩石单调加载本构模型

以变形模量为对象,研究岩石单调加载的本构模型。首先根据单调加载过程中变形模量随着应变增大而减小的衰减现象,引入Ｈａｒｒｉｓ函数来表征变形模量衰减规律,从而建立岩石单调加载本构模型;然后根据极值理论,结合试验曲线特征值,确定模型参数;最后引用相关文献试验数据,利用新提出的单调加载本构模型对试验数据进行参数计算,获得岩石本构模型理论值,该理论值与试验结果吻合度较高,验证了模型的适用性。对模型参数分析发现,模型参数ａ主要反映了岩石的宏观强度,ａ值越大,岩石峰值强度越低。参数ｂ与岩石强度关系不大,但体现了岩石的延脆性,ｂ值越大,脆性越强,反之延性越明显。     

黄土状土应力-应变特征及本构模型的建立

工程上广泛采用的土体本构模型为双曲线形式,但双曲线模型只适合应力硬化型曲线而不适合应力软化型曲线.通过对应力软化型曲线形态特征及试验数据的分析,提出建立应力软化型应力-应变本构模型的虚加刚性弹簧法,即软化阶段的曲线叠加一定弹性模量的直线,形成的曲线形态基本符合双曲线模型,据此推导了应力软化型应力-应变本构模型及其切线模量的计算公式,以豫西地区重塑黄土状粉土三轴试验为例验证了该法的可行性.     

轴向循环加载卸载条件下饱和软土变形特性试验研究

研究循环加卸载条件下软黏土的强度和变形特性具有一定的工程实践价值。利用自行改进和研制的连续加载一维K_0固结仪对饱和软土进行轴向循环加卸载试验。结果表明:各级卸载应力-应变曲线是双曲线,再加载曲线应力-应变关系在上级卸载载荷之前为双曲线,超过卸载载荷为直线,呈现不断硬化的现象,试样产生塑性变形和弹性变形,且塑性变形和弹性变形分别与卸载等级呈线性关系;以原有双曲线本构关系为基础,利用各级加载轴向最大应力和初始切线模量,卸载曲线的轴向最大应变和初始割线模量,引入新的模型参数,从而建立轴向循环加卸载的本构方程,并验证了其可靠性。对各级塑性滞回能进行了计算,随着卸载应力水平的增大,塑性滞回能不断增大,且通过拟合加卸载过程中消耗的塑性滞回能与卸载应力水平呈良好的二次曲线关系。     

循环荷载作用下粉细砂累积变形的等效黏塑性本构模型

提出了适用于长期循环荷载作用下粉细砂累积变形计算的等效黏塑性本构模型及数值模拟方法。该模型基于经典弹塑性理论框架及结构安定理论,考虑了砂土材料的双屈服面及剪胀性特征,引入塑性应变随加载次数的增量表达式,预测粉细砂土材料累积不均匀变形。通过粉细砂的动静三轴试验确定模型参数,并研究了砂土累积变形规律。数值模拟结果表明,该模型对于粉细砂长期循环累积塑性变形具有良好的模拟能力,而且计算步长可任选取,适用于长期循环加载的计算。     

湍流雷诺应力的本构关系

本文建立力学本构关系的本构公理和湎流运动特征，分析了雷诺应力与平均速度梯度之间的本构关系，得出了该雷诺应力表达式不具备适应各种边界条件的通用性，但在某些湍流或某些湎流区域具有存在条件的结论。文中还给出了适用条件的判断准则和计算方法。     

泥石流应力本构关系

利用作者在专门研制的仪器上进行两相体流变试验所获得的数据，进行了两相体应力本构关系的分析.两相体受剪时的应力是它的液相应力和颗粒应力之和，同时还存在着相间的相互影响.由张量分析结果，本构关系式可采用切变率二次多项式的形式.多项式中的每一项对应着不同的作用机制：切变率的零次项反映颗粒间的接触挤压作用和液相的屈服强度；一次项反映颗粒间的摩擦滑动和液相的粘滞应力；二次项反映颗粒的惯性碰撞作用和液相的雷诺应力.用相关分析建立了每一项的系数与两相体特性间的关系.每一项的颗粒切/法应力比具有不同的数值，其中二次项的应力比较小，数值与Bagnold的颗粒惯性区的值相近，零次项和一次项的比值较大，与宏观粘性区的值相近.在相当于自然界泥石流运动的颗粒特性和切变率条件下，颗粒的碰撞应力可不予考虑，可用具有屈服值的直线方程来表示.     

反复荷载作用下饱和砂土的一种普遍弹塑性模型

本文建立了一个反映饱和砂土在动荷作用下反应特性的弹塑性模型.该模型通过引入相对应力比的概念使得应力路径上的每一个点都处于加载状态.模型不显式定义屈服面和塑性势函数，而是由破坏面、流动方向、初始加载面、加载方向和塑性模量等部分组成，具有参数少且易确定等特点.通过和试验数据的比较证明了该模型的合理性.     

