Q3结构性黄土的扰动状态本构模型试验研究

 Q3黄土在我国西北地区分布广泛,且Q3黄土都具有显著地结构性,深入研究Q3结构性黄土的本构关系在理论与实际工程应用中就显得尤为重要。为了更合理地描述结构性黄土的应力–应变关系,基于扰动状态理论提出Q3结构性黄土的本构模型,在本构模型中结合Q3结构性黄土和与其对应的正常固结土的受力变形关系,使用新的扰动因子,扰动因子既能反映球应力作用产生体应变对土体扰动的影响,也能反映剪应力作用产生剪应变对土体扰动的影响,分别称其为体应变扰动因子(Dv)及偏应变扰动因子(Ds),以理论和试验为基础建立扰动函数,使本构模型符合土体的实际受力过程。本构模型中各参数物理意义明确,可由等向压缩试验和三轴剪切试验求得。通过试验曲线与理论计算曲线及修正剑桥模型计算曲线的对比可知本构模型可以较合理地描述Q3结构性黄土加载扰动条件下的变形特性,具有很强的工程应用前景。     

复杂加载下K0超固结黏土的本构模型

卸载后的K₀超固结黏土同时具有初始各向异性以及超固结特性,其特点有如下三方面：(1)当大主应力沿着K₀固结沉积面法线方向加载时,此时的剪切模量较等方向固结的剪切模量更高。(2)由于初始偏压固结导致三轴压缩下K₀固结黏土的临界状态应力比相较等方向固结的更大。(3)循环加载导致超固结特性以及应力诱导各向异性更为显著。基于超固结土UH模型,引入反映初始各向异性的边界面转轴参量ζ,通过倾斜边界面来提高其塑性模量。分析其剪胀应力比特征,提出状态应力比来替换统一硬化参数中的普通应力比,用来反映应变硬化、软化现象,引入旋转硬化规则用来反映复杂加载路径下的应力诱导各向异性性质,同时修正统一硬化参数,用来反映循环加载下的塑性体应变累积特性,塑性偏应变的滞回圈与棘轮特征,卸载路径的塑性变形特性。利用基于t准则的变换应力方法将上述新模型转变为三维本构模型,通过与一系列K₀超固结黏土在不排水及循环加载等复杂加载路径下的试验与预测结果进行对比,结果表明：新模型可简单方便地应用于K₀超固结黏土在复杂加载路...     

黏土的结构性定量化表征及其弹塑性本构模型研究

结构性可增强土骨架的稳定性,在相同的应力条件下,结构性土与重塑土相比可保持更大的孔隙比.从结构性土的形成过程出发,详细分析了结构性对土体变形特性的影响及变形过程中结构性的衰退规律,提出了土体结构的定量化表征参数——相对结构度,并给出了该变量在土体变形过程中的演化方程.随后基于该参数推导了结构性土的体变方程,该方程反映了...     

饱和砂土弹塑性动力本构模型研究

利用土体的塑性流动理论,提出了基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型,用于描述饱和砂土的动力反应性质。土体总的变形由3个部分组成:弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变。土体在初始加载与卸载和重新加载阶段性质的差别通过采用不同的模型参数加以反映。通过将应用该模型模拟计算的结果与试验结果进行对比,表明该模型能够较为准确地描述饱和砂土在循环加载条件下的反应性质,具有较少的模型参数,这些参数都可以通过常规的三轴压缩试验和静水压力试验进行确定。同时,该模型的形式比较简单,可用于数值计算中。     

考虑两种不同性质超固结的土体本构模型

结构对土体的变形特性有强烈影响,土体本构模型应该反映土体的结构性。通过调研分析将土体变形表现出的超固结划分为结构超固结与应力超固结这2种不同性质的超固结,从而使结构超固结与应力超固结统一起来。土体结构超固结采用结构超固结参数来表示。模型对修正剑桥模型进行扩展,模型的屈服面形状与修正剑桥模型一致,而屈服面的大小由结构超固结和应力超固结ps之和决定,而屈服面的变化由体积硬化与结构损伤共同来描述,模型采用相关联流动法则;从而提出了一个可考虑结构性的粘土本构模型。模型概念明确,参数简单并有物理意义。初步验证表明,模型可以较好的反映结构性土体的变形特性。     

不同本构模型预测饱和土孔压生成的研究

本文用本构模型研究了孔压系数。导出清华弹塑性模型、修正的拉德模型和修正剑桥模型的孔压系数表达式;用上面三种模型及邓肯EB模型和线弹性完全塑性KG1模型对具有剪缩性的白河堡击实粘性土和具有明显剪胀性的承德中密砂固结不排水试验作了预测比较。得到一些有意义的结论。     

