关于土力学理论发展的一些看法——兼与杨光华同志商榷

当今岩土工程学界,读者所看到的本构模型何止数十种!岩土本构关系的研究,我国专家已经和正在跻身世界行列。这一课题正在展现色彩斑斓的研究成果。青年岩土工作者为这些成果所感染,愿为这一研究而献身,这是十分可喜的。但是任何基本理论的研究不可能一蹴而就,尤其岩土本构模型的研究,没有大量的实践资料和坚实的理论基础,是断无成就的。本期将李广信、杨光华两同志的文章奉献给广大读者,希望从事本构关系的研究者,特别是青年研究者,能从中得到有益的启示。     

土的本构模型研究之浅见——读李广信、杨光华文章有感

<正>一、前言 土的本构模型研究已呈现出百花齐放的春天,尽管它距硕果累累的秋天尚有一段艰苦的过程,但它在土工研究领域中所占有的重要地位已愈来愈得到大多数工程师的承认。笔者拜读了岩土工程学报1991年第5期所载李广信、杨光华两同志的文章深受启发。现结合这两篇文章对土的本构模型研究谈一点初浅看法。籍以求教前辈。     

关于“土的清华弹塑性模型及其发展”的讨论

 李广信教授在“土的清华弹塑模型及其发展”(《岩土工程学报》2006年第1期,以下简称“原文”)一文中,谈到清华弹塑性模型(以下简称清华模型)以及它的独特建模方式。对此有些不同看法,在此提出,与李教授进行讨论。(1)清华模型对土的基本特征和本构关系的认识过程不符合普遍认识规律。对土的基本性质和本构关系的认识和研究一般是遵循以下的认识过程:根据大量现场试验和实测以及室内实验观察到一些具有共性的规律和现象。然后,通过总结和提升并用数学的方式把它们表示为数学模型或公式。这一阶段即由现象上升为理论是一次重要的提升和飞跃。然后,这些模型和理论公式还要经过实践的检验,在检验过程中对这些模型和理论公式进行筛选     

第一届全国岩土本构理论研讨会在北京航空航夫大学召开

2008年11月6日上午,由中国力学学会岩土力学专业委员会、中国土木工程学会土力学及岩土工程分会主办,北京航空航天大学承办的“第一届全国岩土本构理论研讨会”在该校新主楼会议中心第二报告厅开幕。中国工程院郑颖人院士、河海大学岩土工程研究所所长殷宗泽教授、清华大学水利水电学院李广信教授、中科院武汉岩土所孔令伟教授等业内知名学者与会,北京航空航天大学交通科学与工程学院党委书记姚仰平教授主持了开幕式。     

土的现代本构理论的发展回顾与展望

土的本构模型是现代土力学的核心和关键。自从剑桥弹塑性模型创立以来,土的本构模型历经了50多年的研究,建立的模型数以百计,但真正能为工程所应用的则很少,如何更好地发展岩土本构模型?为此,回顾和分析了各种建立岩土本构模型的理论,认为要较好解决岩土本构模型的问题,首先要有适合岩土材料的本构理论,传统应用的一些理论用于岩土材料是有其局限性的。广义位势理论是一种普遍和方便的建模理论。本构模型的验证除在主空间上进行试验验证外,更合理的应该是进行边值问题的验证。同时,要使模型能用于工程设计,则应发展参数易于确定的模型,还需要解决模型参数的合理确定问题,对于天然岩土材料,由于取样扰动等的影响,室内参数与原位土差异较大,发展基于原位试验的模型参数确定方法,可能是解决的途径。     

UH模型系列研究

岩土材料的本构模型是岩土工程学科的重要理论基础。合理的本构模型既能定性地揭示岩土的变形强度机制,也能定量地进行岩土体强度和变形计算。笔者20余年来潜心于土的本构模型研究,取得了以下3个方面的理论成果:1在修正剑桥模型的基础上,通过引入统一硬化(unified hardening,UH)参数,建立UH模型,该本构模型能够反映饱和超固结土的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径相关性等特性,模型所用土性参数与修正剑桥模型完全相同;2扩展UH模型,使其考虑多种外部因素(温度、时间和基质吸力)、复杂特性(各向异性、结构性和小应变特性)和复杂加载条件(循环荷载、部分排水即渐近状态)等的影响;3提出广义非线性强度准则和满足热力学定律的变换应力三维化方法,从而实现了本构模型的合理三维化。UH模型已被嵌入到数值计算软件中,并被用于分析岩土工程问题。以上研究包括本构建模、强度准则、三维化方法和数值分析等方面,形成了独具特色的岩土本构理论和应用体系。     

