堆石料等应力比路径三模量增量非线性模型

已有研究表明,土石坝内堆石料在填筑期的应力路径可近似为等应力比的路径。根据等应力比三轴排水剪切试验,介绍了一个三模量增量非线性模型,即模型除给出堆石体积模量K和剪切模量G的表达式外,对剪应力产生的体变和平均主应力产生的剪切应变也采用了交叉模量J表达。采用粒子群优化算法通过全量本构关系曲线确定增量模型参数。通过对试验数据的拟合发现,三模量模型可以较好地反映堆石料的应力与变形特性。     

一个改进的堆石料广义塑性模型

在广义塑性理论框架下,通过引入两个修正系数修正塑性模量,增强了广义塑性模型在高围压条件下的适应性,成功地将砂土广义塑性模型改造成堆石料广义塑性模型。提出的修正广义塑性模型参数较少,容易确定,具有一定的实用性,并且可以推广至状态相关情况。模型中塑性模量公式简洁,可以退化成等向压缩塑性模量。模型可以很好地预测堆石料常规三轴加载应力应变关系,对等P以及等应力比路径也具有一定适应性。     

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。     

不同应力路径下的邓肯–张模型模量公式

实际工程中,土体可能处于轴向卸载、侧向加载、侧向卸载应力路径下,而邓肯–张模型是在轴向加载条件下得到的,这限制了它的适用范围。本文模拟邓肯-张模型思路推导了不同应力路径下的切线模量公式,从而使模量公式系列化,扩大了邓肯–张模型适用范围;根据不同应力路径试验的结果,发现公式推导中使用的假设可以得到验证。     

堆石料加载与流变过程中塑性应变方向研究

确定塑性应变增量方向是建立土体弹塑性本构模型的核心之一,弹塑性理论中通常假定塑性应变增量方向仅与应力状态有关,与应力增量无关。流变试验是一种应力状态恒定的特殊试验,应力增量为零,所有应变均为塑性变形。研究流变过程中塑性应变方向与应力状态的关系及其与加载过程中塑性应变方向的差异,对于建立土体弹塑性本构模型具有重要价值。通过对某抽水蓄能电站筑坝堆石料的大型三轴压缩试验和三轴流变试验,分别研究了加载和流变过程中剪胀比与应力比之间的关系。结果表明,三轴压缩和三轴流变过程中,堆石料的剪胀比均随着应力比的增加而减小,且相同三轴压缩应力状态下,堆石料的流变剪胀比明显大于加载剪胀比,即流变过程中堆石料剪缩性比三轴压缩过程中的剪缩性更为强烈。因此,采用相同的塑性势函数同时确定加载塑性应变方向和流变黏塑性应变方向是不恰当的,建立考虑堆石料流变的弹塑性模型时应该选用不同的应力剪胀方程或塑性势函数。     

Hypoplastic constitutive modeling of wetting deformation of weathered rockfill materials

The wetting deformation of weathered rockfill materials has been attracting growing attention from both engineers and scientists. The importance of realistic predictions of wetting deformations for high earth and rockfill dams is a strong motivation to establish a suitable constitutive model. Recently, the hypoplastic constitutive model by Gudehus and Bauer was extended by introducing solid hardness depending on the state of weathering. The extended model takes into account the influence of the current density, the effective stress state, the rate of deformation, and the time dependent process of degradation of the solid hardness. In the present paper, the performance of this model is evaluated by comparing numerical simulations with experiments obtained from a water sensitive rockfill material. In particular, triaxial compression paths and creep deformation under deviatoric stress states are considered. Finally, the constitutive model proposed is used to study the influence of a degradation of the solid hardness on the long term behavior of a hypothetical fill dam.     

