线性软化土体中球孔扩张问题的解析解

采用三折线线性软化模型描述了土体应力－应变关系，以Mohr-Coulomb为屈服准则，同时考虑塑性区弹性变形、土体剪胀以及土体软化的特性，推导了孔扩张后孔周各个区域的应力、应变及位移解析解，讨论了剪胀角、应变软化系数、是否考虑塑性区弹性变形对解答结果的影响.结果表明，最终扩张压力、塑性区半径都随剪胀角的增大而增大；软化系数对塑性区半径影响很小，但对最终扩张压力影响较大，随着软化系数的增大，最终扩张压力增大；考虑塑性区弹性变形对扩张问题解答的影响随扩张半径的增大越趋明显；考虑塑性区的弹性变形，最终扩孔压力偏小.     

弹塑脆性岩土材料中球形孔大应变扩张分析

在应力跌落模型基础上引进软化阈值,建立弹塑脆性模型,模拟岩土材料的脆性软化特性,采用双剪统一强度理论和不相关联流动法则,考虑软化区的大应变,对球形孔扩张问题进行求解,得出了扩张-压力的解析表达式。通过算例分析,得出软化阈值对扩张变形和塑性区范围影响显著,软化阈值越小,扩张变形和塑性区范围越大,且软化区占整个塑性区的比重越大;考虑中间主应力对屈服的影响与否,对解答也有明显的影响。     

三剪统一屈服准则在柱形孔扩张问题中的应用

基于三剪统一屈服准则,通过用3条折线来描述土体的本构特征,对柱形孔扩张问题进行分析,考虑岩土材料的软化和剪胀特性,推导出柱形孔扩张问题下的应力场、应变场、扩张压力、塑性区半径的解析解。算例表明,临界扩孔压力随土的软化程度的减小而增大,在一定剪胀和软化程度下,临界扩孔压力随b的增大而增大。     

土体应变软化对盾构掘进面稳定性的影响

随着盾构隧道的大量兴建,掘进面稳定性的合理分析显得十分重要。采用有限差分法程序对应变软化砂土的剪切带进行模拟,分别与实验结果和解析结果比较,验证了数值方法的正确性。建立盾构隧道的三维数值模型,分析不考虑渗流时土体应变软化对掘进面极限支护压力的影响,对比渗流条件下考虑应变软化和不考虑应变软化时盾构掘进面极限支护压力的差别,以及相应的土体位移、塑性区范围和地表沉降的不同。结果表明,考虑应变软化时数值都明显增大,更容易导致掘进面失稳。同时探讨了剪胀角和内摩擦角的不同软化行为对掘进面稳定性的影响。最后,考虑了土体的应变软化行为,对天津地铁九号线施工中的支护力进行预测,预测的结果与工程监测值相吻合。     

土体应变软化特性的桩孔扩张弹塑性解析

从土的基本工程性质出发,提出了考虑土的应变软化特性的线性弹塑性模型,并用以解析桩孔扩张条件下桩孔周边土体的应力应变及位移,分析了庆变软化状态到塑性流动的残余状态的强度准则的变化特征以及两个塑性区的存在方式,从理论上分析了桩孔扩张的反例－桩孔开挖应力释放条件下的桩孔壁土体状态与存在条件。     

土体应软化特性的桩孔张弹塑性解析

从土的基本工程性质出发,提出了考虑土的应变软化特性的线性弹塑性模型,并用以解析桩孔扩张条件下桩孔周边土体的应力应变及位移,分析了应变软化状态到塑性流动的残余状态的强度准则的变化特征以及两个塑性区的存在方式,从理论上分析了桩孔扩张的反例──桩孔开挖应力释放条件下的桩孔壁土体状态与存在条件。     

剪胀角对土坡应力应变规律的影响

为了更好地反映剪胀性对土体塑性应变、塑性区范围的影响规律,从剪胀角的变化入手,考查剪胀角对边坡位移(水平和竖直方向)、边坡塑性应变、塑性区范围等的影响.当剪胀角从0°到28°范围变化时.分析了一均质边坡的应力变形规律.计算结果表明,对于均质土坡,剪胀角对沉降和水平位移影响不大,对塑性应变和塑性区范围有明显的影响;相对而言,坡顶和坡脚的水平位移、塑性应变对剪胀角的变化较为敏感.     

