考虑应力路径影响的垃圾土应力-应变特性

填埋场内垃圾土体存在多种应力状态(如压缩、拉伸、加载和卸载等),常规三轴试验和直剪试验难以全面进行模拟。为此,利用GDS三轴仪针对垃圾土重塑样开展9种不同应力路径下的三轴试验,深入研究分析应力路径对垃圾土应力-应变特性和屈服特性的影响,提出描述垃圾土应力-应变关系统一的数学模型,并得到p-q应力空间上垃圾土的屈服轨迹。通过与砂土进行比较,揭示应力路径对垃圾土中纤维材料加筋作用的影响规律。结果表明：对于σ₃≥0的压缩路径,垃圾土的应力关系曲线上翘,没有任何出现峰值或趋于渐近值的迹象,纤维材料起到的加筋作用最显著;对于σ₃<0的压缩路径,垃圾土的偏应力随轴向应变增加而增大,并逐渐趋于某定值,纤维材料起到的加筋作用较弱;对于Δq<0的伸长路径,垃圾土与砂土的应力-应变关系曲线近乎一致,纤维材料几乎不产生加筋作用。垃圾土中纤维材料的加筋作用与应力路径密切相关,研究成果为全面深入理解垃圾土的力学特性提供了依据。     

粉土基泡沫轻质土三轴力学特性

引入黄泛区粉土作细集料,介绍一种新的路基填料:粉土基泡沫轻质土。为研究粉土基轻质土的压缩及剪切性能,进行了三轴试验,并考虑围压、湿密度和粉土掺量对力学性能指标的影响。结果显示:三轴试验下的粉土基轻质土的应力-应变曲线符合典型的弹塑性模型,曲线整体上可分为线弹性段、弹塑性段及应力平台阶段;粉土基轻质土的破坏形态在低围压下符合典型的剪切破坏特性,但是当围压较高时多呈端部压碎破坏;围压的增大使得峰值应力增大,但粉土掺量的增大则会降低峰值应力,密度与峰值应力可以近似用指数函数模拟。通过摩尔-库伦强度准则研究粉土基轻质土的抗剪强度,结果显示,粉土基轻质土是一种抗剪性能良好的材料,其内摩擦角与黏聚力随密度提高很大,但是粉土的掺入会降低抗剪性能。基于试验数据,采用椭圆屈服面拟合粉土基轻质土的屈服点,建立了屈服面参数与湿密度与粉土掺量的经验性关系。     

深部土K_0试验方法及对减载力学特性的影响

为获得K0试验方法对土体K0固结-减载(保持轴压恒定卸除围压)变形和强度的影响,采用室内常见两种K0方法研究了深部土固结-减载应力-应变和强度特性,并分析了不同K0试验方法的误差.结果表明:采用不同K0试验方法进行固结的深部土减载路径中均呈现出脆性,但刚性压力室-柔性侧限方法下的脆性特征不明显,此种方法下进行的减载试验将低估深部土抵抗破坏的能力;刚性压力室-伺服控制试样某一高度处侧向变形为零的方法可有效控制试样平均径向变形,优于前者而对深部土更具有适用性.     

黏土的高压三轴剪切特性研究

低应力作用下与高应力作用下土的力学特性存在较大差异．为了了解高应力下黏土的三轴剪切特性,指导深部地下工程建设,本文运用SKA～1型高压K0固结仪,对高应力下重塑黏土的K0固结不排水、各向等压固结不排水剪切特性进行研究,探讨了不同固结方式下诸如K0值、轴向应变、平均主应力、主应力差等变化规律,结果表明：高应力条件下各向等压固结三轴剪切试验破坏主应力差明显大于K0固结所得的相应值;两种应力路径下黏土的应力-应变关系曲线与低应力条件下三轴剪切试验具有相似的数学模型．     

应力路径对重塑粘土本构关系影响的试验研究

为探讨应力路径对重塑粘土本构关系的影响,进行了增、等、减排水和常规三轴压缩不排水应力路径下的三轴压缩试验,获得了四种应力路径下重塑粘土的应力应变关系,采用数值建模方法通过可视化分别给出了四种应力路径下整个应力场中的剪切和体积三维变形曲面,并给出了四种应力路径下的剪切和体积屈服轨迹。对比这四种应力路径下的变形结果发现,无论在应力范围、应变峰值、应变曲面的形状和体积屈服轨迹的变化趋势上都存在显著差别,然而剪切屈服轨迹相似。这些结果证实了应力路径对粘土本构关系的影响是相当大的和不容忽视的,而有效平均正应力对应力路径相关性的影响是决定性的。     