Strength and stiffness parameters for hardening soil model of rockfill materials

In recent years, an increasing number of rockfill dams have been constructed in many developing countries around the world. One difficulty in the engineering design and construction of rockfill dams is the characterisation of the rockfill materials. Thanks to advancements in computational geomechanics, a finite element analysis is usually employed in geotechnical engineering design. To perform such analyses, a proper constitutive model with relevant parameters that reflect the stress–strain-strength characteristics of rockfill materials are required. This study presents a procedure to determine the strength and stiffness parameters of rockfill materials that can be used with the Hardening Soil (HS) model to characterise the behaviour of rockfill materials. Based on triaxial and oedometer test results, a set of HS model parameters can be determined. To implement and validate the procedure, six rockfill materials from the Nam Ngum 2 Dam construction project in Laos PDR are employed in this study. The influences of stress level and particle breakage on the stress–strain/volumetric-strain behaviours of rockfill materials are discussed. Finally, the procedure to determine the material parameters for rockfill materials presented in this study can also be applied to other rockfill materials.     

循环偏应力和循环围压耦合应力路径下饱和软黏土动模量衰减规律研究

动模量一直是土动力学研究中最为重要的参数之一,土动力学中使用最为广泛的等效线性本构模型即对动模量随动应变衰减规律的定量描述。在之前关于饱和软黏土动模量的研究中,已经考虑到诸如固结比、塑性指数、土体组构、饱和度、先期应力历史、动荷载频率、时间效应等因素的影响。但是由于各种各样的原因,鲜有文献涉及应力路径尤其是循环偏应力和循环围压耦合应力路径对饱和软黏土动模量衰减规律的影响。考虑到循环围压在土体动应力场中存在的普遍性,通过一系列循环偏应力和循环围压耦合应力路径下的逐级加载试验,研究了循环围压对饱和软黏土动模量衰减规律的影响。试验结果表明：循环围压不但会改变了某一应变值下饱和软黏土动模量的大小,而且其改变趋势及大小与相位差有关;通过拟合分析证实Hardin-Drnevich模型并不适合循环偏应力和循环围压耦合应力路径下饱和软黏土动模量衰减规律的定量描述,而基于Stokoe公式却得到了较为理想的拟合结果。     

土工合成材料循环受载、蠕变和应力松弛特性的统一本构模拟

应用双曲线方程、修正曼辛准则(Masing rule)和过应力型粘塑性理论,建立了一种可以同时描述土工合成材料应力应变关系的非线性、循环荷载作用下的弹塑性和滞回性、蠕变和应力松弛的一维本构模型。这个本构模型的独特之处包括功能全面、随加载路径移动的蠕变界线、非线性流变特性、以及参数确定方法简单直观等,且它可以很方便的植入已有的有限元软件包中。该模型还可以蜕化为率无关的非线性循环受载模型,可以很简单的应用于非线性动力数值分析。本文应用几种土工格栅试验结果验证了所提出的本构模型。     

应力路径对天然沉积土压缩特性影响的试验研究

工程中如何考虑复杂应力路径对地基土压缩性状的影响是岩土工程中一个关键的问题。然而目前土体压缩性状的研究通常采用一维压缩和三向等压压缩试验,没有考虑应力路径的影响。通过对天然沉积土进行不同应力路径下的GDS三轴压缩试验,研究不同应力比对天然沉积土压缩性状的影响规律。结果表明：不同应力路径下天然沉积结构性土的平均结构屈服应力和结构屈服后的压缩性参数均先随应力比的增大而增大,达到最大值后又随着应力比的进一步增大而减小。通过对比分析不同应力路径下的GDS三轴压缩屈服性状与一维压缩屈服性状,得出天然沉积土的静止土压力系数在屈服过程中并非常数,而是呈现由小到大的变化,在屈服后趋于恒定。     

不同应力路径大理岩声发射破坏前兆的试验研究

应力路径不同,岩石变形和破坏过程中伴随的声发射特征也不同,通过不同路径大理岩加、卸荷试验,结合分形维数原理,探讨声发射破坏前兆随应力路径的变化规律。试验结果表明:1岩样破坏处的声发射计数率和破坏前的累计计数率增长率由大变小的应力路径为加轴压卸围压、恒轴压卸围压、单轴、常规三轴路径。2常规三轴路径下岩样临近破坏时,声发射事件计数率存在明显的"低声发射期",围压越大,声发射前兆"低声发射期"越明显;同时累计振铃计数率增长速率降低的拐点出现后很短时间,岩样也会发生破坏。3低围压下恒轴压、卸围压路径岩样破坏时累计振铃计数率的增长速率近似为切线。加轴压、卸围压岩样破坏前一段相近计数率后存在声发射计数率的"平静期",围压增加,"平静期"持续时间增加,岩样破坏产生的计数率越高。4在低围压应力环境下应力比0.8、高围压应力环境下时间比0.4时声发射分维数降低的特征可以作为岩样的破坏前兆分析。     