基于三剪统一屈服准则的灰土挤密桩特性分析

以平面应变假设为前提,基于三剪统一屈服准则分析桩周土体应力情况,考虑中间主应力、各参数对塑性区发展及极限荷载的影响,推导出孔壁挤压力与塑性挤密半径的表达式。同时在孔径、深度、粘聚力以及内摩擦角不同的情况下,分析挤压力和塑性挤密半径的关系曲线。结果表明,挤压力相同时,孔径越大,塑性挤密半径越大;深度越大,塑性挤密半径越小。当其他参数及塑性挤密半径一定,粘聚力越大,挤压力越大;而内摩擦角越大,挤压力越小。 更多还原     

考虑非饱和土吸力效应的圆柱孔扩张有效应力解析

为探究吸力效应对圆柱孔周围土体应力应变的影响,推导了非饱和土中的圆柱孔扩张有效应力析解。在弹性区和塑性区分别采用Hooke定律和修正剑桥模型,将非饱和吸力作为硬化参数,建立圆柱孔周围土体的应力应变控制方程。通过引入辅助变量,将欧拉坐标系下的平衡微分方程转至拉格朗日坐标系,非饱和圆柱孔扩张问题则转换为以弹塑性边界为边值条件求解一阶常微分方程组的问题。以弹塑性边界上的应力和初始比体积作为初值,对非饱和土中圆柱孔扩张问题进行分析。结果表明,受扩孔压力作用,圆柱孔周围土体将从弹性状态进入塑性屈服状态,而土体初始吸力的变化对塑性区应力状态影响显著。随着初始吸力的增加,圆柱孔周围相同位置处的土体各应力分量增大,极限扩孔压力也随之增大。对于初始孔隙比较大的疏松土体,吸力增大使得圆孔周围塑性区范围缩小;塑性区土体比体积沿径向呈单调减小,吸力越大,比体积减小越明显。对于初始孔隙比较小的密实土体,吸力变化对塑性区范围大小影响不明显;塑性区内土体比体积沿径向先增大后减小。这是因为在弹塑性边界附近处出现了剪胀现象,且吸力越大,剪胀现象越明显。最后通过与原位旁压试验和已有数值模拟结果对比,对本文方法的可靠性进行了验证。     

基于应变软化与剪胀性特征的粉砂土双硬化弹塑性本构模型

针对上海粉细砂不存在惟一临界状态线的特点,对传统的砂土本构模型进行了改进,提出了一个能合理描述剪胀性和应变软化特性的粉细砂弹塑性本构模型.该模型采用双屈服面形式,可同时反映剪切变形及压缩变形机理.模型对传统修正剑桥模型中的剪胀性公式进行了改进,考虑了状态转换应力比与初始有效围压的相关性.为了描述应变软化特性,提出了一个利用残余状态应力比和峰值应力比的应变软化公式,可较为合理地反映粉细砂的应变软化特性.通过对上海粉细砂的多组试验结果模拟,验证了本文模型的合理性和有效性.     

论土体应力应变关系曲线类型和临界状态

为探讨应力历史对土体本构关系的影响,进行了一系列正常固结土和超固结土的排水剪切常规三轴压缩试验,对比具有不同应力历史的土体应力应变关系曲线发现,对于体应变,超固结比是决定性因素,而体应变对固结压力不太敏感。对于抗剪能力,固结压力是决定性因素,超固结比的影响也不可忽略,超固结比决定了是应变强化还是应变软化,且决定了应变软化的程度,但试样最终会达到一个统一的临界状态,具有大体相同的残余强度。根据塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用原理阐明,土体变形过程中,塑性体应变的变化控制了剪切抗力的升降,从而决定了土体应力应变关系曲线的类型;临界状态实际上是一个纯粹剪切变形过程,其中不发生塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用,压硬性、剪胀性、应力路径相关性统统消失,它与以前所经历的应力历史无关。     

Estimation of compaction grouting pressure in strain softening soils

A new method was proposed to predict the limited compaction grouting pressure for the soft soils. Theoretical basis of the method considered the conical shear failure above the grout bulb. Using the Mohr-Coulomb yield criterion as the initial yield function, the limited compaction grouting pressure was determined, according to the softening elastic-plastic model based on the conventional triaxial compression tests to simulate the strain softening soils. The small strain in the elastic zone and large stain in the plastic zone and the rational yield function for the strain softening phase stage, the analytical solutions to the compaction grouting pressure were presented. The results indicate reasonable agreement and show a good potential of the proposed method for rationally optimizing the design of compaction grouting operations. Foundation item: Project (200550) supported by the Foundation for the Author of National Excellent Doctoral Dissertation of China; Project (09JJ1008) supported by Hunan Provincial Natural Science Foundation of China     