真三轴压缩下大理岩强度、变形与损伤特征数值

为研究真三轴条件下岩石的力学行为,采用离散元颗粒流程序,探析不同应力路径下大理岩试样的变形破坏过程、微裂纹演化机制及其中间主应力效应。结果表明：平行黏结模型能较准确地反映大理岩真三轴压缩下力学特性和破坏模式;中间主应力对峰值强度、弹性模量、破坏角和破坏模式演变的影响较为显著;八面体理论可较好地拟合出大理岩真三轴压缩中的破坏应力,所得的破坏强度包络线具有明显线性特征;结合应力-应变曲线形状,该大理岩在压缩过程中裂纹扩展可划分为4个阶段,即线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段;随着中间主应力增大,应力-应变曲线峰后段的脆性破坏特征变强,试样从拉伸破坏向拉剪混合破坏转变,且中间主应变符号由拉转向压,岩石损伤演化与中间主应力间呈现出“对勾”型趋势。     

堆石料的三维应力分数阶本构模型

为合理反映粗粒土的状态依赖非关联应力-应变特性,提出应力分数阶塑性力学模型。已有模型基于三轴试验结果,无法对堆石料真三轴条件下的应力-应变特性进行预测,为解决这一问题,基于特征应力法对已有分数阶塑性力学模型进行完善。进一步选取不同初始状态条件下堆石料的真三轴压缩试验数据对模型进行验证,结果表明,三维化后的分数阶岩土塑性力学模型可以合理地模拟不同初始状态的堆石料在真三轴压缩条件下的应力-应变行为。与传统塑性力学模型相比,提出的分数阶塑性模型在描述堆石料非关联流动时不需要额外引入塑性势函数,仅需对已有屈服面求解分数阶导数。此外,模型在特征应力空间中推导完成再映射到原应力空间,可描述土体的三维强度特性,无需额外采用三维强度准则。     

盾构隧道施工土体塑性区解析法研究

为研究盾构隧道施工对周边土层的扰动情况,对施工现场原状土进行了6种不同应力路径的试验.该原状土屈服面存在明显的各向异性.采用解析法对不同荷载环境下盾构施工扰动塑性区的分布规律进行了研究.结果表明:原状土在不同应力路径下的力学特性明显不同,被动压缩路径下土体强度大于主动压缩路径下土体强度,加载应力路径下土体强度大于卸载应力路径下土体强度,而压缩应力路径下土体强度远大于拉伸应力路径下土体强度.隧道邻近区域环境荷载的大小和位置是影响盾构隧道施工塑性区分布形状和范围的重要因素.     

中砂类B组路基土静力特性试验分析

为了研究中砂类B组路基土的静力特性,在了解其物理特性的基础上,采用中砂及粉质黏土配置了4种不同细粒含量的中砂类B组土,根据常规三轴压缩试验研究了围压和细粒含量对试验土体应力-应变关系及静强度的影响.结果表明,在相同细粒含量条件下,随着围压的增大,试样的应力-应变曲线上升显著,在同一应变值时,应力相差较大,且150 k Pa的曲线应力差值最为明显;在相同围压条件下,细粒含量对应力-应变曲线的影响不明显,细粒含量低于30%时,应力-应变曲线走势几乎一致,应变增大的同时应力提高.     

基坑开挖卸载土体变形的试验研究

对青岛地区某深基坑工程的20个粉质粘土原状饱和试样在K0状态下进行不排水卸荷试验,对其应力-应变关系进行分析研究,目的在于了解该种土在卸荷条件下试验应力-应变的变化规律,探索弹性模量方程的形式.研究结果表明卸荷条件下该土的试验应力-应变曲线仍可用双曲线形式模拟,且与常规三轴压缩试验应力-应变曲线相似,它们之间可用一个常量来表达,而其弹性模量却有各自不同的表达形式.     

应变速率对天津海积软土力学性能的影响

采用WF应力路径三轴仪,对天津滨海海积软土进行了不同围压、不同应变速率的三轴固结不排水剪切试验（CU）,分析了不同应变速率对海积软土试样的应力一应变关系、有效应力及试样破坏形态的影响．结果表明：CU试验应力一应变关系呈硬化特征,剪应力峰值随着应变速率的增大而增大,而孔压变化值则随着应变速率的增大而逐渐减小;不同应变速率的有效应力路径在相同固结压力下基本一致,因而正常固结黏土的有效应力路径具有唯一性;同时,应变速率对总应力强度有所影响,总应力的内摩擦角随着应变速率的增大而增大．     

考虑应变强化的高压缩性黏土修正双曲线模型

研究了武汉地区高压缩性黏土弹塑性本构模型。基于Duncan E～v双曲线模型,对等压固结条件下CTC应力路径三轴实验数据进行了数据拟合,得到了该条件下的非线性应力应变关系,并将卸载-再加载试验曲线的平均斜率作为卸载模量,引入了加卸载函数作为判定加卸载的准则。将该模型嵌入有限元程序对三轴压缩试验进行数值模拟,并与Duncan模型数值解及试验曲线作对比。结果表明,该模型较Duncan模型能更好的体现正常固结黏土在CTC路径下的应力应变关系,特别是加载后期的应变强化效应,与试验曲线的最大相对误差不超过5％。     

