广义塑性力学中的屈服面的研究

基于广义塑性力学，详细讨论了屈服面和塑性势面的对应关系以及岩土材料的3类屈服面（即体积屈服面q方向上及θσ方向上的剪切屈服面）的基本特征，尤其是提出了能考虑剪胀与剪缩的体积屈服面和Lode角θσ方向的剪切屈服面。     

岩土塑性力学的新进展——广义塑性力学

多数岩土工程都处于弹塑性状态 ,因而岩土塑性在岩土工程的设计中至关重要。本文首先简要回顾了岩土塑性的发展过程 ,分析了经典塑性力学用于岩土类材料存在的问题 ,指出其采用的 3个不符合岩土材料变形机制的假设。放弃这 3条假设 ,从固体力学原理直接导出广义塑性位势理论 ,从而将经典塑性力学改造成更一般的塑性力学---广义塑性力学。广义塑性力学采用了塑性力学中的分量理论 ,能反映应力路径转折的影响 ,克服了塑性应变增量方向与应力增量无关的错误 ;要求屈服面与塑性势面对应 ,而不要求相等 ,避免了采用正交流动法则引起过大剪胀等不合理现象 ,也不会产生当前非关联流动法则中任意假定塑性势面引起的误差。文中给出了广义塑性力学的屈服面理论、硬化定律和应力-应变关系 ,并在应力增量分解的基础上 ,建立了考虑应力主轴旋转的广义塑性位势理论 ,从而可求出应力主轴旋转产生的塑性变形。通过分析屈服面的物理意义 ,表明屈服条件是状态参数 ,它与应力状态、应力历史及材性等状态量有关 ;同时也是试验参数 ,只能由试验给出。通过实际应用 ,表明广义塑性力学不仅可以作为岩土材料的建模理论 ,而且还可以应用于诸如极限分析等土力学的诸多领域 ,具有广阔的应用前景。     

节理岩体多层弹粘塑性模型的隐式积分算法

本文提出了节理岩体多层弹粘塑性模型的隐式积分算法。对岩石节理组,把节理面上的无拉准则和莫尔-库仑破坏准则作为屈服准则,推导了屈服函数的导数向量(?)和粘塑性应变率的导数矩阵[H]的计算公式,文中并建议了计算节理岩体多层模型时间积分步长的方法。最后用一算例说明了隐式积分算法的应用。     

各向异性广义塑性力学的规范空间理论

首先基于规范空间固体力学框架,重塑了含有多重屈服面模型的广义塑性理论,研究了各向异性广义塑性力学的基本规律,包括模态屈服面、各向异性强化条件、增量型模态塑性流动方程以及各向异性塑性加卸载准则等,并由此得到了各向异性弹塑性动力学波动方程和静力学基本方程;然后,讨论了各向异性弹塑性波的传播性质,证明了各向异性弹塑性静力学也存在应力增量势函数;最后,讨论了各向异性弹塑性力学的具体结果。     

基于广义塑性理论上界法的有限元法及其应用

实验证明，岩土材料不适应关联流地法则，而应采用非关联流动法则。把广义塑性力学理论引入到极限分析的上界法，据此编制了有限元程序，并引入数学规划方法寻求问题的最小上界解。通过和经典解析解的比较可知，该方法是一种合理有效的方法。     

一种基于蛋形屈服函数的黏土等效塑性功硬化模型

为了研究不同加载路径下土体的硬化规律,首先进行一系列不同应力路径的黏土排水三轴试验,结果表明:塑性功Wp具有一定的应力路径依赖性,因而不适宜作为硬化函数参量.在此观察基础上通过引入等效塑性功(W)p消除该种应力路径依赖性,进而在蛋形屈服函数框架内提出一种广义的硬化模型.该模型以等效塑性功函数(H)((W)p)作为硬化参...     

