饱和砂土剪胀性本构模型试验研究

本文结合目前国内外砂土剪胀理论前沿课题,以饱和砂土的剪胀机理及本构模型为研究对象,通过大量的固结不排水(CU)和固结排水(CD)三轴试验,对基于材料内部状态的饱和砂土剪胀性本构模型进行了试验验证.     

反映物态变化的砂土状态参数本构模型

基于状态参数Ψ、峰值应力比、相态转换应力比、依赖于状态的剪胀方程和一个双曲线的应力应变关系,建立了一个静力条件下能统一反映密度和压力对砂土变形特性影响的本构模型。该模型具有8个材料参数,都能从常规三轴试验中确定,模型能很好的模拟不同密度和不同固结压力下砂土的这些变形特性,通过数值试验初步验证了模型的合理性。     

土的动力本构关系的新探讨

饱和砂土在动力作用下，其主应力轴的旋转，剪切胀缩性及不排水条件下的土性弱化等特性对其动变形的发展具有重大影响。本文建立了考虑上述诸因素的土的二维动力构新模型。用本模型进行实算并与试验结果相比较符合良好。     

基于ABAQUS二次开发状态相关砂土本构模型的研究

剪胀性是砂土最重要的特性之一,其变形主要取决砂土的当前状态,而基于状态相关砂土本构模型能较好反映砂土剪胀性。ABAQUS作为有限元计算平台,具有强大的非线性计算和前后处理功能,标准ABAQUS程序仅包含一些通用土体本构模型,缺少状态相关砂土本构模型,因而有必要针对土木工程具体问题进行二次开发。利用二次开发工具和UMAT数据接口程序,采用隐式积分算法将基于状态相关砂土本构模型嵌入到标准ABAQUS程序中,并将有限元数值计算结果与实验数据及理论计算值比较,进行单元敏感性分析。计算结果表明子程序运行稳定可靠,不仅充分利用ABAQUS方便、快捷的前后处理和强大的非线性求解平台,还可以完成更复杂,且切合实际土体应力应变关系的有限元数值计算,拓展ABAQUS在土木工程领域应用能力。     

砂土的三剪统一本构模型

以修正剑桥模型为基础,基于三剪统一强度准则,推导出砂土的三剪统一本构模型,并编写了相应的ABAQUS二次开发子程序。对松砂进行了排水和不排水条件下的常规三轴压缩试验,利用二次开发后的ABAQUS软件模拟了试验模型的应力状态。数值解与实验结果符合较好,证明模型推导和二次开发编程的正确性。在此基础上,模拟不同排水条件下真三轴压缩试验,讨论了中主应力影响系数对应力应变曲线的影响。更多还原     

基于微观力学分析的散粒体静力液化本构模型

针对散粒体的静力液化特性,在散粒体颗粒运动微观力学分析的基础上,在临界状态土力学框架内建立了一个简单的静力液化弹塑性本构模型.模型屈服函数和和硬化规律根据Chang提出的砂土微观力学模型,通过积分粒间接触力为宏观的应力不变量而建立,考虑了与材料状态相关的剪胀性和初始密度对散粒体应力-应变关系的影响,并采用非相关联的流动法则.模型参数简单且有较明确物理意义,可以通过室内三轴试验确定.模型的数值结果与Toyoura砂以及砂-粉混合土的三轴不排水剪切试验的应力-应变曲线和应力路径吻合较好.     

钢筋混凝土梁变形限值的分析

为了分析钢筋混凝土梁的变形限值,对一批梁进行低周反复荷载试验,并对试验进行了有限元模拟.模拟过程中对混凝土和钢筋的材料本构进行了设置,混凝土单轴受压时采用Hognestad本构模型,混凝土单轴受拉时采用二折线本构模型,钢筋本构模型则采用双线性强化模型,模拟结束后即可获得梁的荷载-位移骨架曲线.将试验结果和模拟结果进行对比,表明有限元方法可以较准确地模拟试验情况,由于有限的试验数据对研究梁的变形限值不充分,进而通过有限元软件来仿真模拟大批的梁,并获取荷载-位移骨架曲线和弯矩-转角曲线,根据曲线得出梁的变形限值,即塑性转角限值和剪切变形角限值.梁的变形限值为梁的性能评估提供了定量的参考指标.     

描述饱和砂土剪切特性的一个热力学本构模型

砂土的力学特性十分复杂,与其所处的物理状态直接相关,表现为松砂的剪缩以及密砂的剪胀特性,受相对密度和有效围压的共同影响。为有效地描述饱和砂土在不同物理状态下的剪切特性,基于颗粒物质热动力学理论,考虑颗粒层次能量耗散机制,并结合引入状态参数的剪胀方程,发展一个饱和砂土的热力学本构模型。该模型形式较为简单,不涉及屈服准则、流动法则等概念,而是引入颗粒熵和颗粒温度的概念来描述砂土内部的不可逆变形,并通过迁移系数和能量密度函数将饱和砂土内部的能量耗散机制与宏观力学行为建立联系。模型可以反映饱和砂土在剪切过程中由于相对密度和有效围压的变化对土体强度和变形特性的影响。基于模拟计算结果与等向压缩、三轴不排水以及排水剪切试验结果的对比,验证了模型描述饱和砂土剪切特性的能力。     

