岩土体复合幂–指数非线性模型

以往岩土体的应力–应变曲线只能根据其形态类型采用不同的数学模式来描述,且针对相应体变曲线的描述研究较少。为实现描述形态各异的应力–应变曲线及体变曲线数学模式的统一,通过分析幂函数与指数函数,提出了一个新的非线性模型——复合幂–指数模型(简称CPE模型),并给出了模型参数的确定方法。以结构性黄土为例,通过对不同含水量、不同围压常规三轴试验得到的应力–应变曲线及体变曲线进行CPE模式拟合,并分析各参数的变化规律,得到了非饱和原状黄土考虑含水量的应变软化型、考虑围压的应变硬化型应力–应变曲线CPE模型,及考虑围压的剪缩型体变曲线CPE模型,并将其计算曲线与实测曲线进行了对比,研究表明:CPE模型可描述各种型式的应力–应变曲线及不同形态的体变曲线,具有广泛的适用性和准确性,为形态各异的应力–应变曲线及体变曲线提供了一个统一的数学模型。     

堆石料的剪切强度与应力-应变特性

通过对堆石料的大型三轴剪切试验结果进行分析,揭示了堆石料的强度及应力–应变的变化规律,堆石料的强度包络线呈非线性,应力–应变曲线多呈现软化型或弱硬化型。并对邓肯模型的修正及其模型参数试验值的变化规律进行了讨论。     

堆石料的剪切强度与应力–应变特性

通过对堆石料的大型三轴剪切试验结果进行分析，揭示了堆石料的强度及应力–应变的变化规律，堆石料的强度包络线呈非线性，应力–应变曲线多呈现软化型或弱硬化型。并对邓肯模型的修正及其模型参数试验值的变化规律进行了讨论。     

冻结砂土的应力–应变关系及非线性莫尔强度准则

对于－6 ℃的冻结砂土进行一系列的试验，结果表明，当围压小于3.0 MPa时，其应力–应变关系具有明显的应变软化现象；当围压大于3.0 MPa时，其应力–应变关系则具有明显的应变硬化现象。针对广义的双曲线模型并不能很好地描述－6 ℃冻结砂土在围压大于3.0 MPa时的应力–应变关系，邓肯–张模型也不能理想地反映围压小于3.0 MPa时－6 ℃冻结砂土的应变软化特性，提出既能描述应变软化现象又能描述应变硬化现象的改进的邓肯–张模型。研究表明，其结果和试验结果吻合良好。由于压融现象的存在，当围压大于一定值后，冻结砂土的剪切强度随围压的增大而减小。如果用莫尔–库仑准则来描述冻结砂土的剪切强度，会产生较大的误差。为解决这一问题，提出非线性莫尔强度准则。研究结果表明，其精度较高，比莫尔–库仑强度准则能更好地描述冻结砂土的剪切强度。     

冻结砂土的应力-应变关系及非线性莫尔强度准则

对于-6℃的冻结砂土进行一系列的试验,结果表明,当围压小于3.0MPa时,其应力–应变关系具有明显的应变软化现象;当围压大于3.0MPa时,其应力–应变关系则具有明显的应变硬化现象。针对广义的双曲线模型并不能很好地描述-6℃冻结砂土在围压大于3.0MPa时的应力–应变关系,邓肯–张模型也不能理想地反映围压小于3.0MPa时-6℃冻结砂土的应变软化特性,提出既能描述应变软化现象又能描述应变硬化现象的改进的邓肯–张模型。研究表明,其结果和试验结果吻合良好。由于压融现象的存在,当围压大于一定值后,冻结砂土的剪切强度随围压的增大而减小。如果用莫尔–库仑准则来描述冻结砂土的剪切强度,会产生较大的误差。为解决这一问题,提出非线性莫尔强度准则。研究结果表明,其精度较高,比莫尔–库仑强度准则能更好地描述冻结砂土的剪切强度。     

论粗粒土的应力应变特性及数学表达

通过对粗粒土的大型三轴剪切试验结果进行分析,揭示了粗粒土的应力应变关系的特性及其非线性参数的数学表达式。粗粒土的应力应变曲线多呈现软化型或弱硬化型,都符合双曲线规律,由此可确定其非线性应力应变参数。     

黏土非线性模型的改进切线模量

切线模量描述是土体非线性模型中的一个基本问题。首先,引入“半值强度指数”概念建立了土体应力应变曲线的数学特征方程,分析了双曲线应力应变模型的数学缺陷。接着,根据试验数据分析提出了土体应力应变曲线的控制微分方程,建立了土体应力应变曲线的3参数新模型,新模型克服了双曲线模型的缺陷;证明了双曲线模型是该新模型的特例。最后,在3参数新模型的基础上,改进了土体的切线模量表达,给出了参数确定方法,并对三轴试验结果进行了模拟。     

