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。     

基于扰动状态概念的结构性软土蠕变模型

结构性和蠕变性对软土工程性质具有双重影响,有必要建立一种模型能够准确描述扰动带来结构性逐步破损的过程并同时反映软土蠕变特性对地基变形的影响。引入扰动状态概念,选取三元件广义Kelvin模型描述相对完整状态,3DEVP模型描述完全调整状态,扰动函数采用经验表达式,建立了一个基于扰动状态概念的结构性软土蠕变模型。从宏观试验结果和微观结构变化分析,说明扰动模型可以很好地描述在应力作用下软土结构性在蠕变过程中逐渐衰减的过程。模型中的参数都可通过等向压缩蠕变试验与三轴蠕变试验获取。通过黄石地区的结构性软土的三轴固结不排水蠕变试验数据对模型进行检验,结果表明该模型能较好描述结构性软土的蠕变特性。     

工程材料的扰动状态本构模型(Ⅰ)——扰动状态概念及其理论基础

现在，弹性，塑性，热塑性，热粘塑性，连续介质损伤理论等常常被用来建立工程材料的本构模型。现介绍一种比上述理论更好的，统一的建模方法－－基于扰动状态概念的本构模拟方法。扰动状态概念（DSC）是基于这样一种思想：变形材料单元可被看成是一种由处于相对完整 状态和完全调整状态（即所谓的基准状态）的两种基本部分所组成的混合物。在外部荷载的作用下，材料经历自由调整过程而产生的内部的微结构变化。结果使初始的相对完整（RI）状态逐渐转变为完全调整（FA）状态。这种自调整过程可能包含能导致材料微裂纹产生，损伤或强化的颗粒的相对运动，它能引起观测响应的扰动，特别是在两种基准状态下的响应。材料单元可观测的平均响应是根据材料在两种基准状态（相对完整状态和完全扰动状态）下的响应通过扰动函数来表达的。研究成果表明：扰动状态概念为工程材料提供了一种统一的本构模拟方法，它包括其他早先的连续介质和损伤模型体系，并把它们作为特例。     

基于扰动状态理论的Biot固结有限元分析

 通过求解水–土耦合的综合方程组可以得到任意时刻的位移和孔隙压力值。理论公式推导和有限元分析过程建立在有效应力原理、连续条件和平衡方程基础之上。在扰动因子的演化方程中自变量取为材料的竖向应变。材料参考状态各部分应变取值一致。扰动状态理论得到的材料变形比只利用弹塑性模型得到的材料变形偏大,这一点与应用损伤理论得到的结果性质相似。     

三维胶结结构性土UH模型

为反映胶结对结构性土剪切最终应力比以及剪胀规律的影响,将p–q坐标中静态的临界状态线(CSL)扩展为与CSL平行并随结构性衰减而从左侧移向CSL的动态临界状态线(MCSL),构造与MCSL匹配的屈服面和剪胀方程,从而将以考虑加载体积垮塌为主的结构性土统一硬化(UH)模型扩展为能考虑胶结影响的胶结结构性土UH模型。在此基础上,应用变换应力三维化方法,将所提模型应用到三维应力空间。相对于结构性土UH模型,三维胶结结构性土UH模型增加了1个模型参数描述初始胶结程度。该参数可由无侧限压缩试验近似确定。通过4种结构性土的试验结果与模型预测对照表明,三维胶结结构性土UH模型能够较合理地反映受胶结影响的结构性土等向压缩、常规三轴剪切与真三轴剪切等特性。     

基于扰动状态概念硬化参量的结构性黏土边界面模型

在临界状态理论和边界面模型的框架内,引入结构性扰动对弹性变形、结构性屈服面大小、胶结吸力和屈服面各向异性的影响,建立一个基于扰动状态概念硬化参量的结构性黏土边界面模型。首先,通过定义3个结构扰动度R_c,R_b和R_a来定量反映塑性变形对结构性黏土的结构性屈服面、胶结吸力和屈服面各向异性的扰动程度,并对弹性特性进行各向异性和结构性影响的修正。然后,通过对天然沉积上海黏土和Vallericca硬黏土的三轴不排水剪切试验和一维固结压缩试验的模拟验证模型的预测能力。最后,通过模型与有限差分法相结合,以简单的平面应变试验模拟为例,展示模型能够描述结构扰动度的变化及其在土体中分布的模拟能力。     

一种新的结构性土损伤模型

从结构性土体的基本性质出发,放弃了将结构性土体视为结构性土和重塑土的复合体的传统思路,而将结构性土看作是重塑土富含有土体结构,损伤直接导致土体结构的丧失,与重塑土部分无关。在此基础上,提出了一种适用于结构性土的新型损伤模型,该模型是修正剑桥模型的推广,当结构性的参数取为0时,该模型退化为修正剑桥模型。结合显式有限差分程序FLAC3D的主要计算思路,使用VC++.NET平台开发了该模型的FLAC3D接口程序,并编译成动态链接库DLL文件。并与结构性黏土不同围压下的三轴排水剪切试验进行对比,表明所建立的模型可以较好的描述结构性土的变形特性。     

