一种修正的莫尔-库仑本构模型及其应用

莫尔-库仑本构模型是理想弹塑性的，只考虑了强度随围压的变化，但没有考虑弹性模量随围压和应力水平的变化情况，这不符合地质材料的实际特性，借助于邓肯-张非线性弹性模型对切线模量的处理方法，对M-C模型中的弹性模量进行了修正。修正以后，弹性阶段的应力-应变曲线将表现为双曲线。为了将该修正模型写进FLAC^3D程序，特编制了前处理程序，并用来对刚性桩的横向承载力进行了数值分析。因为该模型没有对卸载模量重新定义，所以该模型较适合于持续加载的情况。     

风积土本构模型参数修正方法

目的修正邓肯-张E-B模型参数并建立新的风积土本构模型.方法采用应变控制式三轴压缩仪,通过对风积土的结构性试验研究,进行固结排水试验并引入围压损伤比的概念.结果试验通过观测围压在0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa时对风积土结构的损伤,得到考虑土体结构性影响的邓肯-张E-B模型的参数修正方法.试验中,在多组围压下发现土体内摩擦角φ值逐渐减小,黏结力C值逐渐增大;在卸载-再加载条件下,原状土的结构性被破坏.因此,将邓肯—张模型中参数C、φ、Rf、K、n、Kb、m、Kur、nur进行了修正.结论提出的围压损伤比对土体的模型参数修正方法具有一定的理论意义和实际应用价值,建立修正后的风积土本构模型为其他同类工程地区风积土工程数值计算提供了参考依据.     

土体非线性本构模型的修正与土层特性分析

旨在提出一个合理应用经典土体非线性本构模型进行具体土层分析的方法.依据土体非线性数值模拟的基本理论,通过开发一个适合于大型计算软件ANSYS的Macro文件,采取对邓肯-张非线性本构模型中的参量E1进行逐级荷栽作用下的修正方式,建立了一种土体非线性本构模型修正与土层非线性特性分析的方法.一黏性土土样的三轴试验结果表明,对一些常用的土的非线性本构模型,在应用于具体的土层中时所存在的不适应或不适合具体土层特性的部分,采用文中所建立的方法矫正或修正可提高应用这些经典本构模型对具体土层进行非线性特性分析时的合理性和有效性,进而可提高土的变形特性分析和土与其中及相邻结构共同作用分析的计算精度.     

循环荷载下花岗岩动力响应及本构模型

利用真三轴试验机,对尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的花岗岩试样进行了循环荷载下的试验研究,探究非破坏状态下不同围压、动载频率、动应力幅以及循环周次下花岗岩动弹性模量以及动阻尼比的变化规律,并将所得数据进行对比分析。试验结果表明：花岗岩动弹性模量随围压线性增长,动阻尼比随围压线性递减,动弹性模量增幅逐渐变大;花岗岩动弹性模量随动载频率指数增长,动阻尼比随动载频率幂函数增长,在20 Hz的动载频率下岩石内部活动较为剧烈,动载频率对岩石的影响程度较大;动弹性模量随动应力幅二次函数增长,动阻尼比随动应力幅幂函数减小,动阻尼比变化受到岩性影响;改进邓肯-张模型很好地反映了花岗岩在不同作用下岩石动态本构关系。该试验得到的模型可为后续动力特性的反演提供参考。     

基于修正邓肯-张模型模拟红黏土应力-应变关系

分析了原状红黏土的应力-应变关系,从结构性损伤角度进行分段描述:硬化型应力-应变关系分为2 个变化阶段,而软化型则分为3 个变化阶段。为准确模拟其应力-应变关系, 基于结构性修正邓肯- 张模型,提出了一种计算损伤参数的方法,并进行原状红黏土三轴固结不排水试验模拟计算,发现模型能较好地反映土体应力-应变在不同阶段的发展规律,其中表征损伤发展速率的参数a^*与围压以及应力-应变关系曲线类型有关,取值范围在0. 15~0. 35,对红黏土弹塑性模型的建立具有参考意义。     

模型参数对邓肯-张非线性弹性模型应用影响研究

岩体破坏模型重要影响因素之一是岩体本构模型,邓肯—张模型是岩土工程中应用最为广泛的土的非线性弹性本构模型.本文对邓肯-张非线性弹性模型的影响因素进行了分析,并结合实例说明,本构模型中有关参数的取值和匹配对模型的应用和工程计算均有较大影响.     

