胶凝砂砾石材料本构模型研究

胶凝砂砾石材料是一种低强度的筑坝新型材料.在分析胶凝砂砾石材料三轴试验数据的基础上,得出胶凝砂砾石材料的初始切线弹性模量、残余强度和峰值强度与围压的关系,从而建立了包含6个参数的非线性软化本构模型.将建立的本构模型计算所得的理论曲线与三轴试验数据进行对比,吻合情况良好,说明该模型能够较好地反映胶凝砂砾石材料的应力-应变特征,可以为胶凝砂砾石坝的非线性分析提供依据.     

胶凝砂砾石坝基础理论研究

依托水利部公益性行业科研专项经费项目,对胶凝砂砾石材料进行系统而全面的试验研究.掌握胶凝砂砾石材料力学特性,建立材料性能指标体系;寻求适合胶凝砂砾石材料性能的合理的本构模型;研究坝体应力、应变实际分布状态,确定坝体基本剖面设计原则和控制标准;并对胶凝砂砾石材料在温度变化及冻融影响下的耐久性进行深入研究.促进这一具有明显优越性新坝型的快速发展.     

胶凝砂砾石坝应力及变形特点研究

为了研究胶凝砂砾石坝应力和变形的特点,基于摩尔-库伦软化模型和混凝土弹塑性损伤本构模型,设置正常蓄水和超载2种工况对守口堡胶凝砂砾石坝的坝体模型进行有限元分析,并将正常蓄水工况结果与物理模型试验结果进行对比,探究该胶凝砂砾石坝的应力和应变特点。结果表明:正常蓄水工况下,该大坝的应力和变形结果与模型试验结果相近,应力及位移的分布规律、大小基本一致,该结果验证了数值模拟结果的准确性;超载工况下,该大坝的这2种本构模型的应力和应变计算结果相近,应力和位移分布规律一致,且均在坝踵处出现损伤,均未出现整体破坏的情况,说明守口堡胶凝砂砾石坝设计合理,抗压和抗拉特性良好。其模型试验结果及数值模拟结果可为工程实际提供参考。     

胶凝砂砾石材料宏细观参数及破坏模式研究

采用颗粒离散元方法对胶凝砂砾石材料开展了大量压缩试验,探讨了胶凝砂砾石材料的细观参数和宏观力学参数间的相关性。研究结果表明:材料的弹性模量E与平行黏结法向刚度■和切向刚度■、接触黏结法向刚度k_n、平行黏结黏聚力■呈线性相关,与摩擦系数f呈非线性相关;应力峰值σ_d与接触黏结切向刚度k_s呈线性关系,应力峰值σ_d与平行黏结抗拉强度■、■、f呈非线性关系;结合室内试验,得出了适合胶凝砂砾石材料的细观参数。在此基础上,进一步从细观角度揭示了材料的破坏演化过程。从细观试验来看,试件内部每一次裂纹的产生均伴随着应力降,试件的破坏是一个由内向外发展的过程;第一条主裂缝的贯通出现在峰值应力后,伴随着应力降,裂缝宽度逐渐增大,由于试件受力部位的转移导致第二条主裂缝的贯通,试件最终呈共轭型破坏。     

用水量对胶凝砂砾石抗压强度的影响

胶凝砂砾石材料是一新型筑坝材料,拥有广阔的发展前景。用水量是影响胶凝砂砾石强度的重要因素。通过抗压强度试验分析用水量对胶凝砂砾石抗压强度的影响,得出:最优用水量随胶凝材料掺量的增大而增大,随砂率的增大而增大,最优用水量为85~125 kg/m~3;最优水胶比随胶凝材料用量的增加而减小,随龄期的增加呈减小的趋势,最优水胶比为0.95~1.35。用水量对抗压强度的影响仅次于水泥用量,在施工过程中,应将其作为胶凝砂砾石材料的一项重要参数来控制,以保证胶凝砂砾石材料的性能。     

胶凝砂砾石坝体的受力特性及超载能力分析

为了研究胶凝砂砾石坝体的受力特性,运用线弹性有限元方法,计算坝体的应力分布和变形性态.为了研究坝体的极限承载能力和安全储备情况,采用D-P弹塑性模型来模拟胶凝砂砾石本构关系,同时建立非线性有限元模型,对胶凝砂砾石坝体进行了容重超载法、水头超载法和降强安全储备的研究.     