应力空间岩土本构模型的三维图像

本构模型的三维图像对于全面掌握本构理论具有十分重要的意义,然而现有文献提供的三维模型图像要么粗糙要么不成系统,且目前还没有学者系统地进行过本构模型三维图示化的工作。因此,在简要总结现有本构理论的基础上,对常用的大多数岩土材料本构模型进行了三维图示化,它们对于进一步完善本构理论具有积极的指导作用。     

21 世纪应建立岩土材料的本构理论

２１世纪应建立岩土材料的本构理论杨光华（广东省水利水电科学研究所，广州，５１０６１０）１发展岩土等复杂材料本构理论的必要性到目前为止，大多数岩土本构模型的理论基础仍是经典的金属材料本构理论。与岩土材料比较，金属材料是一种较简单的材料，若把复杂材料的...     

浅谈岩土工程中数值分析的几点思考

本文对岩土工程数值的现状进行了调查分析,并且通过采用连续介质力学分析岩土工程问题提出了关键所在。对于岩土本构理论发展提出了方向性的思考,对数值分析在岩土工程分析里的地位进行了研究。结果显示,岩土工程数值分析是岩土工程师在分析过程里综合判断的重点依据来源,如何建立岩土的工程实用本构方程是岩土工程问题中通过采用连续介质力学模型来求解问题的关键。对多个工程实用本构方程的建立,再结合大量工程的经验积累,能够有力促成岩土工程里从定性分析转化为定量分析。     

岩土各向同性损伤本构模型

基于连续介质力学基本概念得出岩土损伤复合体理论的应力–应变合成一般模式,简化得出岩土各向同性损伤复合体理论的应力–应变合成模式,建立了岩土各向同性损伤本构模型。提出了岩土各向同性损伤本构模型的数值求解法。通过对一个算例分析,加深了对岩土损伤机理的认识。计算分析认为:串联假设不适用于岩土体;严格意义上,并联假设不适用于岩土体;当应力较小时混合体的应力–应变关系与理想原状岩土类似,与重塑土差异较大,应力较大时,应力–应变关系特点与应力路径有关。     

《岩土工程50讲——岩坛漫话》介绍

<正>《岩土工程50讲——岩坛漫话》(第二版),作者:李广信;书号:978-7-114-07998-6;定价:56.00元;页码:380页。本书是"岩土工程师,甚至是土木工程师不得不读的一本好书"。本书收录了李广信教授的专题文章50讲,或阐述心得,或针砭时弊,或案例分析,或讨论争鸣,文风活泼、风趣幽默,令人莞尔,令人深思,或唤起思索,或豁然感悟;于工作和学习有所裨益。     

基于M-C弹塑性本构模型的岩土体开挖回弹效应研究

针对数值模拟开挖计算通常出现岩土体回弹现象,基于M-C弹塑性本构模型对基坑开挖过程中回弹效应进行了研究,分析了开挖回弹过程的力学机制和岩土体本构模型回弹力学参数的敏感性,并探讨了数值计算开挖回弹解决办法,研究结果表明：M-C本构模型参数中,岩土重度对一般岩土体开挖回弹的影响较为敏感,且坑底较地表影响更为显著;泊松比对岩土开挖回弹影响也较为明显;折减比例较小时,弹性模量和黏结力的敏感性较为突出,对地表回弹位移和基坑底部回弹位移影响较大;而内摩擦角对基坑底部回弹位移与地表回弹位移基本没有影响。研究结果可为岩土体基坑开挖的设计和回弹预测提供参考。     