基于两种本构模型的堆石坝应力变形比较研究

采用邓肯E-B模型与椭圆-抛物双屈服面模型对两岔河心墙堆石坝进行有限元应力变形分析,比较两种本构模型在正常高水位的满蓄期计算得到的坝体应力应变差异。结果表明:(1)两种模型计算的坝体沉降较为接近,邓肯E-B模型计算最大沉降稍小;邓肯E-B模型计算的顺河向水平位移与双屈服面模型相比,上游位移与下游位移均偏大。(2)受心墙拱效应影响,无论邓肯E-B模型还是双屈服面模型,心墙内的主应力均比过渡层小,小主应力均为正,心墙内均未出现拉应力。相比于双屈服面模型,邓肯E-B模型计算的心墙应力受心墙拱效应更为明显。(3)满蓄期防渗墙小主应力在左右岸角部出现拉应力,两种模型计算的拉应力区分布规律基本一致,但双屈服面模型计算的拉应力的值及变化梯度均大于邓肯E-B模型。     

邓肯-张E-B模型的ANSYS二次开发及应用

随着土石坝坝体高度的增加,土石坝的应力和变形分析已成为大型土石坝设计中不可缺少的一部分,有限元法是进行应力和变形分析的一种有效方法.在土石坝有限元计算中,难点主要是ANSYS中并不包含土石坝材料的本构关系.利用ANSYS提供的APDL语言二次开发平台,开发出了在土石坝工程中应用广泛的邓肯-张E-B模型,并应用于安宁水电站沥青混凝土心墙堆石坝的应力与变形计算,结果较好地反映了土石坝的实际应力变形规律.     

镍铁渣–黏土–水泥改性土力学特性试验及修正的邓肯–张模型

为研究镍铁渣-黏土-水泥(FNSCC)改性土的力学特性,开展了不同镍铁渣掺入比、含水率及养护时间下FNSCC改性土不固结不排水三轴压缩试验;获得了不同工况下FNSCC改性土试样的应力-应变关系曲线及割线弹性模量,分析了其力学特性影响机理及破坏模式,基于试验结果,建立了适用于FNSCC改性土的修正邓肯-张本构模型。研究结果表明：FNSCC改性土的应力-应变曲线具有明显的应变软化特征;其峰值强度随镍铁渣掺入比减小和养护时间增长而增大,随含水率的增加先增大而后减小。随着镍铁渣掺入比的增大,FNSCC改性土试样的破坏模式由鼓胀破坏向剪切破坏转变;含水率为15%左右的试样,鼓胀破坏特别明显;而随养护时间增长,其破坏模式则由鼓胀变形等塑性破坏向局部张裂等脆性破坏转变。FNSCC改性土的割线弹性模量随轴向应变增加而减小,轴向应变小于2%时,镍铁渣掺入比、含水率及养护时间对割线弹性模量的影响较大;而当轴向应变大于2%后,各因素对割线弹性模量的影响很小。修正的邓肯-张模型能较好地反映FNSCC改性土的应变软化现象;该模型中参数m、n及?与围压近似呈线性关系,模型参数m受FNSCC改性土配比的影响最大,养护时间次之,含水率最小。由修正邓肯-张模型计算得到的曲线与实测曲线吻合较好,验证了该模型拟合参数的合理性。     

Cosserat连续介质的Mohr-Coulomb屈服准则及其应用

Cosserat连续介质下的应力、应变张量具有不对称性,经典连续介质的屈服准则无法直接用于Cosserat连续介质. 将应变、应力张量分解为对称和反对称两部分,修正了经典连续介质下三个应力不变量的表达式,建立适用于Cosserat连续介质弹塑性有限元分析的Mohr-Coulomb屈服准则,给出了Cosserat连续介质下von Mises、Tresca和Drucker-Prager屈服准则的表达式. 自然边坡数值算例表明了修正Mohr-Coulomb屈服准则的有效性,验证了Cosserat连续介质理论通过引入材料特征长度可以解决经典连续介质理论分析应变局部化问题时遇到的网格敏感性问题.     