基于虚加刚性弹簧法的守口堡坝的有限元分析

基于虚加刚性弹簧法,结合山西守口堡坝实际工程,在已经建立的具有软化特性的胶凝砂砾石材料的本构关系模型的基础上确定模型需要的参数,对坝体进行有限元分析,得到坝体的应力与位移的等值线图.经有限元分析知,虚加刚性弹簧法的弹性模量大小对坝体的应力和位移影响不大,虚加不同的弹性模量的目的在于解决应力-应变曲线的软化问题.该成果可以为胶凝砂砾石坝体拟定合理的剖面提供依据.     

Hardfill坝与重力坝结构特性对比分析

摘 要：Hardfill坝是一种介于重力坝与土石坝之间的新坝型,其基本剖面为对称梯形,上游设防渗层,采用一种称为Hardfill的低强度材料通仓碾压填筑。为了解Hardfill坝的结构安全性能,以重力坝作为参照,运用结构模型试验方法,结合有限元数值模拟,对Hardfill坝的应力和变形进行研究,分析其结构方面的特点及优势。研究结果表明：Hardfill坝在各种工况下均有良好的工作性能,坝体以压应力为主,整体应力水平较重力坝低,应力梯度较小,且基本沿剖面中心线呈对称分布,无明显应力集中。在相同超载倍数下,Hardfill坝坝体变位较重力坝小。对比表明,Hardfill坝极限承载能力强,超载系数大,坝体应力分布均匀,是一种高安全性的坝型。     

Hardfill坝与重力坝结构特性对比分析

Hardfill坝是一种介于重力坝与土石坝之间的新坝型,其基本剖面为对称梯形,上游设防渗层,采用一种称为Hardfill的低强度材料通仓碾压填筑。为了解Hardfill坝的结构安全性能,以重力坝作为参照,运用结构模型试验方法,结合有限元数值模拟,对Hardfill坝的应力和变形进行研究,分析其结构方面的特点及优势。研究结果表明:Hardfill坝在各种工况下均有良好的工作性能,坝体以压应力为主,整体应力水平较重力坝低,应力梯度较小,且基本沿剖面中心线呈对称分布,无明显应力集中。在相同超载倍数下,Hardfill坝坝体变位较重力坝小。对比表明,Hardfill坝极限承载能力强,超载系数大,坝体应力分布均匀,是一种高安全性的坝型。     

胶凝砂砾石材料参数概率统计和相关距离分析

胶凝砂砾石坝筑坝材料具有较大的变异性,有必要研究其参数概率分布形式。通过对3座大坝工程现场试验资料的分析,基于χ²或K-S有限比较法对胶凝砂砾石材料参数进行概率统计分析,提出参数分布的推荐概型：采用正态分布作为密度的分布概型;采用对数正态分布作为弹性模量的分布概型;采用对数正态分布作为强度的分布概型;采用β分布作为泊松比ν的分布概型。对胶凝砂砾石坝相关距离问题进行探讨,指出其竖直向相关距离可取0.5～2.0 m,水平向可取5～30 m。     

超固结土的蛋形弹塑性本构模型

为了描述超固结软土在不同应力条件下的强度变形特征,以蛋形函数为基本框架,建立并发展适用于超固结土体的弹塑性本构模型. 通过对一系列超固结土应力路径三轴压缩试验结果的分析,探讨土体在超固结状态下塑性应变的发展规律(剪胀/剪缩). 在先前提出的旋转塑性势面流动法则基础上对其进行发展与改进,引入峰值应力比,构建剪胀状态下归一化塑性势面旋转角与应力状态参数之间的近似线性关系,以满足超固结土的塑性变形特性. 结合基于等效硬化参量的广义塑性功硬化原理构建超固结软土的蛋形弹塑性本构模型. 将三轴压缩试验数据与数值预测结果进行对比以验证模型有效性,结果表明该模型可以有效反映超固结软土在不同加载条件下的应力应变特性,比如软化与剪胀.     

软岩S形应力-应变曲线的数值模拟

针对软岩在荷载作用下的变形特征,结合三轴试验提出了软岩四参数本构方程。从数学理论上严格证明了该方程描述的应力-应变曲线的S形特征。该模型的四个参数中,峰值应力及其相应应变可由试验直接获得,另两个参数则需通过优化反演方法获得。在此基础上建立了四个参数与围压的经验关系式,从而可对不同围压作用下的软岩应力-应变曲线进行估算。数值模拟表明该模型能够有效模拟软岩应力-应变曲线的S形特征,能够反映软岩强度与弹性模量随围压增大的特点。     