基于能量法的混凝土循环加卸载动态损伤特性

为了从能量法的角度研究混凝土循环加卸载下的损伤演化特性,利用大型动静力三轴仪对边长为150 mm的立方体混凝土试件,进行不同侧应力、不同应变速率的循环加卸载试验。用改进的Najar能量法,确定了一种新的损伤变量计算方法,对比分析了改进后的混凝土损伤演化曲线与试验所得混凝土应力-应变包络曲线,将修正后的Weibull-Lognormal损伤本构模型对试验数据进行拟合分析。结果表明:新的损伤变量计算方法简单,物理意义明确;改进后的混凝土循环加卸载损伤演化曲线可以分为三个阶段,损伤不变阶段、损伤加速发展阶段、损伤稳定发展阶段;选用的塑性变形公式与试验结果拟合较好;经过修正后的混凝土损伤本构模型能较好地模拟混凝土循环加卸载条件下的应力-应变包络曲线。     

动态循环荷载下大坝混凝土拉压转换损伤本构模型构建及影响研究

目前混凝土坝抗震安全评价中,对于动态循环荷载下大坝混凝土损伤本构模型中从受拉状态向受压状态转变过程(拉压转换)中的混凝土弹性模量变化,一般都基于商用软件ABAQUS的"单边效应"假设,认为混凝土弹性模量立即恢复为初始弹性模量。上述假设的合理性缺乏试验验证,直接影响混凝土坝抗震安全评价的可靠性。通过对全级配大坝混凝土拉压转换全过程试验成果的观察分析,发现混凝土从受拉状态进入受压状态后弹性模量并非立即恢复为初始弹性模量,而是由损伤后弹性模量连续渐进恢复至初始弹性模量,期间原有的受拉残余应变在压应力作用下迅速减小到较小数值,因此ABAQUS的"单边效应"假设并不符合实际情况。本文以全级配大坝混凝土拉压转换全过程试验成果为基础,提出受拉损伤发生后,拉压转换时受压应力应变关系采用双折线模型的思路,据此推导了相应的应力-应变关系解析表达式,构建了更接近混凝土拉压转换时真实状况的本构关系数值模型。通过实际工程的计算分析,发现常用的受压弹性模量立即恢复为初始弹性模量的损伤本构模型过高估计了坝体刚度,可能带来偏于不安全的评价结果。     

3DEC中节理法向循环加卸载模型开发

节理在循环加卸载作用下,其法向变形表现出了很强的非线性,Bandis根据室内试验成果,提出了用双曲线方程来表征节理法向应力与闭合量的非线性关系。鉴于目前3DEC程序在模拟节理非线性变形特征中的不足,结合3DEC提供的接口,对Bandis节理模型进行了二次开发,并给出了运用C++开发3DEC节理模型的步骤。同时,通过内部FISH语言开展了节理在循环加卸载条件下的单轴压缩数值试验,并与室内试验及理论结果进行对比。结果表明：开发的Bandis模型能较好地表征出循环加卸载条件下节理法向应力与法向闭合量之间的非线性关系;数值试验计算结果与理论值完全吻合,验证了所开发模型的正确性。研究成果为循环荷载下岩质边坡的稳定分析提供了基础。     

混凝土短期荷载下变形的一个本构模型

提出了一个混凝土一般应力状态下的变形模型。它建立在应变功硬化塑性增量流动理论的基础上，使用一个完整的二次型载荷函数，包含３个应力不变量，以模拟材料在拉、压应力偏量作用下的性质差异。为应用方便，文中详细列出数值计算步骤。     

循环加卸载下混凝土滞回环特性研究

通过开展不同侧压下的混凝土循环加卸载试验,分析了侧压、应变速率对应力应变全曲线中滞回环面积的影响,提出了一种基于应力应变全曲线的简便滞回环面积统计法,建立了滞回环面积与循环次数之间的关系。结果发现,混凝土单位体积耗散能随着循环次数的增加先增后减,单位体积耗散能最大值与峰值应变有密切联系;在循环加卸载过程中混凝土的单位体积耗散能具有明显的侧压敏感性。利用Weibull统计分布模型对混凝土在循环加卸载过程中单位体积耗散能随循环次数的变化关系进行了拟合分析。计算结果表明:不同侧压下循环加卸载曲线滞回环面积与循环次数服从双参数Weibull模型分布。     

循环荷载下软黏土的各向异性边界面模型

在各向同性边界面理论框架中,通过引入各向异性张量,提出了适用于描述循环荷载作用下软黏土各向异性的边界面本构模型。本模型通过初始固结应力状态确定各向异性张量的初始值,并通过各向异性张量的旋转硬化准则反映循环荷载作用下各向异性的演化。同时,在映射准则中,将映射中心由固定改为可移动,以反映循环荷载作用下土体的滞回特性。从而将一般边界面模型扩展,使其可描述复杂应力状态下饱和软黏土的动力特性。通过与上海软黏土的室内循环三轴试验结果以及文献中相关试验结果的比较,验证了所提出的本构模型的合理性。     

循环往复荷载作用下透榫节点模型试验研究

目前古建筑木结构的研究主要是以拟静力试验为主,而研究榫卯节点的动力试验相对较少。为了研究不同试验工况作用下透榫节点的动力特性,根据清工部《工程做法则例》制作了缩尺比例为1∶5.3的透榫节点模型,通过长期反复循环加载试验,研究透榫节点模型的枋顶位移在激振过程中的变化规律,拔榫量变化规律,枋顶位移变化与拔榫量变化关系等。试验结果表明:节点的位移变化随着加载幅值的增加而变大且随着加载频率的增大而减小;节点位移也随着循环次数的增大逐渐变大最后趋于稳定,说明开始节点残余变形较大,且累积位移发展速度较快;透榫节点枋顶位移与拔榫量呈线性相关性;同时当加载频率固定时可以将节点位移统一,最后利用指数衰减函数拟合得出相应的位移参数。研究结果可以为现存传统木结构建筑透榫节点的稳定性提供参考。