Plane strain evaluation of stress paths for supported excavations under lateral loading and unloading

Excavations are generally analyzed as plane strain problems. The shear strength parameters determined from the triaxial conditions are not representative of the real field conditions. Therefore, plane strain tests on reconstructed silty clay were performed using a modified apparatus to measure the stress-strain curves directly. Three stress paths were tested, where the lower shear strength and the failure strain were measured for tests with unloading in the minor principal stress direction and compared to tests with loading. A set of hyperbolic constitutive models was developed to fit the experimental data at different stress paths. The stress-strain-strength characteristics and the deformation parameters were determined for these tests. A displacement-dependent earth pressure model was then proposed for retaining walls due to excavations, and then it was calibrated against the measured soil response. In the end, a case history of bored pile walls subjected to excavations was illustrated. Calculations using the proposed approach and the standard Mohr-Coulomb model were compared. The analysis using the standard Mohr-Coulomb model was found to underestimate the maximum wall deflection by 15%.     

复杂应力路径下堆石料的颗粒破碎特性研究

针对堆石料进行了一系列等向压缩、常规三轴和复杂应力路径试验,采用相对颗粒破碎率为度量研究了多种应力路径条件下堆石料的颗粒破碎特性。对不同应力路径下试验过程中的塑性功进行了对比,分析了颗粒破碎与平均应力p、广义剪应力q所做塑性功之间的关系,研究了不同应力路径下三轴试验颗粒破碎的差异和原因。结果表明:模拟心墙土石坝填筑和蓄水应力路径下的颗粒破碎远小于常规三轴试验。多种应力路径下塑性功与相对颗粒破碎率之间存在明显的相关性,并可用幂函数较好拟合。不同应力路径下塑性功分量之间差异明显。常规三轴试验中广义剪应力q所做功占总塑性功的主要部分,不同复杂应力路径试验p,q所做塑性功占比差异较大。     

Tangent moduli of hot-rolled I-shaped axial members considering various residual stress distributions

This paper presents an equation for the effective tangent moduli for steel axial members of hot-rolled I-shaped section subjected to various residual stress distributions. Because of the existence of residual stresses, the cross section yields gradually even when the member is subjected to uniform axial stresses. In the elasto-plastic stage, the structural response can be easily traced using rational tangent modulus of the member. In this study, the equations for rational tangent moduli for hot-rolled I-shaped steel members in the elasto-plastic stage were derived based on the general principle of force-equilibrium. For practical purpose, the equations for the tangent modulus were presented for conventional patterns of the residual stress distribution of hot-rolled I-shaped steel members. Through a series of material nonlinear analyses for steel axial members modeled by shell elements, the derived equations were numerically verified, and the presented equations were compared with the CRC tangent modulus equation, the most frequently used equation so far. The comparative study shows that the presented equations are extremely effective for accurately analyzing elasto-plastic behavior of the axially loaded members in a simple manner without using complex shell element models.     

考虑渗流、应变软化和扩容的巷道围岩三剪应力统一强度理论解

为了研究渗流、应变软化和扩容对巷道围岩稳定性的影响,首先根据三剪应力统一强度理论建立了平面应变状态下的屈服方程,将巷道围岩从外往内依次划分为弹性区、塑性软化区、破碎区,然后综合考虑渗流影响、应变软化、扩容以及塑性软化区和破碎区内弹性应变的2种情况,推导了各个区应力、位移以及塑性软化区和破碎区半径的三剪应力统一强度理论解...     

