砂土的剪胀方程及其塑性势(Ⅰ):发展现状

以能量守恒原理为主线,在各向同性前提下,对Taylor剪胀方程、Cam-clay剪胀方程、修正Cam-clay剪胀方程、Rowe剪胀方程和扩展的Rowe剪胀方程等进行了较全面的综述.论证了剪胀方程和塑性势函数之间的相互转化关系.指出了Lade-Kim塑性势函数和Nova塑性势函数的缺陷之处,即这两个塑性势函数均没有合理耦合临界状态这一概念.     

状态参量与砂土剪胀性判别方法

论述了砂土剪胀性特点和状态参数概念.通过对现有试验结果的对比分析,建立了相变线的概念,提出了相变孔隙比和相变应力比的定义和计算公式.提出了状态参量的计算公式和依据状态参量判别砂土剪胀(缩)的具体方法,并建立了砂土的剪胀比计算公式.为建立砂土本构模型提供依据.     

描述饱和砂土剪切特性的一个热力学本构模型

砂土的力学特性十分复杂,与其所处的物理状态直接相关,表现为松砂的剪缩以及密砂的剪胀特性,受相对密度和有效围压的共同影响。为有效地描述饱和砂土在不同物理状态下的剪切特性,基于颗粒物质热动力学理论,考虑颗粒层次能量耗散机制,并结合引入状态参数的剪胀方程,发展一个饱和砂土的热力学本构模型。该模型形式较为简单,不涉及屈服准则、流动法则等概念,而是引入颗粒熵和颗粒温度的概念来描述砂土内部的不可逆变形,并通过迁移系数和能量密度函数将饱和砂土内部的能量耗散机制与宏观力学行为建立联系。模型可以反映饱和砂土在剪切过程中由于相对密度和有效围压的变化对土体强度和变形特性的影响。基于模拟计算结果与等向压缩、三轴不排水以及排水剪切试验结果的对比,验证了模型描述饱和砂土剪切特性的能力。     

反映物态变化的砂土状态参数本构模型

基于状态参数Ψ、峰值应力比、相态转换应力比、依赖于状态的剪胀方程和一个双曲线的应力应变关系,建立了一个静力条件下能统一反映密度和压力对砂土变形特性影响的本构模型。该模型具有8个材料参数,都能从常规三轴试验中确定,模型能很好的模拟不同密度和不同固结压力下砂土的这些变形特性,通过数值试验初步验证了模型的合理性。     

横观各向同性弹性力学问题的通解

本文引入三个位移函数来表示位移，首先证明了这种表示的可能性，然后逐步推导了运动方程的通解，得到了胡海昌解和另一形式的解。最后对球面各向同性弹性力学问题的能解作了补充研究。     

饱和砂土剪胀性本构模型试验研究

本文结合目前国内外砂土剪胀理论前沿课题,以饱和砂土的剪胀机理及本构模型为研究对象,通过大量的固结不排水(CU)和固结排水(CD)三轴试验,对基于材料内部状态的饱和砂土剪胀性本构模型进行了试验验证.     

适用于海洋土的弹塑性本构模型

高围压和高孔隙水压会对海洋土的力学性质产生影响,一方面会在土颗粒之间形成黏结应力,另一方面会使土的剪胀行为逐渐过渡为剪缩行为.基于修正剑桥模型理论,引入修正参数α,改进修正剑桥模型剪胀方程,使它能够反映砂土的剪胀特性和剪切强度随有效围压增大而增大的特点.同时修改原修正剑桥模型的屈服面,考虑黏结应力pb的影响,从而建立能够反映海洋土力学性质的弹塑性本构模型.最后将改进后的模型理论值与已发布文献中试验值对比,发现二者具有较好的一致性,表明了该模型的合理性.     