水力–力学耦合的超固结非饱和土本构模型的隐式积分算法及其应用

超固结非饱和土经常出现于工程实践中,表现出复杂的力学性质。从已有的非饱和土水力–力学耦合的本构模型出发,将超固结的影响加入到了模型中,使模型可以考虑超固结对非饱和土力学性质的影响。超固结非饱和土本构方程的求解是一个复杂的非线性问题,给出了该超固结非饱和土水力–力学耦合模型的隐式积分算法和本构模型的一致切线模量,并对该算法进行验证,证明了该算法的正确性,最后采用该算法对某非饱和土质边坡在地下水位上升的情况下进行有限元分析。     

粘塑性有限元分析隐式积分方案公式的统一形式

本文推导了粘塑性有限元分析中隐式积分格式的统一表达式,它包括特雷斯卡（Tresca）、米赛斯（Von-Mises）、莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）、德鲁克-普拉格（Drueker-Prager）和监凯维奇（Zienkiewicz）五种屈服准则。并给出一个算例以说明这种公式的效果。     

角点型非共轴模型的半隐式应力积分算法及应用

针对基于屈服面角点非共轴理论建立的弹塑性本构模型,提出了对应的半隐式应力积分算法。在考虑非共轴项的应力更新方程中,塑性流动方向采用显示表示。构建非共轴塑性流动的Gram-Schmidt正交化过程则是基于已知应力条件定义。根据张量之间的正交性,进一步简化模型的应力更新方程,再推导该方程的牛顿迭代格式。然后将该算法编写进ABAQUS的材料用户子程序Vumat,将该非共轴模型应用于有限元分析。在Explict分析模块中,分析了不同非共轴模型参数模拟单剪试验和活动门问题的效果,并与共轴模型结果进行了对比。结果显示该半隐式算法收敛性好,强健有效,适用于工程分析。     

适用于膨胀性非饱和土的边界面模型的数值实现

基于完全隐式的Euler向后积分算法,对一个适用于膨胀性非饱和土的边界面模型提出一种应力积分方法。模型中的塑性变形具有双重机制即加载–湿陷机制和微观结构机制,并考虑力学行为与持水滞回间的耦合作用。依据当前应力状态、力学与持水模型中各塑性机制的发生情况,将应力积分过程中的当前增量步分为多种情况,针对每一情况利用Euler向后算法进行试算,并依据判定准则选取结果。其次,利用该模型分别对已有的吸力循环试验和三轴压缩试验进行了验证,以此反映模型的预测能力和算法的运行能力。最后,对比不同步长的应变控制试验路径下的计算结果,以此验证应力积分方法的稳定性和精度。     

广义塑性梯度模型的数值模型和数值算法

广义塑性梯度模型在双屈服函数中分别考虑塑性剪切应变和塑性体积应变的拉普拉斯项,用虚功方程和屈服函数的一致性条件建立控制微分方程。它有望在较全面地反映岩土介质基本力学性质的同时,也合理解释岩土介质的应变局部化现象。为得到上述控制方程的数值解答,同时对位移和塑性乘子进行离散,得到以节点位移和节点塑性乘子为基本未知量的非线性方程组,建立塑性乘子的边界条件,给出求解上述方程组的增量算法。数值算例表明：（1）发生应变局部化时,塑性剪切应变和塑性体积应变主要集中在应变局部化带中;（2）网格密度变化时,网格敏感性问题不再出现;（3）当模型的局部化参数增大时,应变局部化带的带宽也明显增宽。     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型参数标定及验证

基于混凝土结构设计规范提供的混凝土本构关系,通过引入损伤因子,对ABAQUS混凝土塑性损伤模型中所涉及的材料参数标定和验证进行了研究。用规范给予的本构关系对混凝土材料进行参数计算,然后对比分析模拟结果和规范曲线,来验证混凝土损伤塑性模型(CDP模型)参数设置的正确性;通过对一配置弯起钢筋的混凝土简支梁进行精细化建模,验证CDP模型在混凝土结构非线性分析中的可靠性,为钢筋混凝土结构精细化非线性有限元分析提供参考。     