结构性吹填软土侧向变形真三轴试验研究

为了研究吹填软土在侧向变形条件下的力学与结构特性,利用真三轴试验机以及WF应力路径试验仪进行了不排水条件下的侧向卸荷试验,并与常规三轴试验结果进行了对比分析.试验结果表明：与常规三轴剪切试验应力-应变关系曲线表现的硬化特性不同,真三轴卸荷试验表现出应变软化现象.随着初始围压的增大,土体由剪缩向剪胀变化.由于中主应力的影响,真三轴卸荷状态下土体的结构屈服应力值明显大于WF卸荷状态以及常规三轴试验下的数值,其随着中主应力系数bd的增大而成非线性增长.真三轴侧向卸荷条件下土体抗剪强度指标大于WF卸荷条件,与常规三轴试验结果也明显不同,其内摩擦角增大,粘聚力减小.     

超固结土的蛋形弹塑性本构模型

为了描述超固结软土在不同应力条件下的强度变形特征,以蛋形函数为基本框架,建立并发展适用于超固结土体的弹塑性本构模型. 通过对一系列超固结土应力路径三轴压缩试验结果的分析,探讨土体在超固结状态下塑性应变的发展规律(剪胀/剪缩). 在先前提出的旋转塑性势面流动法则基础上对其进行发展与改进,引入峰值应力比,构建剪胀状态下归一化塑性势面旋转角与应力状态参数之间的近似线性关系,以满足超固结土的塑性变形特性. 结合基于等效硬化参量的广义塑性功硬化原理构建超固结软土的蛋形弹塑性本构模型. 将三轴压缩试验数据与数值预测结果进行对比以验证模型有效性,结果表明该模型可以有效反映超固结软土在不同加载条件下的应力应变特性,比如软化与剪胀.     

SSUH model: A small-strain extension of the unified hardening model

A small strain unified hardening (SSUH) model is proposed in the present study to tackle the small strain behavior of clay. The model is an extension of the unified hardening (UH) model for overconsolidated (OC) clays accounting for the small strain stiffness. The new features of the SSUH model over the UH model include: (a) a new elastic hysteretic stress-strain relationship to evaluate the stiffness degradation at small strains and to generate the hysteresis loop under cyclic loading condition; (b) a revised unified hardening parameter to enhance the plastic stiffness at small strains; and (c) a new overconsolidation parameter, which is crucial to make the UH model working with the elastic hysteretic stress-strain relationship effectively. With these enhancements, the SSUH model can describe a high initial stiffness and the highly nonlinear stress-strain relationship at small strains, in addition to the shear dilatancy and strain hardening/softening behaviors of OC clays at large strains. In comparison with the Modified Cam-clay (MCC) model, the proposed model needs two more small strain related parameters, which can be easily obtained from laboratory tests. Finally, some drained triaxial compression tests at large strains, drained triaxial compression/extension tests at small strains, an undrained compression test at small strains and a drained cyclic constant radial stress test are employed to validate the new model.     

砂土各向异性对挡土墙抗震性能影响数值分析

指出相同砂土在不排水三轴拉伸条件下测得的临界状态强度远低于在三轴压缩条件下的强度,这归因于土的各向异性.挡土墙在地震作用下变形与破坏的程度与填土的临界状态强度密切相关.正确估计土的强度对于评价挡土墙的抗震性能具有重要意义.对于受被动土压力作用的挡土墙,如果不考虑土的各向异性,可能会过高估计土的临界状态强度,即土液化后能够提供的被动土压力的大小,从而过高估计挡土墙的安全储备.对挡土墙抗震性能进行完全耦合有效应力分析,计算结果表明:对于受被动土压力作用的挡土墙,砂土内在各向异性对其抗震性能影响显著;对于受主动土压力作用的挡土墙影响轻微.     

基于离散元的岩石单轴压缩实验模拟及断裂特性分析

利用20 t级单轴实验机对大庆三肇地区深层岩石进行单轴压缩实验。基于室内实验力学得到岩石物理参数及单轴压缩所能测出的接触参数,通过离散元软件虚拟参数标定得到与室内实验相似力学性质的模拟岩石试样,并通过离散元软件EDEM对该岩石试样进行单轴压缩实验模拟,得到应力⁃应变曲线,通过对应力⁃应变曲线得到阶段性的破坏过程,研究了在单轴应力条件下岩石破坏的阶段性形态及微观的力链断裂特征及不同时刻黏结键数目与时间的关系。研究表明,在单轴压缩过程中脆性岩石没有较大的变形,力链断裂的方式为直接断裂,没有发生很大的形变。产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙的发生和发展的结果。