考虑剪切硬化的砂土临界状态本构模型

基于临界状态土力学框架,建立了一个剑桥类砂土本构模型,适用于单调静力荷载,加入了剪切硬化、依赖状态的剪胀的概念。屈服面采用倒子弹头型,硬化规律不是采用剑桥模型的体变硬化,而是借鉴Hashiguchi次加载面模型的思想,推导出与Norsand砂模型相同的增量形式的塑性剪应变硬化表达式。流动法则采用加入状态参数概念的修正的Rowe应力剪胀关系,该模型能考虑砂土变形特性对密度和固结压力的双重依赖型,只用一组材料参数就能模拟不同密度和固结压力下的应力应变响应,可反映材料的软化。通过与常规三轴试验、等p路径三轴试验等结果的对比,表明该模型是合理的、有效的。     

北京地区黏质粉土三轴试验与分析

利用北京地铁十号线某段的重塑黏质粉土试样,采用英国GDS的多功能静三轴仪分别进行了固结排水和固结不排水的三轴压缩试验,得到了该种土的应力-应变曲线,并给出了土的抗剪强度指标与模型参数。基于通用有限元软件ABAQUS使用Mohr-Coulomb模型、Druker-Prager模型和修正剑桥模型模拟了土样三轴试验的破坏过程,分析了剪胀特性对土样破坏形式的影响,结果表明修正剑桥模型不能反映土的剪胀特性,而Mohr-Coulomb模型、Druker-Prager模型则过大地考虑了土的剪胀特性;考虑剪胀性的模型计算固结排水情况易出现剪切带,而不能考虑剪胀性的模型计算固结不排水情况易出现剪切带。     

土的统一硬化模型及其发展

土的统一硬化模型是以修正剑桥模型为理论基础,以采用统一硬化参数使其简明反映土的剪胀性、以采用变换应力方法使其合理反映土的三维特性为标志性特征,可针对不同类型土的特性,通过对统一硬化参数作适当调整,来建立与其相应的模型。统一硬化模型被发展为黏土和砂土的统一硬化模型、统一硬化超固结土模型、统一硬化K0超固结土模型、考虑砂土软化的模型、考虑土的材料各向异性的模型等十余种模型。这些模型能分别描述土的剪缩、剪胀、硬化、软化、超固结性、初始应力各向异性、材料各向异性、结构性、蠕变压缩和渐进状态等特性以及大应力条件下颗粒破碎和循环加载条件下土的变形特性等。     

饱和黏土静力及循环稳定弹塑性分析

为了评价黏土地基在结构自重及海洋风、浪等荷载作用下的稳定性,在临界状态理论框架中,基于修正的运动硬化弹塑性模型,模拟静力及循环荷载作用下饱和黏土的力学响应。通过修正已有模型的硬化规律,使其能够更好地描述黏土静力和循环受力特性;建立类似于修正剑桥模型的边界面方程,以适应等向硬化及修正的运动硬化规律;采用径向映射法则及移动的映射中心模拟应力–应变曲线的滞回性;构建适当的塑性模量插值函数,描述饱和黏土在低应力水平下的循环稳定特性。通过对相关文献中及天津黏土循环三轴试验结果的模拟,验证模型的合理性和有效性,结果表明,修正的模型具有模拟黏土静力及循环稳定等特性的能力。     

砂土剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响

为了研究饱和砂土的剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响,选取滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪较系统地开展了一系列不同初始密度、不同固结压力条件下的排水与不排水纯扭剪试验研究,在总应力保持不变的情况下研究了砂土的剪胀剪缩特性,着重探讨了在排水与不排水试验中,不同密度和不同有效围压的砂土在单调剪切荷载作用下的应力-应变关系、硬化与软化、土体的剪胀剪缩以及强度等特性。结果表明:砂土密度和固结压力对砂土剪胀剪缩特性具有显著的影响;砂土的剪胀剪缩特性对砂土的排水、不排水强度以及应力-应变关系产生显著的影响;由于剪胀剪缩特性的影响,砂土的不排水抗剪强度甚至可能高于排水抗剪强度;研究成果可为今后砂土的本构模型和数值模拟提供试验资料。     