天然结构性黏土的各向异性边界面模型

提出了一个可同时描述结构性和各向异性特征的适用于天然黏土的边界面本构模型。该模型具有如下特点:①采用了一个同时含有各向异性张量和结构性参数的边界面;②通过初始固结应力状态来确定各向异性张量的初始值以反映初始各向异性,通过各向异性张量随塑性应变的演化规律来描述荷载作用下的诱发各向异性;③通过结构性参数取一个较大的初始值得到一个扩张的边界面,从而反映结构性土的初始高刚度和强度峰值;④通过引入结构性参数随塑性应变的累积逐渐减小的演化规律来模拟土的结构的损伤以及应力应变曲线的软化过程。通过对几组典型的结构性黏土的试验进行模拟初步验证了模型的合理性和有效性。     

流变性软黏土的弹黏塑性边界面本构模型

基于准前期固结压力的概念并引入边界面理论,在吸取国际上具有代表性的流变本构模型优点的基础上,建立一个新的边界面弹黏塑性本构模型.该模型以引入形状参数的修正剑桥模型为边界面,采用滞后变形的概念,将滞后变形分为体积蠕变和剪切蠕变2部分.体积蠕变采用在工程界广泛应用的Taylor公式来计算,剪切蠕变可通过合适的方法由体积蠕变反算得到.该模型不仅可以描述正常固结土的流变,还可以描述超固结土的流变,且模型参数物理意义明确,数量较少,仅比一般边界面模型多一个次固结系数.通过多组试验结果的模拟,表明所提出的本构模型具有较好的预测能力和较为广泛的适用性.     

一种基于边界面的饱和软黏土弹塑性动本构模型

弹塑性动本构模型对循环荷载作用下路堤和地基基础的设计具有重要意义,构建兼顾实用性和通用性的动本构模型是目前岩土工程设计面临的主要问题.在临界状态和边界面理论框架下建立了综合表征饱和软黏土循环退化、非线性、滞回和变形累积特性的弹塑性动本构模型.在p'–q空间中,将参数n,ξ引入剑桥边界面方程,提出了反映水滴形和类椭圆形的...     

饱和黏土一维非线性固结与热传导耦合模型

为研究饱和黏土一维非线性固结与热传导耦合问题,在考虑温度变化对黏土物理力学性质影响基础上,推导得到非线性固结和热传导的控制方程,并建立相应耦合模型,该模型可考虑非线性固结过程与热传导过程的相互作用。随后,采用有限差分法对所建耦合模型进行求解,并通过与COMSOL软件和其他解析解计算结果对比,有效验证了模型的合理性。基于所建耦合模型,利用某一算例分析温度增量ΔT、先期固结压力p_cR和线性加荷时间t_a对固结行为影响。结果发现,温度变化会对非线性固结过程产生多方面影响,ΔT的增大整体上加快了超孔压的消散速率,也增大了沉降速率和最终沉降量;饱和黏土中超孔压的消散速率会随p_cR的增大而加快,但沉降量会随p_cR的增大而减小;t_a的增大会降低饱和黏土中产生的最大超孔压值,也会减慢固结速率。此外,在固结过程中,以沉降定义的固结度U_s小于以孔压定义的固结度U_p。     

正常固结黏土的三维弹塑性本构模型

?应力空间内的非线性统一强度理论,与普通应力空间内的Drucker-Prager强度理论的形式相同。类比剑桥模型采用应力参量p和q的建模方法,在?应力空间内建立了土的三维弹塑性本构模型。首先提出了新的剪胀方程,结合正交条件,以p?,q?作为应力参量得到塑性势函数;其次模型建立过程中采用了修正剑桥模型的屈服面及非相关联流动法则;这种建模思路是一种新的直接建立三维弹塑性模型的方法。模型以岩土类材料的非线性统一强度理论为破坏条件,能够合理地反映岩土类材料的三维强度特性,较好地描述土体的变形特性,且能够退化为修正剑桥模型。     

考虑可逆与不可逆剪胀的粗粒土动本构模型

在边界面塑性理论的框架内,建立了一个新的粗粒土动本构模型。在模型中,剪胀体应变由一个可逆的体应变分量和一个不可逆的体应变分量构成。前者取决于当前剪应力的大小和方向,后者主要取决于剪切作用的历史,它们分别服从不同的剪胀规律。建立了描述可逆剪胀与不可逆剪胀体应变的数学表达式,探讨了可逆和不可逆剪胀体应变分量对应力应变关系的影响,并通过数值模拟与试验结果的对比对模型进行了初步验证。     

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.     

