Hardfill筑坝材料应力—应变特性与本构模型研究

中文摘要:胶凝砂砾石（Hardfill）材料是用少量胶凝材料将砂砾料固结得到的一种低强度筑坝新材料。通过对材料试验资料的分析,获得Hardfill材料应力—应变关系的特点为：表现出较典型的弹塑性材料应力—应变特征;在低应力水平表现为线弹性性质,当应力达到峰值强度的60%~80%后逐步进入弹塑性阶段,直至达到峰值强度;其后,应力随着应变的增长而减小,表现出明显的软化特征,最后趋近于残余强度。研究建立了Hardfill材料的非线性本构模型,模型共有9个参数,可以通过三轴试验方便地确定。将模型计算所得的应力—应变关系曲线与Hardfill材料试验数据进行对比,吻合程度较好,表明此模型能够较准确地反映Hardfill材料的应力—应变特性。该本构模型可以方便地应用于Hardfill坝非线性结构分析。     

风城油砂三轴力学特性及其本构模型研究

油砂是一种具有自锁结构的致密沉积砂,其力学特性较疏松砂岩更为复杂。针对新疆克拉玛依风城油砂矿的地下储层岩芯,开展了室温三轴固结排水压缩试验,详细探讨了油砂在不同围压下的三轴力学特性。结果表明,典型的油砂应力–应变关系呈驼峰曲线,存在应变软化与剪胀现象;试验边界条件与围压对油砂力学特性具有重大影响,并决定了其破坏模式及峰后软化行为;油砂变形模量、泊松比在对数坐标下与围压存在线性关系,低围压时抗剪强度近似服从莫尔–库伦准则。借鉴南水非线性模型及成都科大模型,分别讨论了风城油砂的应力应变本构关系,在此基础上修正得到新的推广双曲线模型,指出修正的成都科大模型较南水模型能更好地描述油砂的应变软化特性,也能适当地考虑剪胀效应,对深入研究中国本土油砂的力学特性及石油工程应用具有重要意义。     

铝硅合金流变模型及应力－应变本构关系的研究

通过Ａｌ－Ｓｉ合金准固态流变性能的测试，建立了该合金准固态流变模型，并推导了轴对称铝硅合金铸件凝固过程应力－应变本构方程，为开展铸件凝固过程热应力数值模拟和热裂预测提供了可靠的理论依据。     

等应变率加载下冻土粘弹塑性应力应变本构模拟

借助模型分析,通过等应变率下对不同含水量、不同温度的兰州粉结冻土试样在单轴加载条件进行应力测试,得到应力应变曲线。根据粘弹塑性体模型,结合试验曲线特征,选择应力应变的方程形式。以其中一个组典型的试验结果为例进行拟合数据处理,获得拟合的应力应变曲线,确定方程中的参数。再将方法用于不同情况下的实验曲线处理,得到10％和20％两种含水量：-10℃和-20℃两种试验温度下冻土试样的测试的应力．应变三阶段全过程本构方程。结果表明,由此得到的方程能很好地描述冻土的材料特性。     

土工格栅加筋碎石土本构模型试验研究

在大型三轴仪上进行素碎石土和加筋碎石土排水剪切试验 ,探讨了加筋碎石土的应力 -应变特性 ;提出了塑料土工格栅加筋碎石土的E_S非线性本构关系模型 ,并确定了模型的计算参数 ,为加筋碎石土的理论计算提供了依据     

广州地区软土应力应变特性研究

本文对广州地区淤泥质软土固结排水剪切的归一化性状进行研究，在此基础上提出了一个适合于描述该类软土应力应变特性的本构模型，该模型参数少，且易于确定，对于其他地区的软土，模型也具有一定的适用性。     

水泥复合土本构模型的试验研究

水泥土属于新型的建筑材料,具有良好的工程特性,因此关于水泥土的研究近几年得到了长足的发展。但关于其本构关系模型的研究,由于土的复杂性及不可重复性,想要建立一个各种土体通用的模型是不可能的,因此寻求一个具有针对性的模型显得更具实际意义。笔者针对以内蒙古河套地区特有的粉质粘土配制的水泥土,结合大量室内试验,建立了在单轴受压状态下符合其特点的本构关系模型。     

复杂应力路径下土的本构模型研究

本文结合粉土着重研究复杂应力路径下，土的应力～应变～体变特性。提出考虑土的应变软化、剪胀（剪缩）性和应力路径影响的非线性弹性模型。通过试验成果验证，分析模型的适用性。     

重庆红粘土本构模型验证

以重庆红粘土为研究对象,通过对重庆红粘土在不同应力路径加荷条件下的应力－应变关系的分析研究,运用“土的本构关系图象程序”对重庆红粘土本构关系,进行了四种本要模型验证,认为非线性弹性成都科技大学Ｋ－Ｇ模型和殷宗泽双曲服面弹塑性模型能反映重庆红粘土应力－应变关系的本构模型,提出了相应的模型参数。     

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.     

