正常固结饱和黏性土的三剪次加载面模型

以三剪统一强度准则为破坏准则,采用坐标平移法推导出能够反映中间主应力效应、土体拉压差效应和区间效应的三剪破坏应力比,来替换修正剑桥模型的原本破坏应力比从而得到三剪统一屈服函数。基于该屈服函数,并结合次加载面理论,提出适用于循环荷载条件下的正常固结饱和黏性土的三剪次加载面本构模型。对模型参数u,C和χ做了敏感性分析,发现参数u,C和χ大小都会影响对循环荷载条件下饱和黏性土的棘轮效应和曼辛效应;为验证所提模型的正确性,将该模型的计算结果、文献中两种饱和黏土动三轴试验结果以及饱和Kaolin黏土的双面模型预测结果做了比较,结果表明所提模型能够较好地反映正常固结饱和黏土的应力应变关系,随着循环次数的不断增加,所建模型的模拟结果能不断产生累计塑性应变和累积孔隙水压力,且能够形成滞回圈。通过真三轴数值模拟分析可知,饱和黏性土的塑性偏应变在加载前期发展较快,之后相对减小;单一变量下,分别增大最小主应力和中间主应力,均会增大土体的抗剪强度。     

循环荷载三面本构模型及与实验结果比较

为探求形式简洁,参数较少,便于工程应用的循环本构模型,本文基于边界面模型和多面模型理论,建立了一个可描述金属材料三轴循环加载力学行为的三面本构模型.把塑性应变分解成塑性应变1和塑性应变2,塑性应变1对应于一套屈服面-边界面模型,塑性应变2对应于一套单屈服面模型.提出了当前应力点与边界面上对偶点之间距离的演变公式,基于一致性条件得出边界面模型中塑性模量的计算与运动硬化准则的联系.采用塑性应变作为硬化参数,应用关联流动法则计算塑性应变.相比于经典的边界面模型,本文模型形式简明;相比于前人修正随动硬化准则模型,本文模型需要的材料参数较少.结合金属稳定材料U71Mn的单轴循环实验结果,对其4种力学行为进行模拟,分析了非对称应力循环下平均应力和应力幅值对稳定材料棘轮效应的影响,以及对称应变循环下材料的最大应变幅值记忆效应.研究结果表明,本文模型的模拟结果与前人文献的实验结果一致性较好,可为研究材料的本构行为提供一条新的途径.     

土的动力Hardin-Drnevich模型再认识

基于热力学方法,为深入认识土体动力耗散特性及变形机理,从Hardin-Drnevich模型的骨架曲线和滞回曲线出发,采用热力学方法,引入背应力为塑性模量与塑性应变乘积的假定,构造土体动力增量耗散函数,该方法自动满足热力学定律.并讨论其对应的p-q应力空间中的屈服曲线的形式、变化规律以及材料参数对屈服曲线的影响.结果表明,其屈服曲线遵循直线形式,并且随着材料参数的增大,发生逆时针的旋转.     

混凝土的一种梨形边界面本构模型

为研究混凝土材料在多轴循环荷载作用下的非线性特性,基于经典塑性力学理论和边界面模型理论,提出一个改进的边界面模型.模型中,屈服面为封闭、光滑曲面,在子午面内为梨形;边界面与屈服面的形状相似;选择应力的第一不变量和应变偏量作为屈服面函数中的自变量;相应的加卸载判据中的微分变量也是上述两种变量;根据屈服面和边界面形状的相似性,通过比例关系定义映射法则;对于处在屈服面上的任意一个当前应力点,根据此法则,都能够找到与之对应的处在边界面上的映射点,两个点对应的曲面法线方向相同;采用非相关流动法则描述塑性变形.对沿着偏平面上的压缩方向,对混凝土试块分别进行单调加载和循环加载时的试验结果,用本构模型进行模拟,模型计算结果与试验结果吻合.模型能够统一地描述应力-应变曲线的上升-下降段,能够描述剪胀现象.     

桩侧土软化对单桩承载力及沉降的影响

用分段线性函数模拟桩侧剪应力与桩土相对位移的关系，用应力跌落描述了峰值剪应力和残余剪应力之间的关系，运用力学理论推导出单桩荷载与沉降的关系，并通过算例分析了软化系数的大小对单桩承载力，沉降，桩射轴力和位移的影响。研究结果表明：若桩土之间剪应力和相对位移的关系满足软化模型（即应力－应变关系曲线上有明显的峰值，峰值后应力随位移增大而降低），则根据p-s曲线确定单桩承载力时，必须综合考察软化系数大小，桩端土的性状及单桩沉降和p-s曲线的形状，才能合理地确定单桩承载力。     