砂土材料状态相关临界状态各向异性模型

考虑材料状态对砂土临界状态的影响,采用宏细观结合的方法建立了砂土的各向异性模型。将新的各向异性状态变量引入砂土模型的临界状态方程,增加了各向异性参量、应力状态和应力与材料组构方向关系3个因素对临界状态的影响,扩展了砂土材料状态相关的概念。随应力状态和应力与材料组构方向几何关系变化,π平面上模型的临界状态线、相变状态线和峰值状态线的形状和位置自然产生变化,各向异性越大,状态线偏离的静水压力轴也越远,形状变化也越大。模型的剪胀方程和硬化规律也是状态参量函数,随细观参量的变化,细化和量化了砂土物理状态变量对剪胀性及硬化规律的描述。模型用一组参数可以描述较大围压和密度范围砂土各向异性强度-变形的力学响应。     

颗粒破碎对砂土剪胀特性和强度特性影响的试验研究

为了研究颗粒破碎对砂土剪胀特性和强度特性影响,利用三轴试验系统对不同围压作用下的钙质砂和石英砂进行了一系列的三轴试验,对比研究了石英砂和钙质砂的剪胀特性和强度特性。结果表明：钙质砂的破碎率随着围压增大而增大,两种砂土的应力-应变曲线都表现出应变软化现象。钙质砂和石英砂均表现为先剪缩、后剪胀,且钙质砂的剪胀性强于石英砂。钙质砂和石英砂的峰值摩擦角和剪胀角随着围压的增大而减小。相同围压下,钙质砂的峰值摩擦角大于石英砂。钙质砂的临界摩擦角大于石英砂,二者不随围压变化而变化。构建了考虑颗粒破碎影响的剪胀方程,能够较好地描述钙质砂在应变硬化阶段的剪胀特性。     

一种与材料状态相关的砂土剪胀性理论模型

结合密砂和中密砂的相变点的概念,提出了以相变状态为参考状态的状态参量表达式,并将此状态参数引入剪胀比的计算公式.在修正剑桥模型的基础上,提出了新的塑性势函数和硬化参数表达式以消除应力路径的影响.在增量塑性理论的基础上,建立了一种适合于密砂和中密砂的与材料状态相关的剪胀性理论模型.     

动力荷载下砂土的本构模型探讨

中密砂在不排水或基本不排水剪切条件下,当应力进入剪胀区时,会出现剪胀硬化反应;当应力到达破坏面且沿破坏面不断地发展时,会产生剪胀破坏.本文提出了一个砂土动力荷载下模拟剪胀破坏的本构框架,编制了计算程序并进行了模拟计算.     

基于大三轴试验的粗粒土应力剪胀方程

摘要：采用大三轴剪切仪对三种不同相对密度的双江口心墙坝覆盖层料,进行了各向等压固结条件下的排水剪切试验。基于试验成果,提出了一个适用于粗粒土的经验型应力剪胀方程,并通过分析剪胀方程参数与围压之间的关系,给出了剪胀方程参数的确定方法。采用本文剪胀方程和Rowe剪胀方程分别对多种粗粒土三轴试验结果进行了预测,结果初步表明,和Rowe剪胀方程相比,本文剪胀方程能更好地模拟粗粒土的剪胀性。     

横观各向同性地基Boussinesq问题的解析解

从横观各向同性弹性体轴对称问题的基本方程出发,对各向同性下的Love位移函数进行了重修正.采用位移解法,利用Hankel变换和反演变换以及Bessel函数理论,得到了材料特征值s1≠s2和s1=s2时横观各向同性地基Boussinesq问题的位移与应力解析解.     