空心圆柱扭剪试验中广义应力路径的控制与实现

针对国内外动态空心圆柱扭剪仪(HCA)在设置广义应力路径时大都需要人为假设外荷载加载形式的现状,指出了这种假定对HCA仪模拟广义应力路径能力的局限。考虑到GCTS公司HCA-100能够独立地控制轴力、扭矩及内外围压独立地加载,通过缜密的数学推导,提出了由目标广义应力路径直接确定外荷载加载方式的计算公式,据此可以实现对任意形式的广义应力路径的模拟并通过试验验证了其可行性。在三维应力坐标系b-?-?中,探讨了典型广义应力路径的表示方法,以q恒定的主应力轴连续旋转的应力路径为例,讨论了内、外围压与广义应力路径之间的关系。简化并完善了HCA仪的控制过程,为后续试验研究提供了理论依据。     

不同固结路径温州黏土固有不排水强度性状试验研究

为研究初始条件和应力状态对重塑黏土固有不排水强度性状的影响,采用应力路径三轴仪对室内制备的温州黏土进行一系列不同固结路径下的三轴固结不排水剪切试验。通过室内试验研究探讨温州黏土不同固结路径下不同平均有效应力固结后三轴不排水剪切应力应变关系和不排水强度特性;引入不同平均有效应力p’下的孔隙指数I_v与不排水强度比R^*_su=S_u/ p’,分析不同固结路径下不排水强度S_u的变化规律,并与Chandler提出的固有强度线IS_uL进行比较分析。结果表明：相同平均有效应力p’下,不同固结路径下不排水剪切强度S_u和不排水强度比R^*_su=S_u/ p’随固结路径的变化而变化;当不排水强度比S_u/ p’=0.33时,孔隙指数I_v与固结不排水强度S_u之间的关系与Chandler的固有强度线IS_uL一致。     

土体材料屈服准则及试验和数值分析应力路径探讨

对强度理论进行了深入的论述,剖析了莫尔–库仑剪切屈服准则,依据此准则,在主应力空间(三轴仪平面)、偏平面和大小主应力子午面上直观地描绘了在普通三轴仪上进行各种三轴压缩、三轴伸长试验的应力路径和平面应力条件下的应力路径,考虑土体为不抗拉或弱抗拉材料,建议采用张拉–莫尔–库仑剪切复合屈服准则和张拉-剪切–体积复合屈服准则来分析土体的屈服和破坏行为,并结合张拉–莫尔–库仑剪切复合屈服准则对现行有限元数值计算方法中按载荷步进行加、卸载分析时的应力路径进行了探讨。     

不同应力路径下岩桥试验的声发射特征研究

 岩质边坡中岩桥贯通是导致边坡失稳的重要因素,通过开展不同岩桥长度岩样的常规三轴加荷、三轴卸荷以及三轴加卸荷试验,研究在不同应力路径下岩桥贯通破坏过程中的声发射特征,以及围压和岩桥长度对声发射特征的影响。结果表明：岩石压密阶段与线弹性变形阶段声发射事件较少,塑性阶段声发射事件明显增多,破坏阶段声发射计数率、累计能量以及幅值均达到峰值。声发射特征的明显变化可为紧接的岩样破坏提供预警作用,幅值变化较其他指标更为敏感,因此幅值的监测对于各阶段演化以及破坏预警更有效。本试验中,岩桥试样达到峰值强度后不会立即跌落至残余强度,而是出现2次应力跌落,应力跌落均对应声发射特征达到峰值,2次应力跌落中会出现“平静期”或“峰后回升”现象,其声发射特征与塑性阶段相似,但幅值、计数率与累计能量均大于塑性变形阶段,表明在这一阶段岩样裂纹仍以较快速率扩展,最终导致岩桥贯通破坏。不同应力路径下累计能量由大到小依次为：三轴加卸荷、三轴卸荷和常规三轴。随着岩桥长度与围压的增加,声发射计数率峰值和累计能量逐步增长,破坏程度更加剧烈。     

不同应力状态下岩石类材料破坏的声发射特性

通过对加、卸荷应力状态下岩石类材料声发射变化的比较，探讨岩石类材料破坏过程中的声发射现象。在三维应力状态下对岩体模型试样进行三种卸荷破坏试验，依据损伤力学理论对试验结果进行分析，揭示了在工程卸荷作用下岩石类材料的声发射特性。