修正的摩尔-库仑准则在重力坝深层抗滑稳定中的应用

针对修正后的Mohr-Coulomb准则采用基于Euler向后积分的自适应子增量本构积分算法推导得到的一致性切线刚度矩阵,以ABAQUS软件为平台,编制UMAT本构程序.进行了平面应变条件下单轴受压的数值验证后,用上述程序以强度储备系数法来验证了修正后的Mohr-Coulomb准则在重力坝抗滑稳定中的可靠性,结果表明编写的修正后的Mohr-Coulomb模型能够有效地反映重力坝深层抗滑破坏的特性,结果偏安全.     

改进的人工神经网络水文预报模型及应用

在人工神经网络水文模型的研究中,往往加入前期径流以提高模型的预报精度.针对由此带来的问题,通过耦合总径流线性响应模型,建立一种基于人工神经网络的实时预报模型.通过引入总径流线性响应模型的模拟径流作为模型输入,模型的模拟模式能够提供较长的预见期,同时加入误差校正模型的实时预报模式也能够取得较高的模型精度.采用3个不同流域的流量资料对模型进行率定与校核.结果表明,模型能够取得较高的预报精度,显示了良好的适用性.     

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型及数值模拟应用

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土（RC）试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显;与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。     

结构性软土弹塑性损伤模型及其应用

为了考虑结构性对软土工程特性的影响,引入结构损伤变量,在岩土损伤力学理论和经典的修正剑桥模型基础上建立扩展的弹塑性损伤模型,通过固结压缩试验和三轴剪切试验确定模型参数.在通用有限元软件ABAQUS平台上开发所建立的弹塑性损伤模型UMAT子程序.将所建立弹塑性损伤模型应用到室内固结压缩试验和现场堆载预压试验的数值模拟中,并与修正剑桥模型所得结果进行对比.结果表明,当荷载较低时,弹塑性损伤模型计算所得沉降小于修正剑桥模型的结果;当荷载大于结构屈服压力时,弹塑性损伤模型计算所得沉降大于修正剑桥模型的结果,即弹塑性损伤模型能够反映软土结构性的特点.     

一种组合预测模型及其应用

在分析宏观经济灰色预测模型、BP神经网络预测模型、回归分析预测模型等基础上,结合西安市宏观经济预测模型指标GDP的历史数据,采用最小二乘法求权系数的方法,建立并检验了一种组合预测模型．实验证明该模型的预测精度有显著提高．     

改进NLPM-ANN模型在径流预报中的应用

基于人工神经网络的非线性扰动模型(NLPM-ANN)充分利用了LPM的季节信息处理方法和ANN强大的非线性模拟性能.然而该模型没有考虑流域的前期土壤湿度状态,影响了模型的模拟预报精度.为了将流域的前期土湿加入模型,同时能更加充分利用降水信息,采取一种将LPM与ANN结合起来的联合预报模式.选用8个流域的降雨径流资料,对改进的NLPM-ANN模型与SLM-ANN和NLPM-ANN模型进行比较研究.计算结果表明,改进的NLPM-ANN模型优于SLM-ANN模型和NLPM-ANN,在率定期和检验期的模型效率相对增值指数较NLPM-ANN提高10%左右.     

等效Mohr-Coulomb屈服准则在岩质边坡稳定性分析中的应用

基于等效Mohr-Coulomb屈服准则原理,通过岩体材料参数的人工换算,实现其在有限元软件Ansys中的应用,并论证了转化后的材料参数与原参数的大小关系,即转化后参数恒比原参数小。结合算例分析,得知采用等效Mohr-Coulomb屈服准则计算得到的岩质边坡安全系数偏小、保守,可用来模拟岩体材料;同时,对不同位移及应力工程精度要求的岩质边坡工程,提出采用不同屈服准则的建议。