横观各向同性黏土的非正交弹塑性本构模型

为了描述土体各向异性对应力应变关系的影响,基于特征应力的概念,建立横观各向同性黏土的非正交弹塑性本构模型。建模思路如下:(1)借鉴修正应力方法将组构张量引入到特征应力概念中;(2)根据修正特征应力空间中八面体面上的摩擦规律,建立可以综合反映土体各向异性和中主应力效应的横观各向同性土的β强度准则;(3)在修正特征应力空间中,采用倾斜屈服面描述非等向固结对土体屈服特性的影响,并引入体应变相关的硬化参数;(4)通过基于分数阶微分的三维非正交塑性流动法则,确定横观各向同性黏土的塑性应变增量方向。模型仅需要6个可通过常规三轴试验确定的材料参数,所涉及3个模型参数均可通过材料参数得到。预测结果与试验数据的对比表明,本文提出的模型可以合理地描述横观各向同性黏土的强度及变形特征。     

应力空间岩土本构模型的三维图像

本构模型的三维图像对于全面掌握本构理论具有十分重要的意义,然而现有文献提供的三维模型图像要么粗糙要么不成系统,且目前还没有学者系统地进行过本构模型三维图示化的工作。因此,在简要总结现有本构理论的基础上,对常用的大多数岩土材料本构模型进行了三维图示化,它们对于进一步完善本构理论具有积极的指导作用。     

正常固结黏土的三维弹塑性本构模型

?应力空间内的非线性统一强度理论,与普通应力空间内的Drucker-Prager强度理论的形式相同。类比剑桥模型采用应力参量p和q的建模方法,在?应力空间内建立了土的三维弹塑性本构模型。首先提出了新的剪胀方程,结合正交条件,以p?,q?作为应力参量得到塑性势函数;其次模型建立过程中采用了修正剑桥模型的屈服面及非相关联流动法则;这种建模思路是一种新的直接建立三维弹塑性模型的方法。模型以岩土类材料的非线性统一强度理论为破坏条件,能够合理地反映岩土类材料的三维强度特性,较好地描述土体的变形特性,且能够退化为修正剑桥模型。     

考虑应力主轴循环旋转效应的砂土弹塑性本构模型

 已有试验研究表明,应力主轴循环旋转条件下砂土具有以下基本变形规律：(1) 体应变随循环周数的增加而增加,但增加速率随其自身累积值的增加呈递减趋势;(2) 剪应力–剪应变关系曲线存在明显的滞回圈,随循环周数的增加,滞回圈由未封闭型转化为封闭型;(3) 应力主轴旋转条件下砂土的非共轴流动具有分段特征;(4) 中主应力系数对应力主轴循环旋转条件下砂土的变形有重要影响,体应变的累积速率随中主应力系数的增加而增加。基于对上述应力主轴循环旋转条件下砂土的基本变形规律的认识,采用将主应力幅值变化以及应力主轴旋转产生的塑性变形单独加以考虑的办法,建立一个可合理考虑应力主轴循环旋转效应的砂土弹塑性本构模型,并对该模型在包含应力主轴旋转的多种复杂循环应力路径下的有效性进行验证。数值模拟结果与试验结果的对比表明：该模型可较好地考虑应力主轴循环旋转效应,对不同条件下各应变分量及体应变的发展历程能够进行较为合理的模拟,初步验证了该模型良好的适用性及有效性。     

粉细砂的三维弹塑性本构模型与试验验证

合理的砂土本构模型不仅要能够描述砂土的剪胀性和应变软化,同时还要能反映土体三维应力空间的真实特性,因此不能只建立在代表轴对称状态的常规三轴试验基础上.在室内真三轴试验的基础上,对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进,可以更准确地反映砂土三维应力状态下的变形和强度特性.同时考虑应力水平相关剪胀性与应变软化...     

