基于非线性接触本构的颗粒材料离散元数值模拟

在考虑颗粒间细观非线性接触关系的基础上,基于空隙胞元法,采用颗粒离散元法对二维颗粒体试样进行了平面应变数值模拟。颗粒间接触用广义弹簧单元表示,相邻颗粒接触点的塑性变形用非线性弹簧表示。在准静态、小变形条件下,研究了试样的微观织构变化和宏观力学行为。单个空隙胞元的变形通过周围颗粒的相对运动来计算,将离散系统中的变形与连续体中的相应变形联系起来,应用于颗粒离散元方法中平均应力的计算。文中给出了细观尺度上局部织构(通过空隙数,接触价键,配位数来表征)的变化过程,对比了不同情况下的应力–应变关系曲线,再现了试样的加卸载曲线。结果表明了颗粒介质之间的咬合作用对材料的宏观力学行为有比较明显的影响。     

岩土破损力学:理想脆弹塑性模型

岩土破损力学把结构性岩土材料抽象成由胶结强的胶结块和无胶结的软弱带组成的二元结构体 ,变形过程中胶结块逐步破损并向软弱带转化。从不均质材料的均匀化理论出发推导了破损参数的演化规律 ,并通过一种理想脆弹塑性模型合理地描述了岩土材料在低围压下软化和高围压下硬化的典型力学行为     

岩土小应变问题研究进展

岩土小应变情况下表现出许多与一般中大应变实验不同的特性。现场测试表明岩土工程中应变一般都比较小。因而近年来岩土小应变问题受到重视.本文对当前岩土小应变力学行为实验研究与本构模型研究进展进行了较为系统的描述。提出了合理描述岩土小应变力学特性需要进一步研究的几个问题。     

岩土材料破损特性的颗粒流研究

基于颗粒流理论,利用颗粒接触胶结本构模型,建立结构性岩土材料的颗粒流模型。通过颗粒流数值模拟试验,对结构性岩土材料破损的细观机理作了初步的研究。试验中采用胶结在一起的小圆盘去代替一个可破碎颗粒,再在可破碎颗粒之间施加适当的胶结,形成结构性岩土材料试样。在试验过程中通过记录胶结破损的数目和空间位置,就可以直观反映结构性岩土材料破损特性。试验表明试样在低围压下压缩试验中应力应变曲线表现为软化型,伴随剪切带的形成,有必要区分体积破损率和面积破损率。试样在高围压下压缩试验应力应变曲线表现为硬化型,没有明显的剪切带形成,表现为体积破损。分析表明颗粒流方法是研究岩土材料破损特性的一个有力工具。     

岩土小应变问题研究进展

岩土小应变情况下表现出许多与一般中大应变实验不同的特性.现场测试表明岩土工程中应变一般都比较小.因而近年来岩土小应变问题受到重视.本文对当前岩土小应变力学行为实验研究与本构模型研究进展进行了较为系统的描述.提出了合理描述岩土小应变力学特性需要进一步研究的几个问题.     

简析混凝土非线性分析中的本构关系

对混凝土非线性分析中本构关系的研究现状作了介绍与评述,并对线弹性类、非线弹性类及基于弹塑性理论的混凝土模型进行了分析,最后对其今后的发展趋势进行了展望,为其进一步的研究分析奠定了基础。     

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。     

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。     

考虑颗粒破碎的动力UH模型

在已发展的考虑颗粒破碎效应的静力UH本构模型基础上,采用变换应力方法,将原模型拓展为适用于无黏性土的动力统一硬化模型（DUH模型）。具体做法：①针对静力模型中屈服面形状随当前应力状态变化而改变的现状,采取含有 p 变换的变换应力方法,将原真实应力空间中变化的屈服面变换为变换应力空间中的椭圆屈服面;②采用旋转硬化规则,在变换应力空间中椭圆的位置以及形状由旋转轴来确定,并建立了一并考虑等向硬化以及旋转硬化的混合硬化参数;③在变换应力空间中,参考屈服面与当前屈服面之间通过应力比参数 R 来建立联系。模型参数较少。通过3种不同岩土材料在高围压下的单调以及循环加载试验结果的比较,验证了所提DUH模型的合理性。     

等效时间和岩土材料的弹粘弹性模型

介绍描述岩土材料蠕变的等效时间,参考时间线等概念和如何用这些概念推导出一个简单的维弹粘塑性（１－ＤＥＶＰ）本构模型。还介绍了确定模型参数的方法,殷－Ｇｒａｈａｍ模型及其试验验证,和用土与岩石的试验数据来验证等效时间和蠕变速率与加载历史下无关的结论。     

砂土液化分析的散粒体模型(英文)

在归纳砂土组构张量研究成果的基础上提出一个与已有弹塑性模型不同的新的增量非线性模型。该模型全面地考虑了平均压应力、归一化剪应力、Ｌｏｄｅ 角和主应力轴变化所引起的可逆和不可逆的变形,成功地模拟了单调荷载下密砂的剪胀软化和松砂的不排水剪切失稳现象,往复荷载下的残余变形和孔隙压力积累以及Ｌｏｄｅ 角和主应力轴变化下的液化现象。     