砂土的次加载面动本构模型

基于临界状态土力学框架,建立了一个适用于往返循环荷载作用的砂土次加载面本构模型。模型采用无弹性域假设,认为土体受到反向荷载的瞬时就产生塑性变形,砂土的弹性区域退化为一个点。根据试验结果,屈服面采用倒子弹头型。由于砂土的孔隙比与固结压力不存在唯一的关系,这样使得屈服面大小与孔隙比不能直接耦合,因而硬化规律不是剑桥模型的体变硬化,而是采用增量形式的塑性偏应变硬化表达式。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,能合理地模拟砂土动荷载下的应力-应变关系曲线的光滑性、变形积累性、滞洄性。     

不同注浆工况对砂土-混凝土接触面剪切特性影响

为研究后注浆对土与结构物接触面力学特性的影响,采用自主研发的注浆装置和可注浆的大型直剪仪,通过3种注浆压力、3种注浆量和4种荷载工况下的共计22组后注浆砂土-混凝土接触面大型直剪试验,分析不同注浆工况和荷载工况对砂土-混凝土接触面剪切力学特性、剪胀(缩)性以及强度参数等的影响.结果表明:在注浆压力和法向应力一定的情况下...     

压电、压磁弹性体的空间问题研究

从横观各向同性压电、压磁弹性体空间问题的基本方程出发,建立由位移、电势和磁势函数所表示的控制偏微分方程组,通过引入势函数来研究压电,压磁弹性体的空间问题一般解.针对压电、压磁半无限体受法向集中力作用,导出位移、应力、电位移、电势、磁感和磁势函数的具体表达式.     

Pasternak地基上横观各向同性圆柱片壳的自由振动

给出了Ｐａｓｔｅｒｎａｋ地基上简支的横观各向同性圆柱片壳的自由振动的精确角地横观各向同性介质的三维弹性理论,引入３个位函数,对运动主程进行了简化。对应移函数进行一系列正交伦后,得到３个二阶常微分方程。最后给出耦合振动频率方程。给出了算例,并与壳体理论进行了比较。     

超固结土的蛋形弹塑性本构模型

为了描述超固结软土在不同应力条件下的强度变形特征,以蛋形函数为基本框架,建立并发展适用于超固结土体的弹塑性本构模型. 通过对一系列超固结土应力路径三轴压缩试验结果的分析,探讨土体在超固结状态下塑性应变的发展规律(剪胀/剪缩). 在先前提出的旋转塑性势面流动法则基础上对其进行发展与改进,引入峰值应力比,构建剪胀状态下归一化塑性势面旋转角与应力状态参数之间的近似线性关系,以满足超固结土的塑性变形特性. 结合基于等效硬化参量的广义塑性功硬化原理构建超固结软土的蛋形弹塑性本构模型. 将三轴压缩试验数据与数值预测结果进行对比以验证模型有效性,结果表明该模型可以有效反映超固结软土在不同加载条件下的应力应变特性,比如软化与剪胀.     

横观各向同性饱和土中埋置弹性桩的扭转振动

通过解析方法研究了横观各向同性饱和土体中弹性桩的扭转振动响应问题. 土体和弹性桩体系被分解为横观各向同性饱和土及被视作土体加强体的虚拟桩部分,土体符合Biot三维饱和弹性介质理论,弹性桩被视为一维弹性长杆. 运用Hankel变换求解了横观各向同性饱和土体的动力控制方程,结合桩土间复合边界条件,得到关于桩身内力沿桩长分布的第二类Fredholm积分方程.利用数值的方法对方程进行求解,得出应力沿桩身的分布,并可进一步得到桩的位移沿深度的分布. 数值计算表明,土体的横观各向同性参数及荷载频率对弹性桩的振动影响显著.     

砂土内在各向异性的本构模拟

基于砂土的应力-应变-强度关系受土骨架结构朝向和主应力方向间相对关系影响,相同状态砂土在三轴压缩条件下剪切膨胀,在三轴拉伸条件下剪切收缩的研究.介绍一个模拟砂土内在各向异性的本构模型.模型采用描述材料内在各向异性的二阶对称组构张量和各向异性状态变量(组构张量和应力张量的联合不变量)描述土的各向异性.在e-p平面,临界状态线不固定,而与各向异性状态变量相关.塑性模量也与各向异性状态变量相关.模型能在很大应力和密度变化范围内模拟砂土的剪缩和剪胀行为,特别是主应力方向和土骨架结构朝向间夹角对砂土性质的影响.模拟结果与实验数据吻合.