土的统一硬化模型

 土的统一硬化模型是基于剑桥模型,以变换应力方法和统一硬化参数为基本要素建立起来的弹塑性本构模型体系,它通过采用基于SMP准则、Lade准则或广义非线性强度理论的变换应力方法,实现了模型与强度准则的有机结合和模型的三维化。统一硬化参数的应用使模型可以描述土的剪缩、剪胀、硬化和软化、超固结性、各向异性、结构性、蠕变压缩和渐近状态等诸多特性。模型的参数较少、物理意义明确且可通过常规试验确定。它不仅发展和拓宽了剑桥模型的应用范围,而且也便于与现有工程软件结合,在工程中具有广阔的应用前景。     

结构性超固结土的统一硬化模型

统一硬化超固结土模型是在下加载面和剑桥模型理论框架下,提出的能够描述超固结土的剪缩、剪胀、硬化和软化特性的简单、实用的模型。它通过将与土的结构性有关的参数引入到超固结土模型中,来建立结构性超固结土模型。与剑桥模型相比,它只增加了2个材料参数,即伏斯列夫面的斜率Mh和结构性参数α。采用新模型对结构性超固结土的应力-应变关系进行预测的结果表明:所建立的结构性超固结土模型基本能够描述结构性超固结土的特性。     

基于统一硬化参数的旋转硬化模型

为反映应力诱导各向异性特性,在统一硬化模型以及超固结土模型的基础上,结合屈服面的旋转硬化机制,将以往只反映等向硬化机制的模型推广为混合硬化模型。分别对黏土的排水应力路径以及砂土的不排水应力路径的应力-应变关系进行预测。结果表明:所提模型不仅能较好地描述黏土材料在循环加载条件下的应力-应变关系;同时,对于不同初始条件下的饱和砂土在循环加载条件下的应力-应变关系也能作出合理预测,验证了所提模型的合理性。     

剑桥模型与统一硬化模型对超固结土特性描述的对比分析

在深入研究修正剑桥模型和统一硬化模型（UH模型）基本特性的基础上,揭示模型描述超固结土特性的机理。对于超固结土,修正剑桥模型的预测曲线存在突变,不能很好地模拟土体连续、渐近的变形过程;对于重超固结土,模型预测的排水路径条件下的峰值强度很高,与实测结果偏差较大。修正剑桥模型不能模拟真三轴试验的应力-应变关系。UH模型的参...     

考虑原生各向异性土的统一硬化模型

通过将一种各向异性参数α引用到统一硬化模型中,建立能够考虑土的原生各向异性的统一硬化模型。该模型采用将各向异性土体的应力变换为等效各向同性土体的应力方法,来实现各向异性的同性化,以考虑土的原生各向异性特性。各向异性参数可以由具有原生各向异性土的三轴试验获得。通过对日本丰浦砂试验数据的预测,表明了砂土原生各向异性统一硬化模型可以合理地描述具有原生各向异性砂土的变形特性、强度特性及其剪胀性。     

统一硬化超固结土模型试验验证

统一硬化超固结土模型(UH模型)能够反映超固结土的硬化、软化、临界状态、剪缩和剪胀等应力-应变特性以及应力路径对它的影响。通过对北京奥林匹克森林公园的原状土在相同的前期固结压力条件下做不同超固结度等围压三轴固结排水试验以及对模型的预测结果与试验数据的比较,说明了统一硬化超固结土模型的合理性。     

K0超固结土的统一硬化模型

将所建立的超固结土模型推广为能够反映超固结土的初始应力各向异性的弹塑性模型。它是通过将潜在强度Mf、特征应力比M和状态应力比ηk引入到模型的统一硬化参数中,使模型具有预测超固结土的初始应力各向异性、剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径依赖性等基本特性的功能。采用SMP强度准则并结合变换应力方法对模型实现了三维化。通过与试验结果比较表明,提出的模型能够较好地描述初始应力各向异性超固结土的应力应变特性。     

基于lnv-lnp与v-lnp线性关系的统一硬化模型对比

原始统一硬化模型是基于在等向压缩条件下土的比体积与压力的对数呈线性关系而建立的。由于v-lnp线性关系在理论上存在某些不合理,Hashiguchi等建议采用lnv-lnp线性关系以消除这些不合理性。基于此,推导出基于等向压缩的lnv-lnp线性关系的统一硬化模型,并通过对两个模型分别进行试验结果与预测结果的比较,结果表明:在一般条件下两个模型都能合理描述土的应力应变特性,差别不大。     