非饱和土耦合本构模型的三维化

非饱和土本构关系模型通常是建立在修正剑桥模型的基础上,并采用了广义的von Mises准则,以描述非饱和土在一般应力状态下的本构行为。该准则假设在π平面上屈服面是个圆形,高估了土体除三轴压缩以外的强度,在平面应变中也会错误估计中主应力比。空间滑动面破坏准则（SMP）考虑了第三应力不变量的影响,屈服面在π平面上为曲边三角形,可以较好地描述一般应力状态下土体的剪切屈服和破坏特性。采用变换应力方法,将SMP准则应用到最近建立的非饱和土耦合本构模型中使其合理的三维化,能够有效地将模型从轴对称应力状态扩展至一般应力状态。根据与试验结果对比表明,改进后的模型在不增加任何参数的情况下,能够较好地模拟非饱和土在三轴伸长等一般应力状态下的行为特性。     

膨胀土弹塑性本构模型研究进展

膨胀土由于干湿循环而产生湿陷、胀缩等现象,经典饱和土力学理论难以给出合理解释.本文在归纳总结前人关于膨胀土弹塑性本构模型研究工作的基础上,对BBM(Barcelona Basic Mode)模型、BExM模型、以及Thermo-hydro-mechanical(THM)本构模型等的优缺点进行了分析探讨,并对它们作出简要的分析.     

基于耦合应力建立土本构模型的方法

土的平均应力与广义剪应力在引起塑性应变时会相互交叉影响,为此从反映该交叉影响的剪胀试验规律出发,构造了一个能综合考虑平均应力与广义剪应力交叉作用的耦合应力。在对已有的黏土应力应变试验规律分析的基础上,引用微积分学中曲线积分路径无关的充分必要条件,推导确立了黏土塑性体积应变与耦合应力的一维化本构关系。将该推导方法应用于砂土,又建立了砂土的类似一维化弹塑性本构关系。通过耦合应力的建立以及耦合应力与塑性体积应变一维化本构关系的推导,从全新的视角介绍了一种理解和建立土本构模型的方法。     

双剪统一弹塑性本构模型及其工程应用

本文提出了基于俞茂宏统一强度理论的双剪统一相关和非相关流动的弹塑性本构模型，并给出了该统一弹塑性本构模型的有限元实施方法。重点讨论了所谓“奇异屈服面”奇异性的处理方法，定义了两类不同类型的奇异形式，给出了它们的不同处理方法。该方法既直观、简单又便于有限元的实施，它对于其它类型“奇异屈服面”角点奇异性的处理同样适用。应用基于该统一弹塑性本构模型的有限元程序ＵＥＰＰ（ＵｎｉｆｉｅｄＥｌａｓｔｏ－ＰｌａｓｔｉｃｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍ），验证了作者提出的双剪统一弹塑性本构模型及其实施方法的正确性。统一强度理论和双剪统一弹塑性本构模型可以广泛应用于各种土木、机械、航空和岩土工程的结构分析。     

基于弹塑性本构模型的非饱和膨胀土变形研究

研究了初始含水量一定的条件下,有荷膨胀率与竖向压力半对数成线性关系,与干密度、初始含水量成线性关系,推导出了简单的本构模型,指出该模型是利用室内常规试验可以得到的,能反映研究地区岩土体主要性状的应用型本构模型。     

特征应力空间中土的分数阶临界状态模型

分数阶微分具有连续描述零阶微分到一阶微分的特性,曲线的分数阶梯度方向不再与曲线切线垂直。分数阶微分的梯度非正交性质,可用于描述土的塑性流动方向与屈服面非正交的特性。基于特征应力与临界状态理论,在特征应力空间中利用非正交流动法则描述土的塑性应变增量方向,从而建立土的分数阶临界状态本构模型。所建立的模型首次将分数阶微分与特征应力统一于临界状态理论框架内,一方面模型可以同时描述三轴压缩和三轴伸长试验条件下土的变形和强度特性,另一方面也给出了利用三轴试验确定分数阶阶次的方法。所建立的本构模型只有5个材料参数,参数物理意义清晰,可通过常规室内土工试验确定,且模型可退化为修正剑桥模型。通过对典型应力路径条件下的试验结果进行预测表明,所建的模型能够合理地描述土的变形与强度特性。     