饱和砂土相变状态边界面本构模型

为了很好地描述砂土的应力应变特征,通常利用以临界状态孔隙比为基础的状态参数建立弹塑性本构关系,但是对于密砂排水试验,临界状态参数很难测到。相变状态作为一特征状态,相关参数较容易测得。基于相变状态定义状态参量,并考虑应力诱发的各向异性,建立饱和砂土的边界面本构模型。最后,利用提出的模型参数得到的模拟结果与试验结果相吻合,较好地反映了密砂的应变强化和软化力学特征。     

超固结土本构模型分叉三维理论分析及数值模拟

应变局部化分叉的产生强烈依赖于本构模型的弹塑性矩阵。以基于伏斯列夫面超固结黏土三维本构模型为研究对象,推导了三维应力下产生分叉的应力条件,求出了该模型在常平均应力时不同应力路径下分叉三维解析结果。解析结果表明：该模型在应力洛德角为-26.5°～7.5°时,有分叉现象产生,分叉产生于土体应力应变的硬化阶段,且分叉后剪切带倾角变化趋于稳定;而应力洛德角在-30°～-26.5°及7.5°～30°时无分叉现象出现。最后,利用有限元软件ABAQUS的材料子程序接口,采用回映应力更新算法,编写了材料特性子程序,实现了该模型在有限元数值分析中的应用,对均匀各向同性多单元立方体进行常平均应力时真三轴试验数值模拟,并比较数值计算结果与解析结果,验证了解析解与数值模拟结果的一致性。     

结构性黄土的本构模型

天然沉积黄土具有结构性，因为其在结构破坏前后表现出非常不同的力学特性。为了真实地反映黄土的结构性、湿陷变形特性，在室内试验的基础上，应用充分扰动饱和粘土的稳定孔隙比和稳定状态原理，根据不可逆变形由团块之向滑移和团块破碎机理所引起的概念及土体损伤演化定律，建立了非饱和黄土的屈服函数和损伤函数，得到了非饱和原状结构性黄土的结构性数学模型。该模型能够模拟加载及其他力学特性，且物理意义明确，数值计算结果与试验结果吻合很好。     

重塑超固结饱和黏土蠕变试验与蠕变模型

采取杭州地区黏土制备重塑超固结土样（OCR=1.00,1.25,1.67,2.00,3.00）进行三轴剪切蠕变试验,研究超固结饱和黏土的时间变形特性和蠕变模型,对模型参数取值进行了分析。结果表明,重塑超固结饱和黏土的应力应变曲线具有应变硬化特征,在恒定偏应力下土样的时间变形曲线具有双曲线特征;超固结比越大,施加偏应力初始阶段试样中产生的超静孔压越小,试样变形进入蠕变阶段的时间越早,且在一定时间内试样的蠕变量发展越小。基于“孔压消散法”确定了超固结土的蠕变起始时间,采用双曲线蠕变模型可以高度拟合超固结饱和黏土剪切蠕变发展规律,曲线拟合分析表明：在相同的偏应力下,不同超固结比试样的最终蠕变量大致相等,但是超固结比越大时,土样蠕变发展越缓慢,表现为双曲线蠕变模型参数As在超固结比变化时几乎保持为常量,参数Bs则随超固结比的增大近似呈线性增长。     

土的本构模型研究现状与趋势

综合分析了土的本构模型的研究现状,讨论了经典模型的建立依据和适用条件,并对土的本构模型研究发展趋势进行了评述与展望,以使土的本构模型研究进入更高的层次。     

重塑软黏土固结排水三轴试验和本构模型研究

通过室内固结排水三轴剪切试验,分析了重塑饱和软黏土在固结排水条件下三轴剪切过程中的力学特性和变形特征。基于硬化参量与应力路径无关的基本假定,根据曲线积分中的格林公式,构建了新的屈服方程,并建立了一个适合于重塑饱和软黏土的本构模型。采用MATLAB软件编写计算程序,利用新建的重塑软黏土本构模型,对所采用的重塑软黏土和文献报道的Fujinomori黏土的固结排水三轴剪切试验进行理论计算。将试验结果和理论计算结果进行对比,可得出结论:新建的本构模型理论计算结果与重塑饱和软黏土的固结排水三轴试验结果较为吻合,可以较好地描述重塑软黏土在排水条件下的强度与变形特征。     

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。