基于分数阶微积分理论的软土应力–应变关系

 利用分数阶微积分理论提出等应变率加载情况下的软土应力–应变关系。关系式显示应力–应变之间呈乘幂函数关系。通过大量的常规(等应变率加载情况下)三轴试验验证基于分数阶微积分理论的软土应力–应变关系,同一种土的分数阶阶数 不随围压变化并能够反映土的“软硬”程度。试验发现,初始弹模与围压呈较好的线性关系。与邓肯–张模型相比,应力–应变的乘幂关系具有明确的理论基础,这一点与邓肯–张模型纯粹基于曲线形状相似的应力–应变双曲线假设形成鲜明的区别。创新点在于将软土看作介于理想固体和理想流体之间的物质进行研究,并用分数阶微积分理论给出应力–应变关系,这在以往的研究中都没有先例。     

基于结构性黄土联合强度的邓肯–张非线性本构模型

基于Mohr–Coulomb强度准则建立的邓肯–张非线性本构模型可以较好地反映土体抗剪强度特性,但是不适宜反映土体的抗拉强度特性。为了合理反映结构性黄土的抗拉强度,首先,通过在邓肯–张非线性本构模型中引入联合强度准则,基于联合强度准则重新确定了土的强度(1 3?-?)f,从而对破坏应力比Rf进行了修正;然后,用修正后的破坏应力比Rf重新确定了切线变形模量Et;最后,用修正后的切线变形模量Et对切线泊松比νt进行了修正,从而建立了基于联合强度理论的邓肯–张模非线性本构模型,为邓肯–张非线性本构模型在结构性黄土边坡的稳定性研究中,合理考虑结构性黄土的抗拉强度特性的作用提供了一种新的方法和途径。     

不同应变类型红黏土归一化特性分析

基于红黏土不排水三轴剪切试验,采用人工制备2种不同压实度红黏土试样,分别测定其变形特性,研究不同应变类型红黏土的应力应变曲线归一化特性。试验结果表明:试验过程中出现应变弱塑性与应变强塑性这2种应变类型曲线,压实度对红黏土应变类型存在较大影响;2种应变关系曲线皆可用双曲线函数模型进行拟合;利用主应力差渐近值对不同应变类型的红黏土进行归一化分析均取得了较为理想的效果,对应变强塑性红黏土的曲线拟合效果优于应变弱塑性红黏土;本次试验用红黏土在重塑过程中损失了部分结构性,宜继续对比原状红黏土即结构性红黏土的应力-应变关系,构建结构性土本构模型。     

围压影响的盐岩压缩力学特性及非线性本构模型

为了更准确地描述盐岩的力学特性,对盐岩开展多组单轴、三轴压缩试验。根据试验结果,多组试验数据得到的莫尔包络线具有非线性特征,并且盐岩力学特征对围压有很强的相关性。单轴及低于5 MPa围压时盐岩应力应变关系曲线表现弹性、应变硬化、软化3个过程,而当高于5MPa围压时盐岩延性特征显著,应力应变曲线硬化阶段比例加大,扩容点前移,而软化过程有一定程度的减弱。基于Hoek-Brown准则的软化模型将应力应变曲线峰前阶段改进为弹性非线性弹性模型,得到一种新的非线性本构模型。结果表明这种非线性本构模型可以很好地吻合不同围压作用的盐岩应力应变曲线。     

Stress-Strain Relationships and Nonlinear Mohr Strength Criteria of Frozen Sandy Clay

A series of triaxial compressive tests were performed on frozen sandy clay at -4 and -6°C under confining pressures from 0 to 18 MPa. The experimental results indicate that the stress-strain curves show strain softening and hardening phenomena when the confining pressures are below and above 3.0 MPa, respectively. Since the generally hyperbolic model can not describe the strain hardening behavior very well and the Duncan-Chang model can not ideally describe the strain softening behavior of the frozen sandy clay, an improved Duncan-Chang model is proposed. This model can describe not only the strain softening behavior but also the strain hardening behavior of the frozen sandy clay, and the calculated results are rather coincident with the corresponding experimental data. In addition, it is also suitable for frozen silty clay with a high precision. Due to pressure melting, the shear strength of the frozen sandy clay changes nonlinearly with increasing confining pressures. In order to solve the problem that the linear Mohr-Coulomb criteria can not exactly reflect the shear strength of the frozen sandy clay, a nonlinear Mohr criteria of the frozen sandy clay is presented. The calculated results illustrate that it has higher precision and can describe the shear strength of frozen sandy soils more accurately than the linear Mohr-Coulomb criteria does.     