基于能量耗散的土体本构关系及其参数确定

从热力学基本理论出发，研究了土体受力变形过程中的能量耗散函数，据此构造了土的弹塑性模型。模型的屈服轨迹、塑性流动、硬化规律及弹性规律均可通过自由能函数和耗散增量函数推导得到。研究中区分塑性功与能量耗散，引出了储存塑性功的概念，定性地讨论模型参数的物理意义及其取值。并通过拟合三轴试验曲线，确定了模型参数；将计算的应力一应变曲线及体变曲线或孔压增长与试验结果比较，验证了模型的有效性。这种本构模型的构造方法掘弃了以德鲁克公设为基础的传统塑性理论，自动满足热力学定律，具有较为严密的理论基础。     

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。     

概括平差模型中各种自协因数阵的秩及其应用

本文导出了概括平差模型中各种自协因数阵的秩,讨论了Q_z的秩对分组平差的影响。     

基于数码图像土石混合体结构建模及其力学结构效应的数值分析

 基于数码成像原理分析,利用土石混合体中块石与土体颜色属性的巨大差异,提出基于数码图像的土石混合体结构模型自动生成方法,并开发相应程序,以最直接、快捷、准确地反映土石混合体的空间结构。在此基础上,利用有限元数值模拟技术分析土石混合体的力学结构效应,也即在单轴压缩条件下土石混合体的高非均匀与非均质引起其应力场的结构效应非常显著,试样内应力的分布基本受块石的分布与形状控制。研究结果可为工程提供一定的参考。     

基于状态相关本构模型的松砂静态液化失稳数值分析

 采用有限元数值方法分析饱和砂土稳定性时,需结合能够正确反映体变特性的弹塑性本构模型来模拟可能出现的静态液化现象。推导出状态相关砂土本构模型的隐式积分计算方法,指出计算过程中可能出现的两类数值错误,并给出相应的数值处理方法。以二阶功为负作为液化判别准则,分析并对比不排水条件下松砂平面应变试件在快速加载和慢速加载2种情况下静态液化现象与规律的不同。以整体二阶功为负作为松砂边坡稳定的判别条件,对海底人工堆积松砂边坡进行稳定性分析。算例分析结果表明,该判别条件具有一定的合理性且该数值计算方法是可靠的。     

粘土岩饱和-非饱和渗流应力耦合模型及数值模拟研究

岩体中饱和-非饱和渗流、应力耦合行为对工程岩体的强度和稳定性有十分重要的影响。基于粘土岩实验室非饱和渗流试验的结果，将考虑塑性应变硬化的非饱和渗流、应力耦合模型、Hoek—Brown非饱和渗流、应力耦合模型应用于模拟某粘土岩竖井，研究其在开挖、通风、衬砌支护及长期运营期围岩内渗流从初始饱和→非饱和→近饱和的过程，以及竖井的非饱和流动区域大小对水力学参数（Biot固结系数、饱和度与毛细孔隙压力、水相的相对渗透系数与饱和度）的敏感性。结果表明：水力学参数对非饱和渗流的影响区域非常显著，尤其是水相的相对渗透系数与饱和度的关系。力学模型的差异对非饱和区的影响几乎可以忽略不计。     

粘土岩饱和–非饱和渗流应力耦合模型及数值模拟研究

岩体中饱和–非饱和渗流、应力耦合行为对工程岩体的强度和稳定性有十分重要的影响。基于粘土岩实验室非饱和渗流试验的结果,将考虑塑性应变硬化的非饱和渗流、应力耦合模型、Hoek-Brown非饱和渗流、应力耦合模型应用于模拟某粘土岩竖井,研究其在开挖、通风、衬砌支护及长期运营期围岩内渗流从初始饱和→非饱和→近饱和的过程,以及竖井的非饱和流动区域大小对水力学参数(Biot固结系数、饱和度与毛细孔隙压力、水相的相对渗透系数与饱和度)的敏感性。结果表明:水力学参数对非饱和渗流的影响区域非常显著,尤其是水相的相对渗透系数与饱和度的关系。力学模型的差异对非饱和区的影响几乎可以忽略不计。