砂土的次加载面动本构模型

基于临界状态土力学框架,建立了一个适用于往返循环荷载作用的砂土次加载面本构模型。模型采用无弹性域假设,认为土体受到反向荷载的瞬时就产生塑性变形,砂土的弹性区域退化为一个点。根据试验结果,屈服面采用倒子弹头型。由于砂土的孔隙比与固结压力不存在唯一的关系,这样使得屈服面大小与孔隙比不能直接耦合,因而硬化规律不是剑桥模型的体变硬化,而是采用增量形式的塑性偏应变硬化表达式。流动法则采用加入状态参数概念的修正的Rowe应力剪胀关系。该模型能考虑砂土变形特性对密度和固结压力的双重依赖型,能合理地模拟砂土动荷载下的应力-应变关系曲线的光滑性、变形积累性、滞洄性。     

饱和黏性土的结构性本构模型

将Liu等提出的土的结构性本构模型与三剪强度准则相结合,提出了均质饱和黏性土的三剪结构性本构模型。该模型既保留了原结构模型的特点,又考虑了应力状态对土特性及土的拉压强度差异的影响。另外,利用该模型对均质饱和黏性土在常规三轴试验、K_0压缩试验、以及真三轴试验中土的变形特性、孔隙水压力特性、中间主应力效应特性进行了模拟。结果表明在常规三轴试验中,孔隙水压力随着中间主应力影响系数的增加而减小,解构指数对孔隙水压力影响不大;K_0压缩试验中,在偏应变一定时,中间主应力影响系数对体积应变的影响较小,而体积应变随着解构指数的增加而增加;真三轴试验中,中间主应力影响系数越大,偏应力越大,土体强度越大。该本构模型能够反映均质饱和黏性土的强度变形规律及结构性对土的变形规律的影响。     

交通荷载作用下软土地基的累积沉降分析

针对交通荷载作用下软土地基的累计沉降问题,提出采用土体刚度衰减修正公式计算累计塑形变形的方法.基于饱和软土循环三轴试验数据,建立刚度衰减系数与循环次数间的关系.对有限元软件ABAQUS进行二次开发,将刚度衰减模型嵌入到有限元分析程序中去,再通过数值分析计算出任意循环周数后土体的累积塑性变形.采用该方法对交通荷载作用下典型上海软土地基的累积沉降进行预测.计算结果表明,路面结构层的存在有助于减小软土地基的沉降,交通荷载所引起的沉降主要发生在软土地基的浅层,并且随着深度的增加而迅速减小.     

基于先验动态形状约束的视频目标提取

准确的目标提取是视频监视和视觉合成系统中的基础和关键步骤。然而背景和目标的复杂性通常导致目标难以从背景区分。针对此问题,本文提出了一种针对单摄像机的视频图像的目标提取新算法。首先在马尔可夫随机场的框架下将先验形状约束定义为从分割结果到先验形状之间轮廓变换的距离,并结合目标的检测似然度的信息统一为势函数,再用Graph Cut获取分割的全局最优解;为了反映形变的时空相关性,进而提出基于先验知识的动态形状的概念,用主成分分析将形状映射到低维度的潜变量子空间,并对潜变量变化趋势的建立自回归模型,通过模型预测指导分割过程;同时模型参数和系统状态利用分割结果在线更新。试验表明,该算法能够适应目标的外形变化,并能在目标被部分遮挡或难以从背景区分的情况下准确提取,鲁棒性较好,能够为机器视觉应用提供中级视觉的信息。     

改进型钢筋浆锚装配式剪力墙压弯承载力计算

为提高钢筋浆锚连接装配式剪力墙的力学性能,采用闭合扣接约束箍筋对传统钢筋浆锚装配式剪力墙进行改进,通过改进型钢筋浆锚连接装配式剪力墙的低周反复加载试验,证明了闭合扣接约束箍筋能够有效提高钢筋浆锚连接装配式剪力墙的力学性能.为确定改进型钢筋浆锚连接装配式剪力墙接缝的压弯承载力计算方法,对钢筋浆锚连接装配式剪力墙的破坏机理进行分析并提出简化的钢筋浆锚连接接缝承载力计算模型,结合现行规范设计公式提出钢筋浆锚连接装配式剪力墙的接缝承载力计算方法.采用规范公式计算和截面应力积分计算,得到改进型钢筋浆锚连接装配式剪力墙接缝的承载力.通过计算承载力与试验实测承载力的对比,证明了改进型钢筋浆锚连接装配式剪力墙接缝承载力简化计算模型和计算方法的合理性.     