Hardfill坝断面优化设计的探讨

介绍了一种新的碾压混凝土坝形式——Hardfill坝,这种新坝型综合了碾压混凝土坝和堆石坝的特点,筑坝材料为一种放宽要求的贫碾压混凝土——Hardfill.参照混凝土重力坝和土石坝断面设计方法,对Hardfill坝的断面形式进行研究.结合Hardfill坝的特点,加入了稳定坡角这一约束条件,提出了Hardfill坝体型优化设计方法,可作为Hardfill坝断面设计的参考.     

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。     

含统一屈服面的非饱和黏性土弹塑性本构模型

首先将非饱和土巴塞罗那基本模型(Barcelona basic model,BBM)中的加载湿陷(loading collapse,LC)屈服面和吸力增加(suction increase,SI)屈服面统一为一个光滑的屈服面,然后基于弹塑性理论导出相应的弹塑性本构模型.统一屈服面的优点是可以进行LC屈服和SI屈服二者之间的耦合分析,即能模拟净应力和吸力同时变化的加载路径.此外,由于所建模型的屈服面没有尖点,因而可以简化数值模拟计算.所建模型共有14个参数,其中12个与非饱和土的物理力学性质和塑性屈服特性有关,另外2个与土的塑性硬化特性有关,所有参数都可通过非饱和土室内控制吸力的三轴等压和剪切试验确定.所建模型的模拟结果与本次试验研究及已发表文献中试验数据的对比表明,二者之间有较好的吻合,说明所建模型的合理性及有一定的实用价值.     

基于金属材料统一本构及损伤理论的模型研究

结合传统的弹塑性本构理论和损伤演化方法,根据不可逆热力学定律,引进了非弹性乘子,给出金属材料含损伤、运动硬化和等向硬化内变量的非相关流动势函数,推导出流动方程以及内变量演化方程,构建金属材料的粘塑性统一本构模型,反映出金属材料在加卸载情况下的应力应变以及相应的变化特性．     

基于最大能量耗散率原理的黄土本构模型参数的研究

基于最大能量耗散率原理的黄土弹塑性本构模型，设计出获取该模型参数的室内试验方案，并以泾阳南塬为研究区域，研究不同含水率下Q₃马兰黄土本构参数的取值范围和硬化函数的形式。研究结果表明：泾阳南塬Q₃马兰黄土塑性剪应变的硬化函数呈双曲线型，其参数a取值范围在0.002至0.02之间，参数b在0.01至0.05之间；塑性体应变的硬化函数呈三次函数型，其参数m₁、m₂、m₃取值在0.001至1之间；体积模量K取值在40 MPa至130 MPa之间，剪切模量G取值在20 MPa至60 MPa之间；与试验数据对比验证，该本构模型通过试验方案取得的参数，可以准确地描述泾阳南塬Q₃马兰黄土的应力应变关系。     

Nonlinear Elastic Constitutive Model of Soil-Structure Interfaces Under Relatively High Normal Stress

The shear characteristics of soil-structure interfaces with different roughness are studied systematically by using the DRS-1 high normal stress and residual shear apparatus. The experimental results indicate that, under a relatively high normal stress, normal stress and the coefficient of structural roughness are the most important factors affecting the mechanical interface characteristics. The relationship between shear stress and shear displacement of the soil-structure interface is a hyperbolic curve with high regression accuracy. Based on our experimental results, a nonlinear elastic constitutive model of the soil-structure interface under relatively high normal stress is established with a definite physical meaning for its parameters. The model can predict the strain hardening behavior of the soil during the shearing process. The results show an encouraging agreement with experimental data from direct shear tests.     

马兰黄土软化型本构模型研究

通过对不同含水量的马兰黄土的单轴压缩试验、固结不排水剪切试验、固结排水试验,在深入了解马兰黄土本身独特的物理力学性质的基础下,分析了马兰黄土的应力—应变曲线特性及物理意义,提出了马兰黄土的软化本构模型。该模型准确的描述了轴向应变不高于5%~6%的马兰黄土应力-应变关系,揭示了马兰黄土在低应变的条件下的受力机理,也为进一步研究马兰黄土的其他各种力学机理提供了理论基础。同时对所得到本构模型的各参数的变化规律进行了分析,分析结果表明参数a和b都是含水量和围压的函数,并且两者都呈一定的变化规律。