塑弹塑性岩石的非线性损伤模型研究

通过分析岩石常规三轴试验应力应变曲线,发现某类岩石在峰前具有明显的压密阶段,表明该类岩石具有塑弹塑性材料的特征。基于塑弹塑性材料非线性应力应变曲线,引入非线性指标,并考虑损伤门槛值,应用统计损伤理论,提出具有塑弹塑性特征的岩石非线性损伤模型。该模型不仅能反映岩石应变硬化软化特性,而且能够刻画压密区的特性,更为准确地表征了该类岩石应力应变的非线性关系。采用辉绿岩试验数据对本文模型进行验证,结果表明,试验曲线与理论曲线吻合较好,从而验证了模型的合理性和适用性。采用峰前具有明显线弹性变形特征的岩石常规三轴试验数据进一步分析,结果显示,模型通过峰后引入非线性指标同样可以反映岩石应变软化特性。     

FRP约束混凝土柱轴心受压应力-应变模型

FRP约束混凝土的应力-应变曲线模型是土木工程的一个重要课题。结合第1段斜率、转折点坐标、第3段斜率等数学特征分析了应力-应变曲线的发展过程,指出理想模型需满足的条件,并指出传统模型的不足。提出了一个复合指数-直线模型,该模型对强化型和软化型曲线都适用,满足理想模型条件,克服了传统模型的缺陷。给出了模型参数的求解思路。对比分析表明新模型拟合结果与实测数据吻合良好,具有广泛的适用性。     

循环荷载作用下土的非线性应力应变模型

本文在伊万（Iwan）模型的基础上,提出了一个新的物理模型。新模型导出的应力-应变关系,骨架曲线的形状既可为加工硬化状,也可为加工软化状,且骨架曲线与滞回曲线的两个分枝可以相同,也可不同。而梅辛（Masing）型关系只是其中的一种特殊情况。根据该物理模型,对土在循环荷载作用下的剪应力-剪应变关系,提出了一个分析模型,目前常用的双曲线模型只是该分析模型的一个特例。最后还对读物理模型所代表的非线性系统在谐和外力作用下的稳态反应进行了讨论。     

冻融循环作用下石灰改性黄土的力学特性试验研究

对石灰改性黄土进行击实试验,得到改性黄土的石灰掺量分别与最优含水量和最大干密度的变化规律。同时在冻融循环作用下,利用三轴剪切仪对石灰改性黄土进行固结排水剪切试验,以此研究冻融循环下石灰改性黄土的力学特性。结果表明：随石灰掺量增大,最优含水量也逐渐增大,最大干密度却呈减小的趋势。不同石灰掺量下,冻融循环后改性黄土的应力应变关系曲线随冻融循环次数的增加由弱硬化型向弱软化型过渡,最后趋于强软化型。随冻融循环次数的增加,破坏强度呈下降趋势,石灰掺量为6%且冻融次数10次时,围压越大,破坏强度衰减率越小;石灰改性黄土的黏聚力随冻融循环次数的增加而降低,最终趋于稳定,而内摩擦角几乎保持不变。石灰掺量一定时,随冻融循环次数增加,结构性参数减小,且变化趋势不大;冻融循环次数一定时,随石灰掺量的增加,结构性参数呈减小的趋势;同时,随着围压不断地增大,结构性参数也呈减小趋势,结构性参数与轴向应变关系曲线随着围压的增大由强软化型向弱软化型过渡。     

非饱和重塑黄土强度与屈服特性试验研究

为研究非饱和重塑黄土的强度与屈服特性,在控制吸力的条件下以黄土三轴剪切试验为基础,研究了重塑黄土的应力-应变曲线、强度与屈服特性。试验结果表明：在试验控制吸力条件下,重塑黄土的破坏形式均呈塑形破坏;在同一吸力、不同净围压作用下,重塑黄土从理想塑形破坏（或弱硬化型）向强硬化型发展;在p-q面内,强度包线几乎呈直线;黏聚力c随吸力增大而增大,但内摩擦角φ变化较小;不同吸力作用下,重塑黄土的εr-log（q／p）关系曲线呈三阶段分布,得到了非饱和重塑黄土的屈服应力（ps,qs）。     

基于正态分布的岩石软硬化损伤统计本构模型及其参数确定方法探讨

在现有新型岩石损伤模型研究基础上,首先,利用岩石微元强度服从正态分布的规律与岩石损伤的能量原理建立能反映特定围压下岩石应变软化或硬化变形全过程的损伤统计本构模型;其次,通过研究特定围压下岩石应力应变全曲线的特征及其在不同围压下特征参数(峰值点强度与应变)之间的关系,建立岩石损伤软硬化统计本构模型参数的确定方法,从而建立能充分反映不同围压下岩石应变软硬化变形全过程的统一损伤软硬化统计本构模型,该模型具有参数少、易于确定和能同时反映岩石应变软硬化特性的特点,并且模型参数确定方法揭示了模型参数的物理意义。理论与试验结果的比较分析表明了本文模型的合理性。     

非饱和重塑膨胀土的强度试验研究

通过不同干密度、不同吸力的非饱和重塑膨胀土的三轴剪切试验,研究分析了广西非饱和重塑膨胀土的应力应变硬化与软化和体变剪缩剪胀特性与土样内部的孔隙孔径大小及孔隙间的连通性的相关性,研究表明低密度试样内部孔隙孔径较大且连通性较好,应力–应变曲线表现为硬化和体变呈剪缩性,当土样密度增大后逐步由硬化–剪缩向软化剪胀转化,同时研究发现非饱和重塑膨胀土的的吸力强度与吸力的双曲特性。