复杂加载下统一硬化模型的有限元应用

等幅循环加卸载条件下,经典弹-塑性模型无法描述再加载过程中土体的塑性变形。统一硬化模型参数与Cam-clay模型完全相同,不仅能够描述土的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径依赖性等特性,而且能够描述循环加载条件下再加载过程中土体发生的塑性变形。通过将UH模型推广应用到复杂加载情况,并进行循环荷载作用下地基承载力有限元的模...     

基于广义塑性理论的堆石料动力本构模型研究

分析了堆石料在等幅与不等幅应力循环荷载作用下的变形特性,以此为基础,确定了不同加载过程中堆石料的剪胀方程,加载方向,切线模量及塑性模量,建立了一个可以考虑堆石料循环加载特性的广义塑性本构模型.模型将所有的加卸载阶段都视为弹塑性过程,并在剪胀方程中引入老化函数来考虑体积应变积累对剪胀(缩)性的影响.模型共有12个参数,均可通过常规室内单调及循环加载试验确定.为验证模型的有效性,依据试验资料确定了两种不同堆石料的本构模型参数,并对等幅循环三轴压缩与不等幅循环三轴压缩试验进行了模拟.两种材料在不同围压下的模型预测结果与试验数据均吻合良好,表明模型可以有效地反映循环荷载作用下堆石料应力应变曲线的滞回特性与永久变形的积累.     

黏土和砂土简单的三维本构模型(英文)

把修正剑桥模型推广为适合于黏土和砂土的简单、统一三维本构模型是基于以下两点提出的 :第一点 ,把由笔者已提出的基于SMP准则的一个变换应力张量用于修正剑桥模型使其简单实现了三维化 ,改进的模型对于黏土实现了从剪切屈服到剪切破坏的统一及临界状态理论同SMP准则的结合 ;第二点 ,为了建立对于黏土和砂土简单、统一的本构模型 ,推导出了一个新的硬化参数 ,新硬化参数不仅能描述砂土不同程度的剪胀性 ,对于正常固结黏土又能退化成塑性体积应变 ,所提硬化参数的合理性也被各种路径下分别在三轴压缩和三轴伸长下的试验结果所证实。所提模型的计算参数仅为 5个常规试验参数 ,易于确定     

应力水平影响下的软土边界面模型研究

针对饱和软粘土在固结不排水条件下受到循环荷载作用时的应力应变响应,采用剑桥模型屈服面,可移动的映射中心,参数意义明确的塑性模量插值函数,建立了一个简单有效的弹塑性边界面本构模型。特别是针对一般边界面模型中参数难以确定的问题,通过将模型参数与应力水平建立函数关系,较好地得到了参数的确定方法。最后通过预测不同应力水平作用下的三轴压缩和拉伸试验,验证了模型的合理性。     

UH模型系列研究

岩土材料的本构模型是岩土工程学科的重要理论基础。合理的本构模型既能定性地揭示岩土的变形强度机制,也能定量地进行岩土体强度和变形计算。笔者20余年来潜心于土的本构模型研究,取得了以下3个方面的理论成果:1在修正剑桥模型的基础上,通过引入统一硬化(unified hardening,UH)参数,建立UH模型,该本构模型能够反映饱和超固结土的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径相关性等特性,模型所用土性参数与修正剑桥模型完全相同;2扩展UH模型,使其考虑多种外部因素(温度、时间和基质吸力)、复杂特性(各向异性、结构性和小应变特性)和复杂加载条件(循环荷载、部分排水即渐近状态)等的影响;3提出广义非线性强度准则和满足热力学定律的变换应力三维化方法,从而实现了本构模型的合理三维化。UH模型已被嵌入到数值计算软件中,并被用于分析岩土工程问题。以上研究包括本构建模、强度准则、三维化方法和数值分析等方面,形成了独具特色的岩土本构理论和应用体系。