Energy dissipation of cavity expansion based on generalized non-linear failure criterion under high stresses

Based on the compression mechanism for analyzing the cavity expansion problem in soil under high stresses, generalized non-linear failure criterion and large strain and energy conservation in plastic region during the cavity expanding were adopted. The energy conservation equation was established and the limited pressure of cavity expansion under high stresses was given based on the energy dissipation analysis method, in which the energy generated from cavity expansion is absorbed by the volume change and shear strain caused in soil. The factors of large strain and dilatation were considered by the proposed method. The analysis shows that the limited pressure is determined by failure criterion, stress state, large deformation characteristic, dilatation and strength of soil. It is shown from the comparison that the results with the proposed method approximate to those of the in-situ method. The cavity expansion pressure first decreases and then increases nonlinearly with both of shear modulus and dilatation increasing.     

人工制备土的结构性及其对应变局部化的影响

采用人工制备土方法和固结不排水(CU)剪三轴试验开展研究. 通过在宁波滨海粉质黏土中加入少量水泥和盐粒构造多组结构性强弱不同的人工结构性土,固结不排水剪三轴试验结果表明：水泥掺量为2%的试样的结构性与宁波原状粉质黏土最为接近,达到了利用人工制备结构性土来模拟原状土的效果. 随着水泥掺量的增加,人工结构性土的有效黏聚力近似呈指数形式增长,有效内摩擦角没有明显变化,初始变形模量增大. 在相同围压下,随着土体结构性的增强,试样更易发生应变局部化并出现剪切带破坏;应力-应变曲线出现软化,峰值点应力增大且对应轴向应变呈减小趋势. 对于同一种土体,结构性差异对剪切带倾角值影响不大,Mohr-Coulomb理论对剪切带倾角的预估值与实测值较为吻合.     

剪胀对岩样全部变形特征的影响

采用FLAC内嵌语言FISH编制了计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数，研究了剪切扩容对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响。在峰值强度之前及之后，岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。分析表明，增加剪胀角使岩样由单一向共轭剪切破坏转变，并使接近Arthur倾角的剪切带倾角增加。剪切带宽度随剪胀角增加，可由基于梯度塑性理论且考虑剪胀后的剪切带宽度公式进行解释。剪胀角增加导致峰值强度及对应的轴向、侧向及体积应变增加。在峰后，由于剪胀引起剪切带条数及宽度增加，因而，轴向应力-轴向及侧向应变曲线软化段都变平缓。剪胀角较高时，岩样可获得更大的侧向变形量及泊松比，甚至是负的体积应变；岩样失稳破坏的前兆更加明显。     

不同石灰配合比对昔格达土性能的影响试验研究

针对攀西地区昔格达土结构颗粒分散、凝聚力小、抗剪强度低、遇水易膨胀软化等不利工程性质,在昔格达土中加入不同配合比的石灰,通过界限含水率试验、击实试验、三轴试验,探究对昔格达土的塑液限、最大干密度、最优含水率、抗剪强度指标的改性效果,并结合工程实际分析了该掺石灰高回填昔格达土边坡多年的使用状况。通过试验发现,随着掺灰量的增加,灰土的塑液限增大,塑限指标减小,最优含水率增大,最大干密度减小,凝聚力和内摩擦角先增加后减小。最后得出结论,石灰土抗剪强度最大值的灰土最佳配合比约为3：7。     

平面应变条件下土体剪切带的产生条件与形成机理

基于通用有限元程序ABAQUS,利用修正剑桥模型分析正常固结土在平面应变条件下剪切带的产生条件和形成机理.研究表明,土的应变软化特性不是土体形成剪切带的必要条件;而试样端部摩擦约束与初始缺陷引起试样的不均匀受力,进而产生不均匀变形是剪切带产生的必要条件.提出剪切带形成的物理机制,即不均匀受力或缺陷单元引起土体的不均匀变形,使得某一剪切面上的单元首先达到临界承载能力,变形稍有增加,其他单元的应变能迅速释放,释放的应变能引起的冲击作用导致该截面上单元变形迅速增大、荷载降低,形成连续宏观的剪切带.