高温下TC4合金的黏塑性本构模型研究

TC4合金广泛应用于高温环境下，基于TC4合金的单轴蠕变试验和高温拉伸试验研究了其高温下的黏塑性本构模型。提出一种不统一的考虑损伤的黏塑性本构模型，将非弹性应变分解为蠕变应变和塑性应变两部分，蠕变应变采用多轴延性耗竭模型计算，塑性应变通过考虑损伤和随动硬化的屈服函数计算，并推导了该模型的有限元隐式积分算法和一致切向模量。使用遗传算法确定了该模型所需的材料参数，通过Abaqus有限元软件的UMAT子程序将该模型进行编程并采用三维八节点等参单元进行计算。由计算结果可知，该模型可以有效地预测TC4合金蠕变曲线的3个阶段以及高温拉伸过程中的软化阶段。     

根系固土边坡的滑移变形模拟

在平面应变的假定下求解均质无限长土坡的应力平衡方程以得到坡土应力分量。考虑根系固土作用,对沈珠江水滴形屈服面进行了修正。通过拟定坡土的滑移速度和黏塑性应变率的关系式,得出滑移变形速率的显式表达式。经修正黏滞性参数来改进模型的模拟精度。最后通过一个算例,将模型计算值和现场实测滑移数据进行比较,分析表明二者较为一致。     

桩周土应力状态的圆柱孔扩张理论试验研究

介绍了一种能测量沉桩在土中产生的径向应力增量的模型桩试验及其结果,分析了某工程现场实测的孔隙水压力资料,两者均证实了用圆柱孔扩张理论解释单桩周围饱和软土中应力状态变化的适用性。分析表明,在用圆柱孔扩张理论公式估算打桩应力时宜采用常规三轴试验曲线的初始切线模量Ｅｉ计算土的刚度比,并建议用土的上覆有效压力σｖ代替周围压力σ３计算Ｅｉ值。     

垫层对复合地基桩土应力比的影响

从整理分析工程实测桩土应力比试验资料入手，阐述了桩土应力比与外部荷载及其桩土应力比与沉降之间的相互关系．研究了不同模量的垫层对桩土应力比及桩、土应力水平发挥的影响规律，对复合地基的优化设计具有一定的参考意义．     

宁波软土流变试验及经验模型

为了研究宁波软土的流变特性及经验模型,进行一维固结流变试验和三轴排水流变试验,并采用西原模型拟合模型参数.试验对比分析表明,固结试验的侧限作用会阻碍试样流变的发展,应力-应变等时曲线偏向应力轴,而三轴流变试验试样的流变能够得到充分地发展,应力-应变等时曲线偏向应变轴,能够更好地体现软黏土的流变性状.将一维西原模型应力-应变关系扩展到三维,采用修正剑桥模型屈服函数描述材料的塑性屈服.推导荷载恒定时土样的轴向应变计算公式,根据三轴排水流变试验结果进行曲线拟合,确定西原模型参数.结果表明,该模型能够较好地符合宁波软土的流变规律.     

Unified plastic modulus in the bounding surface plasticity model

A unified plastic modulus parameter for the bounding surface plasticity model is introduced in order to maintain the identical responses of modeling for both the two-dimensional and three-dimensional stress space with the same model parameters. Also discussed are the influences of the plastic modulus parameter on the stress-strain relationship and the plastic modulus. The model is more sensitive in modeling the stress strain responses when the plastic modulus parameter is small. The plastic modulus parameter has a great influence on the magnitude of the plastic modulus, especially at the initial loading stage. The plastic modulus asymptotically tends to zero at the end of loading.     

非饱和土等效时间流变模型

为了理论分析流变速率效应力学特性,需要建立非饱和土流变模型.首先把非饱和土屈服面分为LC和SI屈服面。其次根据LC屈服面的压缩蠕变公式,利用等效时间法建立相应的黏塑性体应变速率公式,结合巴塞罗那屈服方程和相关联流动法则,获得LC屈服面的三维流变速率方程,揭示了本文与Gennaro-Pereira提出的LC后继屈服面方程的异同。再次,根据SI屈服面的吸力压缩蠕变公式,利用等效时间法建立相应的黏塑性体应变速率方程.最后,把LC和SI屈服面的流变速率方程与弹性方程相结合,建立非饱和土等效时间三维弹黏塑性模型.当不考虑流变速率效应时,LC和SI流变屈服方程可以退化到巴塞罗那模型的塑性屈服方程.理论分析了非饱和土一维流变特性,并与土工试验数据进行对比,两者较为吻合。三轴加载条件下的流变特性数值分析结果表明,按不同方式施加到同一恒载时,随着恒载维持时间的增长,不同加载方式引起的体积流变趋向一致,但剪切流变有较明显的差别.     