基于应力响应包络的土体典型本构模型比较

应力响应包络是本构模型切线刚度的一种几何表达,也是研究本构模型定性特征的有效工具。针对亚弹性、弹塑性及亚塑性等 3 种类型的土体本构模型,分别以邓肯模型、剑桥模型和 Gudehus-Bauer 模型为例,讨论了相应的应力响应包络形态,并比较了 3 类模型各自的特点。并且,通过分析不同模型的应力响应包络及其在主应力空间中的变化规律,说明了亚弹性模型用于模拟土体的加、卸载存在着本质缺陷;弹塑性模型在屈服面附近的中性变载和卸载响应存在一定的问题;亚塑性模型描述的土体切线模量随应变增量方向连续变化的特征比较合理,但简单亚塑性模型难以准确模拟土体不排水剪切应力路径。     

一个基于细观结构的粗粒料弹塑性本构模型

针对粗粒料的剪胀特性和强度非线性,在经典弹塑性理论框架内,建立了一个基于细观结构的粗粒料弹塑性本构模型。模型采用基于颗粒材料细观结构变化推导得到的屈服函数,在此基础上由非相关联流动法则得到的剪胀方程,结合粗粒料典型的三轴压缩试验结果,引入一种无黏性土的压缩模式,构造了能够统一描述粗粒料剪胀、剪缩特性的硬化参数。阐述了由常规三轴试验和等向压缩试验确定模型全部7个参数的方法。对3种粗粒料三轴压缩试验结果进行了预测,预测结果与试验结果吻合良好,说明模型能够合理地反映粗粒料的应力变形特性。     

结构性软土三维弹塑性损伤本构模型研究

基于所提出的岩土材料统一各向同性破坏准则,通过引入椭圆–抛物双屈服面模型以及结构性损伤屈服面,结合复合体损伤概念,建立了三维主应力空间中弹塑性损伤本构模型,该模型能够反映结构性软土应力应变的非线性、剪胀剪缩特性、结构性以及中主应力对变形的影响。通过结构性软土试验结果与模型的计算结果对比分析,表明该模型能够较好地预测结构性软土三维空间的应力–应变特性。     

岩石疲劳应力等效化及非线性疲劳变形本构模型

传统的岩石疲劳本构模型对循环加卸载次数敏感性方面存在明显不足,无法准确描述残余变形与疲劳损伤进程的关系。在蠕变与疲劳试验基础上,通过对岩石蠕变和疲劳的时间(循环次数)与变形归一化,分析验证了两者间存在某种"同源性"。运用流变理论描述疲劳荷载下岩石变形全过程,基于等寿命Gerber曲线方程与Goodman直线方程,提出了通过疲劳寿命与应力关系的方式,定义了一种新的疲劳应力等效方法。用村山黏弹塑性体替换Kelvin黏弹性体,并加入开关函数和岩石完整度参数对Bingham黏塑性体进行改造,建立了一种新的7参数岩石非线性疲劳变形本构模型。该模型能较好地表征疲劳荷载下岩石减速、等速和加速疲劳变形的全过程,其加速疲劳变形段的完整度参数随着循环次数N增加而减小,能够体现疲劳损伤对加卸载次数因素的敏感性。     

Dynamic constitutive model for soils considering asymmetry of skeleton curve

Based on the asymmetric characteristic of skeleton curve obtained from dynamic tests on soils,a function with double asymptotes is proposed for describing the dynamic constitutive relations of soils.The hysteresis loops observed during unloading and reloading show the same form as the skeleton curve and are constructed by taking the ultimate stress as the corresponding asymptote.The coeffcient of initial unloading modulus is used to ensure that the constructed hysteresis loop fts well with the experimental data.Then,a new dynamic constitutive model considering the asymmetry of skeleton curve is elaborated.The verifcation tests on saturated Nanjing fne sand are performed using a hollow cylinder apparatus to verify the applicability of the UD model.It is found that the predicted curves by the UD model agree well with the test data.