周期荷载下软土残余变形的模型试验研究

为研究软土地基在周期荷载下的变形特性,研制和设计了一套周期荷载下模型试验装置。报道了8个模型试验成果,旨在探讨基土的含水量、静力固结荷载、周期加载方式及预剪间歇效应对基土变形特性的影响。推演并验证了周期荷载下残余变形的预测公式,根据试验成果导得了对残余变形发展起控制作用的临界周期荷载比。最后,对基土残余变形发展的机理作了探讨。     

Modeling of ratcheting accumulation of secondary deformation due to stress-controlled high-cyclic loading in granular soils

An objective of this work is to develop a validated computational model that can be used to estimate ratcheting accumulation behavior of granular soils due to high-cyclic loading. An accumulation model was proposed to describe only the envelope of the maximum plastic deformations generated during the cyclic loading process, which can calculate the accumulated deformation by means of relatively large load cycle increments. The concept of volumetric hardening was incorporated into the model and a so-called overstress formulation was employed to describe the evolution of the accumulated volumetric deformation as a state parameter. The model accounted for ratcheting shakedown and accumulation such as a pseudo-yield surface(a shakedown surface) associated with loading inside the current virgin yield surface which was implemented into the well-known modified Cam-clay model. Finally, the model was calibrated using data from the stress-controlled drained cyclic triaxial tests on homogeneous fine grained sands. It is seen that the model can successfully represent important features of the ratcheting accumulation of both volumetric and deviatoric deformation caused by repeated drained loading over a large number of cycles.     

基于OpenSEES的预应力装配双肢墙低周往复试验数值分析(灾后重建专刊）

提出新型预应力装配双肢墙(PCW)结构并进行两榀PCW试件的低周往复试验与数值模拟.以有限元软件OpenSEES为分析平台,采用基于纤维模型并考虑剪切变形的非线性梁柱单元模拟墙肢,在连梁与墙肢结合部位采用零长度连接单元模拟预应力筋与连接钢筋的作用,编制稗序求解零长度单元恢复力模型,采用自适应非线性求解法对两榀试件的低周往复试验进行数值分析,试验及数值分析结果表明:PCW结构具有良好的自恢复能力,卸载后残余变形小,结构损伤集中,震后易修复;连接钢筋的应用有效增大PCW结构的耗能能力;数值分析较好地模拟了PCW的弹塑性性能,数值分析结果与试验结果吻合良好,基于OpenSEES的分析模型适用于PCW结构的非线性分析.     

考虑剪切变形和弯剪相互作用的带翼缘剪力墙数值模型

提出了一种基于柔度法的考虑剪切变形和弯剪耦合效应的有限元模型,通过T形和L形剪力墙试件拟静力试验验证了模型的正确性.结果表明,所有试件的破坏形态为无翼缘腹板端部混凝土压碎、纵筋压曲的弯曲破坏;增强无翼缘腹板端部约束和边缘构件约束,可以防止其发生受压过早破坏;腹板和翼缘相交处未观察到明显的混凝土剥落现象,腹板和翼缘相交处...     

不同荷载条件下预应力钢绞线双压花锚具性能的试验研究

在改进预应力钢绞线压花锚具构造研究的基础上,进行了12个双压花锚具的足尺寸试件试验,研究了该种新型锚具分别受到持续荷载、周期荷载以及疲劳荷载作用时的有关性能．首先研究了锚具由于荷载持续作用所产生的变形以及持荷应力水平的影响,并提出变形计算的建议公式,试验表明24 h持荷未造成该种锚具最大承载能力的下降,而且其变形在破坏时总变形量中所占比例较小．周期荷载作用时,荷载循环次数的增加使锚具每个循环的荷载与变形逐渐呈近似线弹性关系;历经50次重复加卸荷后再次承受静力作用时,锚具性能变化很大,而最大承载力和极限变形能力没有降低．试验还表明,双压花锚具达到了国家标准规定的周期荷载性能和疲劳荷载性能的要求．     

Influence of material＇s cyclic deformation behaviour on fatigue crack growth threshold

To investigate the relation between material＇s cychc plastic behaviour and fatigue crack growth, a new model is proposed. The model incorporated the two intrinsic properties of material＇ s cyclic plastic and crack tip＇ s deformation dislocation to interpret fatigue crack threshold. The relation between material＇ s cyclic hardening parameters （cyclic hardening amplitude and cyclic hardening rate） and fatigue threshold is studied. Fatigue threshold is determined based on the dislocation-free zone （DFZ） model, the theory of cohesive zone and the cyclic deformation behaviour. The results show that fatigue threshold increases with the decrease of the amplitude of cyclic hardening and is independent of cyclic hardening rate, but fatigue crack growth rate increases with the increase of cyclic hardening rate.     

重型龙门数控机床-基础系统承载变形

为了研究重型龙门数控机床混凝土基础对整机刚度的影响规律,首先提出一种可计算空间网状布筋的加筋复合基础本构模型,应用该模型建立了横观各向同性的混凝土基础边界元方程,采用有限元法建立了整机结构模型,从而建立了上下结构有限元-边界元耦合系统模型. 然后,通过实例,采用光纤光栅实验法获取各部件布点处应变值,对布点处曲率二次积分确定部件的变形曲线,同时进行了承载作用下的变形仿真分析,验证了理论模型的正确性. 最后,基于上述力学模型,分析了布筋情况对系统承载变形的影响,给出了基础建设的一些建议.