基于Inv—Inp与v—Inp线性关系的统一硬化模型对比

原始统一硬化模型是基于在等向压缩条件下土的比体积与压力的对数呈线性关系而建立的。由于v-Inp线性关系在理论上存在某些不合理,Hashiguchi等建议采用Inv-Inp线性关系以消除这些不合理性。基于此,推导出基于等向压缩的Inv-Inp线性关系的统一硬化模型,并通过对两个模型分别进行试验结果与预测结果的比较,结果表明：在一般条件下两个模型都能合理描述土的应力应变特性,差别不大。     

不同应力路径下旋转硬化方程的统一表示及验证

在收集到的大量试验数据的基础上,结合旋转硬化表达式,提出一个适用于不同应力路径下的旋转硬化表达式,该公式中共有两个参数,通过理论分析得到这两个参数的确定方法。将该公式导入修正剑桥模型来模拟土体在不同加载路径下的应力应变行为,将模拟结果与试验结果进行对比,结果显示,采用该旋转硬化表达式的各向异性本构模型得到的结果与试验结果均吻合较好,从而验证了该旋转硬化表达式的合理性。     

基于统一硬化模型的结构性松砂应力-应变关系

在临界状态理论的基础上,通过引入修正屈服函数的结构性参数,可更好地描述松砂的塑性变形特性。通过引入状态参数来调整硬化参数和剪胀方程,从而更好地反映松砂的剪缩特性和对密度、有效主应力的双重依赖性。同时,模型采用砂土等压固结线和临界状态线在有效应力幂函数平面内呈线性关系的特性,更准确地反映了砂土的应力-应变特性。通过数值模...     

统一硬化模型在FLAC3D中的开发及实现

统一硬化模型（UH模型）能够描述超固结土的硬化、软化、剪胀和剪缩等应力-应变特性以及应力历史对土的影响。基于增量弹-塑性模型的基本假设,根据一元二次方程的解法,推导出塑性因子的表达式,由变换应力公式推得变换应力增量与真实应力增量的关系,进而得到UH模型在FLAC3D中的计算格式。基于FLAC3D软件提供的二次开发平台U...     

砂土的双硬化特性与弹塑性本构模型

 基于高精度的丰浦砂三轴等向加卸载试验与多应力路径平面应变压缩试验结果,提出平面应变条件下的修正塑性功体积硬化函数,得到双硬化框架下的修正塑性功剪切硬化函数,建立应力路径不相关的丰浦砂修正塑性功剪切–体积双硬化函数。在该双硬化函数基础上,推导基于修正塑性功的增量型剪切–体积双硬化弹塑性刚度矩阵,构建可以考虑多种变形强度影响因素的丰浦砂本构模型。数值计算与室内试验结果的比较表明,该砂土双硬化弹塑性本构模型可以合理地模拟砂土材料的变形强度特性。     

硬化土本构模型在FLAC3D中的开发及应用

 基于塑性增量理论,推导硬化土本构模型的有限差分格式。在VC++编程环境下,利用FLAC3D提供的二次开发平台,编制硬化土本构模型的有限差分程序,实现硬化土本构模型在FLAC3D中的二次开发,并给出二次开发的步骤、方法和编程要点。通过不同应力路径室内试验结果与采用不同本构模型的FLAC3D数值计算结果进行对比分析,验证硬化土本构模型在FLAC3D中二次开发的正确性和必要性。对比分析表明：采用硬化土本构模型的FLAC3D数值计算结果与试验结果吻合较好,而且硬化土本构模型的模型参数可从常规三轴试验获得,模型参数简单,硬化土本构模型不仅能够反映土体的非线性特性,还能够反映深基坑工程复杂的应力路径,与其他土体本构模型相比,硬化土本构模型更适合用于深基坑工程的计算分析。硬化土本构模型在FLAC3D中二次开发的实现,扩大了FLAC3D的适用范围,在一定程度上弥补FLAC3D在分析岩土工程尤其是深基坑工程方面上的不足。     

非饱和土统一强度理论及真三轴试验结果验证

 非饱和土的真三轴强度准则及三向应力状态预测是实现非饱和土理论工程应用的重要问题,依据非饱和土的双应力状态变量及吸附强度特性,构建适用于非饱和土的双剪单元体模型,继而建立分段线性的非饱和土统一强度理论,分析其特例、平面极限线和空间极限面的特性,并用已有的非饱和粉砂的刚性与柔性真三轴试验结果进行验证。研究结果表明：本文非饱和土统一强度理论的极限线覆盖了所有外凸区域,饱和土的统一强度理论以及非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则均为其特例,而且还包括很多新的强度准则;非饱和粉砂的所有真三轴试验数据均落在非饱和土统一强度理论的极限线范围内,并与统一强度理论参数b = 1/2时的预测值吻合较好;外接圆Drucker-Prager准则不能反映非饱和土的真实强度特性,b = 1/2时非饱和土统一强度理论可线性逼近拓展的非线性SMP准则。