基于破碎能耗的粗颗粒料本构模型

现有的考虑颗粒破碎的本构模型主要是通过引入颗粒破碎率来反映颗粒破碎对材料力学性质的影响,由于颗粒破碎率只是粗颗粒料在受外荷作用下的一种外部表现,在测定的其它参数中实际上已经包含了颗粒破碎的影响,因此为反映颗粒破碎而引入颗粒破碎率的方法是不合适的。基于Ueng和Chen剪胀方程,通过分析三轴剪切试验过程中的能量平衡,提出了考虑颗粒破碎的剪胀方程及其参数确定方法。将Rowe剪胀方程和考虑颗粒破碎的剪胀方程分别引入Duncan E-非线性模型和沈珠江“南水”双曲服面模型,通过与三轴CD剪切试验成果的对比分析和工程实例的有限元数值分析,表明所提模型可较好地反映材料的剪胀特性。如采用弹塑性模型尚能反映颗粒破碎在增加变形的同时降低了材料的强度等特性,验证了所提模型的合理性和可靠性。与现有的考虑颗粒破碎的本构模型相比,所提模型具有试验工作量小、参数少和参数物理意义明确等优点,便于在工程中推广使用。     

用于触探试验分析的粒状材料本构模型之展望

讨论了用于触探试验分析的粒状材料本构模型。利用二维离散元程序,对粒状材料触探试验进行数值模拟,研究了地基中的应力路径与应力场,然后基于土力学中的最新知识,分析总结出试验中粒状材料的主要力学特点。研究表明,在粒状材料的触探试验分析中,其本构模型应当包含4个主要特性:剪胀性、率相关性、颗粒破碎和非共轴性。     

考虑时间效应的粒状材料的UH模型

近年来,山区支线机场建设日益增多。机场高填方工程往往填方量较大,就地取材,填料含有土料、砂料、堆石料等不同岩土材料。准确预测填料的工后沉降变形影响到机场的安全性和正常运营。相对于黏土,粒状材料特性往往更复杂,可能会出现颗粒破碎等现象。现有的黏弹塑性本构模型大部分只适用于黏土,不能直接用于计算粒状材料流变变形。本文提出一个能够统一描述黏土和粒状材料应力–应变–时间特性的考虑时间效应的粒状材料的UH模型。并且给出了将该模型利用ABAQUS二次开发接口,编写用户子程序,进行有限元实现的过程。最后,利用模型对黏土剪切蠕变试验及砂土三轴不排水试验进行预测,并与试验结果对比,验证了模型的正确性,说明模型能够较好地描述黏土和粒状材料的应力–应变–时间关系。     

考虑级配效应的粒状材料本构模拟

粒状材料被广泛应用于岩土工程中,其颗粒级配变化特性会影响材料的力学性能特别是承载力特性。为了更好地描述级配对粒状材料力学性能的影响,基于弹塑性力学和临界状态土力学,将依赖颗粒级配的临界状态线引入到一个简单的本构模型中。应用此模型来模拟不同粒状材料(DEM理想球体、人工材料玻璃球和天然砂土Hostun砂)的三轴排水/不排水实验。结果表明:此模型仅采用一组级配相关的临界状态参数就可以统一描述不同颗粒级配粒状材料的力学响应。     

考虑可逆与不可逆剪胀的粗粒土动本构模型

在边界面塑性理论的框架内,建立了一个新的粗粒土动本构模型。在模型中,剪胀体应变由一个可逆的体应变分量和一个不可逆的体应变分量构成。前者取决于当前剪应力的大小和方向,后者主要取决于剪切作用的历史,它们分别服从不同的剪胀规律。建立了描述可逆剪胀与不可逆剪胀体应变的数学表达式,探讨了可逆和不可逆剪胀体应变分量对应力应变关系的影响,并通过数值模拟与试验结果的对比对模型进行了初步验证。     

二维粒状材料双轴压缩试验系统的研制与应用

为研究粒状材料的力学特性及其与材料细观组构演化之间的关系,新研制了一套适用于粒状材料的二维双轴压缩试验系统,并以金属棒等模拟材料组成的二维堆积体为试验对象,在水平和竖直两个方向独立加载,能实现常侧向压力、等p和等应力比等多种应力路径。采用数字照相结合图像相关分析技术高精度地实现了对材料细观组构的跟踪测量,并可分析二维粒状材料内部的应变局部化及细观组构的演化过程。使用该双轴压缩试验系统,针对椭圆形截面金属棒组成的二维粒状材料试样进行了常侧向压力的压缩试验,验证了该试验系统的有效性。     

粘性与粒状土回填加筋土挡墙的有限元分析

采用ANSYS有限元通用程序包,对运用了拉伸性筋材的面板式加筋土挡墙的实际破坏机理进行了分析,将该程序所揭示的破坏机理和当前的设计方法进行对比,得出了对于粘性与粒状回填土在临近破坏时,衍变中的破裂面逐渐地转变成直线滑动状态的结论。