初始应力状态对侧限条件黏土动态压缩过程和力学性能的影响

黏土的初始应力状态对其动力学性质有显著的影响。本文采用长时、分级、高压固结方式模拟了黏土的原始应力赋存环境,采用SHPB实验装置对侧限条件下的高压固结黏土进行应变率范围为200~800 s_^-1的冲击压缩实验,分析了黏土应力记忆效应、应变率效应和动态压缩过程。实验结果表明,黏土的应力历史影响了其动态压缩过程,试样依次经历压实段—线弹性加载段—线性卸载段,在动载下黏土压实段与线弹性加载段应力拐点的均值为3.8 MPa,与先期固结应力4.2 MPa具有相关性,并且压实段应变均值约为试样破坏应变的33%;采用200 mm和300 mm的短子弹进行冲击加载时,黏土试样未发生稳定的塑性变形,分析应力-应变率曲线发现,黏土的压实过程吸收了一部分动载能量,使其无法持续进行动态压缩行为,但进入动态压缩阶段后黏土受子弹长度影响较小;黏土试样动态加卸载段模量随应变率同步增加,但加卸载模量的比值稳定在0.45左右,表明更高的冲击速度没有造成试样进一步的损伤,这与冲击后的宏观破坏现象及塑性变形分析相互印证。实验结果也说明,针对软弱、松散颗粒体材料,高压固结方式为研究其动力学性质提供了一种思路。     

间歇性循环荷载作用下细粒土的变形特性

铁路路基承受的列车动荷载作用由列车通过时产生的周期性振动和无列车通过时的加载间歇组成, 针对此工程背景,开展不同围压、水的质量分数、动应力条件下的连续加载与加载-停振的动三轴试验,研究间歇性循环荷载作用下细粒土的超孔隙水压力、弹性应变、回弹模量和累积塑性应变的变化规律. 试验结果表明,加载间歇对路基变形特性有显著影响. 由于加载间歇阶段试样卸载以及排水作用,试样在加载阶段积累的超孔隙水压力在间歇阶段消散,土体内部颗粒及结构得到调整,试样抵抗后续荷载的能力得到提高. 此外,加载间歇显著减缓了后续加载阶段的塑性应变发展,降低了试样的累积塑性应变. 加载间歇对提高试样回弹模量、降低弹性应变的效果有限. 加载-停振的间歇加载方式可以更准确地模拟实际列车荷载作用,进而获得更具实际意义的试验结果.     

A critical state subloading surface model of sands with shear hardening

Based on the framework of critical state soil mechanics,a subloading surface plastic model for sand, being applicable to cyclic loading, was proposed. The model can be used to describe strain softening behaviour of sand under monotonic loading when the similarity-ratio equals to unity. The characteristics of the model are as follows: 1) A reverse bullet-shaped yield surface is adopted to ensure accurate prediction of the behavior of sand, instead of bullet-shaped or elliptical yield surface in Cam-Clay mode...     

飞机荷载作用下超载预压软土地基的长期沉降

为了研究超载预压地基在飞机荷载作用下的长期沉降,通过对温州淤泥质黏土进行室内循环三轴试验,建立饱和软黏土的累积塑性应变模型和累积孔压模型.利用层状弹性理论计算地基中的动偏应力,结合已建立的经验模型得到在交通荷载作用下软土地基的累积塑性应变和孔压消散应变.采用分层总和法计算飞机荷载作用下温州机场跑道超载预压地基的长期累积沉降,将计算沉降值与实测沉降值进行对比,验证了饱和超固结土不排水累积塑性应变模型和累积孔压模型的合理性.     

弱胶结泥质软岩的三向压缩损伤特性

针对西部矿区弱胶结软岩在复杂应力状态下的损伤行为,采用三轴压缩试验和等效应变原理,得到泥岩在三轴压缩下损伤变量的演化规律.基于weibull分布,引入修正系数λ建立可考虑泥岩残余阶段变形的统计损伤本构模型.结果分析表明：在三轴压缩下损伤变量呈先减小后增大的变化趋势,损伤演化过程没有水平段,表明受压时泥岩没有实际意义上的线弹性阶段;损伤变量减增变化的转折点恰好为全应力-应变曲线的屈服点和残余阶段起始点,说明该类泥岩的破坏起始于屈服点;当围压<3 MPa时,损伤起始点随围压增大而后移,当围压>3 MPa时,损伤初始点有前移的趋势,高围压下泥岩的峰前塑性提高,产生整体塑性剪切破坏;本构模型能够较准确地描述泥岩破坏的三阶段.     

衬砌压力隧洞的弹塑性分析

基于岩体应变非线性软化本构模型,考虑中间主应力的影响,对衬砌圆形压力隧洞在等压荷载下进行弹塑性分析,对弹塑性边界位置在衬砌范围内和围岩范围内分别进行了讨论,指出根据弹塑性边界位置的不同应采用不同的计算公式,并得到了由隧洞开挖卸荷引起的、围岩开始屈服时的极限压力以及内压力作用下分别使衬砌、围岩开始屈服时的极限压力。