基于应变梯度塑性理论的土-结构接触面本构模型

土-结构相互作用界面层内某点土颗粒的应力,不仅取决于该点的应变及变形历史,而且还取决于与该点邻近的诸多点的应力。结合早期的非局部理论,即考虑非均质材料微小结构之间的相互影响和作用,将非局部塑性剪切应变表达为其本身所对应参数的加权平均,考虑结构面粗糙度对界面层内土体力学特性的影响,建立了相对低应力条件下基于应变梯度塑性理论的土-结构接触面本构模型,模型中各参量物理意义明确。结果表明:利用该模型可以研究土与结构相互作用时接触面上的剪切应力与剪切应变间的关系,尤其是峰值剪应力后即软化阶段二者之间的相互关系。     

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.     

基于微观破损规律的结构性土本构模型

在岩土破损力学理论的基础上,通过考虑土体结构性破损的微观机理,建立了结构性土的本构模型。通过定义与重塑土屈服面几何相似的结构性屈服面,模型可以反映结构性对土体力学特性的影响;通过引入表征结构性损伤的破损参数,确定了结构性土加载过程中的硬化规律。该破损参数基于岩土破损力学中应力应变分担的概念而提出,具有明确的力学意义;模型的硬化规律同时考虑了塑性体应变及塑性主应变的影响,可以更好地反映土体结构性损伤过程。将该本构模型用于结构性土室内固结试验及三轴压缩试验结果的模拟,初步验证了该模型的合理性。     

结构性软土三维弹塑性损伤本构模型研究

基于所提出的岩土材料统一各向同性破坏准则,通过引入椭圆–抛物双屈服面模型以及结构性损伤屈服面,结合复合体损伤概念,建立了三维主应力空间中弹塑性损伤本构模型,该模型能够反映结构性软土应力应变的非线性、剪胀剪缩特性、结构性以及中主应力对变形的影响。通过结构性软土试验结果与模型的计算结果对比分析,表明该模型能够较好地预测结构性软土三维空间的应力–应变特性。     

考虑试样特殊区的扰动状态理论合理性细观分析

利用医用CT装置完成实验过程中试样内部的实时定量观测。对基于硬化模型建立的扰动状态理论(DSC)做出细观分析,进一步证明其解决问题的逻辑合理性。利用硬化土和软化土的宏观剪切实验与实时细观CT实验结果对照,指出土体的硬化响应或软化响应与相应CT数统计值变化规律的协调关系。不论材料是否存在特殊区,硬化材料的CT数变化规律和软化材料的CT数变化规律都存在很大的差异性,这个差异性的存在与是否叠加扰动因子相对应。扰动状态理论利用硬化模型并叠加扰动因子得到软化响应。     

New model of load transfer function for pile analysis based on disturbed state model

Based on the disturbed state concept (DSC), a new model of load transfer function for pile analysis is established by the idea that the deformed material between pile and soil can be treated as a mixture of two constituent parts, which are in intact or critical state and assumed to obey random distribution. Starting from the homogenization theory of heterogeneous materials and statistics method, a parameter D to describe the disturbance degree is proposed, and a formula to determine the parameter has been derived by using the plastic displacement of a pile as distribution variable. In the model, shear intensity of elements in an intact state are simulated by Duncan-Zhang model and that in a critical state by Mohr-Coulomb criterion. The model of this paper has few parameters, which can reflect the aspects of load transfer function, such as hardening, softening and the effects of confining pressure. The well agreement between the in-situ data and the predicted shows that the validity of the model herein. So the proposed model in this paper is easy to be used in engineering practice. __________ Translated from Journal of Tongji University (Natural Science Edition), 2006, 34(2): 165–169 [译自: 同济大学学报 (自然科学版)]     

基于扰动状态概念的结构性软黏土本构模型

在扰动状态概念基础上,建立了一个考虑土结构性影响的软黏土应力应变本构模型。模型尝试运用电阻率不规则因子来表征和测定土样的扰动变量,从而克服了传统扰动变量获取方法的不足,使之简便、快捷、经济、实用。另外,模型中,增加了土体体应变对土体扰动影响,且以试验和理论为依据建立扰动函数,从而使得模型更加符合土体实际工程力学特性。模型形式相对简单,参数易于确定。三轴排水剪切试验的验证结果表明,所构建的模型能较为合理地模拟结构性软黏土受荷扰动下的变形过程。