基于不同地基条件下Hardfill坝的破坏模式及稳定性研究 (研究生论坛）

Hardfill坝是一种介于重力坝与土石坝之间的新坝型,坝体结构特性较好,整体应力水平较低,应力集中不明显,但是Hardfill坝对于地基的适应能力如何还有待了解,所以对其在不同地基条件上的结构破坏模式与稳定性的研究很有必要。本文采用地质力学破坏模型试验和有限元计算,针对在外荷载作用下Hardfill坝在均质地基以及含有复杂结构面的地基上的破坏模式及其稳定性开展研究。结果显示：在均质地基上Hardfill坝由坝踵首先开裂,并沿着建基面一直贯通直至坝趾处发生整体失稳,超载安全系数较大;在含有软弱结构面的复杂地基上的坝与地基主要在软弱结构面出现塑性破坏,最终沿软弱结构面发生滑动失稳,稳定安全度相对于均质地基较弱。     

堆石料的三维应力分数阶本构模型

为合理反映粗粒土的状态依赖非关联应力-应变特性,提出应力分数阶塑性力学模型。已有模型基于三轴试验结果,无法对堆石料真三轴条件下的应力-应变特性进行预测,为解决这一问题,基于特征应力法对已有分数阶塑性力学模型进行完善。进一步选取不同初始状态条件下堆石料的真三轴压缩试验数据对模型进行验证,结果表明,三维化后的分数阶岩土塑性力学模型可以合理地模拟不同初始状态的堆石料在真三轴压缩条件下的应力-应变行为。与传统塑性力学模型相比,提出的分数阶塑性模型在描述堆石料非关联流动时不需要额外引入塑性势函数,仅需对已有屈服面求解分数阶导数。此外,模型在特征应力空间中推导完成再映射到原应力空间,可描述土体的三维强度特性,无需额外采用三维强度准则。     

复杂应力条件下土的结构性本构关系

结合陕西杨凌非饱和黄土不同条件下的三轴试验资料，将作者提出的一种新的土结构性定量化参数（应变型综合结构势）引入土的强度变形特性分析，发现在同一围压下土结构性参数对不同影响因素下的应力应变曲线均具有较好的归一化作用。基于归一化曲线所表现出的双曲线特征，用类似邓肯一张模型的处理手法构造了非饱和黄土的结构性本构关系，本构模型的参数均可由试验确定。由于本文提出的土结构性本构关系引入了能够反映复杂应力状态的土结构性参数并且与邓肯一张模型形式相同，因而具有应用范围广泛和便于程序分析的潜力。试验验证表明，结构性本构关系可以较好地反映非饱和黄土的强度变形关系。     

基于Mohr准则的岩石损伤本构模型及其修正研究

基于Mohr准则,重新定义了岩石微元强度。考虑岩石微元强度服从随机分布的特点,结合损伤力学理论和统计强度理论,建立了三轴压缩条件下岩石损伤本构模型。为使建立的模型更具一般性,分析了模型参数与围压的关系,并据此对模型参数进行合理修正,从而建立出完整的岩石损伤本构模型。与试验结果比较,所建模型可以灵活地模拟各级围压下岩石破裂过程的全应力应变关系,尤其是应变软化特性。同时,该模型形式简单,应用方便,接近工程实际。     

考虑扰动影响的修正Duncan-Chang模型

根据中国ISO标准砂在不同条件下的三轴试验资料,发现相对密实度对砂土强度和变形特性有显著影响.基于扰动状态概念(DSC)理论,以砂土相对密实度为扰动参量,建立统一扰动度函数表达式;根据试验结果,建立参数K和峰值强度与统一扰动度之间的函数关系式,提出考虑扰动影响的修正Duncan-Chang模型.给定砂土材料参数d、g以及初始状态下的Duncan-Chang模型参数,通过该修正模型可以对任意扰动度下的砂土应力-应变关系进行预测.试验验证表明,修正Duncan-Chang模型可以较好地反映相应扰动状态下砂土的应力-应变关系.     

考虑应变强化的高压缩性黏土修正双曲线模型

研究了武汉地区高压缩性黏土弹塑性本构模型。基于Duncan E～v双曲线模型,对等压固结条件下CTC应力路径三轴实验数据进行了数据拟合,得到了该条件下的非线性应力应变关系,并将卸载-再加载试验曲线的平均斜率作为卸载模量,引入了加卸载函数作为判定加卸载的准则。将该模型嵌入有限元程序对三轴压缩试验进行数值模拟,并与Duncan模型数值解及试验曲线作对比。结果表明,该模型较Duncan模型能更好的体现正常固结黏土在CTC路径下的应力应变关系,特别是加载后期的应变强化效应,与试验曲线的最大相对误差不超过5％。