3种胶结岩土材料本构模型中破损规律的离散元验证

采用离散元法（DEM）对胶结岩土材料本构模型中的破损规律进行验证。首先,根据胶结颗粒间胶结特性,建立适用于胶结颗粒的微观理论;其次,基于该微观理论,给出3种经典胶结岩土材料本构模型破损参数的微观解释;最后,对数值试样进行等向压缩、等应力比压缩及双轴压缩试验的离散元数值模拟,并对比验证数值试样破损规律的模拟结果与本构模型的预测结果。结果表明：采用DEM对胶结岩土材料本构模型的破损规律进行验证是可行的。3种加载条件下,扰动状态模型假定的破损规律同模拟结果均较为一致;Nova模型在双轴压缩试验条件下的预测结果同模拟结果存在很大差异;而上负荷面剑桥模型假设的破损参数则不能很好描述上述加载条件下数值试样的破损规律。     

第三届全国岩土本构理论研讨会

<正>(一号通知)近几年,国内外学者在岩土材料的强度及本构理论取得了大量的创新性研究成果,为进一步促进岩土本构理论的交流和学习,土力学及岩土工程分会土的本构关系与强度理论专业委员会决定于2017年9月在北京工业大学召开第三届全国岩土本构理论研讨会。会议将围绕"重大工程防灾减灾中的岩土本构理论"这一主题,针对土、混凝土、岩石等岩土类材料的本     

岩土损伤本构模型研究进展

损伤力学在岩土工程中的应用日益广泛,很多学者建立了一大批基于不同条件的、适合不同材料的、考虑不同环境影响的各式各样的岩土损伤本构模型。根据研究损伤的方法不同,本文将这些损伤本构模型大体分为三类:宏观损伤本构模型、细观损伤本构模型和统计损伤本构模型,并对其进行评述,指出了当前损伤本构模型研究存在的问题和发展趋势。     

Duncan-Chang模型中各参数影响因素分析

利用ANSYS软件的用户可编程特性(UPFs),将岩土Duncan-Chang本构模型导入了大型有限元软件ANSYS中,采用增量算法,用三轴实验模型对导入的本构关系进行了计算仿真验证,分析了八个参数的变化对计算结果的影响,对岩土工程问题具有更广泛的参考价值,有关处理方法也为其它本构模型在ANSYS中实现及分析提供了参考。     

第三届全国岩土本构理论研讨会

<正>(一号通知)近几年,国内外学者在岩土材料的强度及本构理论取得了大量的创新性研究成果,为进一步促进岩土本构理论的交流和学习,土力学及岩土工程分会土的本构关系与强度理论专业委员会决定于2017年9月在北京工业大学召开第三届全国岩土本构理论研讨会。会议将围绕"重大工程防灾减灾中的岩土本构理论"这一主题,针对土、混凝土、岩石等岩土类材料的本构理论、试验方法、数值模拟、工程应用等多个领域的问题进     

对“土的清华弹塑性模型及其发展”讨论的答复

从事的土的本构关系研究,在清华大学获得岩土工程专业工学硕士和博士学位,现为清华大学教授,博士生导师。编写教材9部,发表论文300余篇,曾获国家科技进步一等奖和国家自然科学三等奖。王运霞对“土的清华弹塑性模型及其发展”(简称原文)一文的讨论文章涉及的某些问题值得深入探讨。本文结合最近以来的一些有关议论,着重就土的弹塑性模型的发展和意义给予回答并进行讨论。弹塑性理论为土的本构关系研究提供了广阔的空间和有力的工具,岩土的弹塑性模型研究对传统力学和经典弹塑性理论的发展做出了巨大的贡献。土变形的塑性本质决定了使用塑性理论的合理性和必要性。这就使土的弹塑性理论模型成为20世纪60年代以来土力学园地中最为绚     

岩土本构理论的几个基本问题研究

从岩土基本力学性质出发 ,证明了Drucker塑性公设、经典塑性力学原理不适用于岩土材料。对岩土本构理论的几个基本问题进行了研究。通过严格的理论分析 ,证明了基于经典塑性理论的单屈服面模型无论是否采用相关联流动法则都是不适用于岩土材料的 ;岩土屈服面不唯一 ,屈服面重数与塑性应变增量自由度一致 ,岩土屈服面存在不外凸情况 ;相关联流动法则不适用于岩土材料     

土的多重势面模型及其验证

多重势面理论给岩土材料的本构关系研究指出了更开阔的数学背景,由此建立的土的本构模型可以无需推求塑性势函数和屈服函数, 且其所能表述的本构关系比通常的塑性位势理论更为广泛。文中介绍了基于多重势面理论所建立的应变空间的多重势面模型,并对其适用性进行验证。