裂隙黄土的单参数二元介质模型

为了研究裂隙黄土的结构和变形特性,在岩土破损力学理论框架基础上,把裂隙黄土视作由胶结块和软弱带组合而成的二元介质,将二元介质模型运用于裂隙黄土的研究。通过模型计算分析,得到裂隙黄土的单参数应力应变关系,并将其与三轴试验结果进行了对比分析。结果表明,将岩土材料二元介质模型应用于裂隙黄土特性的研究具有较好的适应性。更多还原     

岩土破损力学:理想脆弹塑性模型

岩土破损力学把结构性岩土材料抽象成由胶结强的胶结块和无胶结的软弱带组成的二元结构体 ,变形过程中胶结块逐步破损并向软弱带转化。从不均质材料的均匀化理论出发推导了破损参数的演化规律 ,并通过一种理想脆弹塑性模型合理地描述了岩土材料在低围压下软化和高围压下硬化的典型力学行为     

冻土二元介质模型探讨——以-6℃冻结粉土为例

二元介质模型已成功用于模拟未冻结岩土材料,比如岩石、均质或各向异性结构性土、超固结黏土、堆石料以及黄土。类似地,为了探讨冻土的应力应变关系,此处引入二元介质模型来模拟其应力应变关系。基于岩土破损力学理论框架和二元介质模型概念,将饱和冻结粉土抽象成具有强胶结特性的胶结元（冻土骨架）和无胶结特性的摩擦元（融土骨架）,胶结元在一定围压下会产生压碎和压融现象,随围压的增大逐步破损并向摩擦元转化,二者共同承担外荷载。在-6℃和0.3~15.0 MPa围压下对冻结粉土进行了一系列低温三轴压缩试验,结果表明：随变形的增大,应力应变曲线均呈三阶段变化,分别是线弹性阶段、弹塑性阶段和应变软化阶段;强度随围压的增大呈先增大后减小的趋势,极限强度对应下的围压称为临界围压,且临界围压下的软化现象最不明显。通过细观角度运用二元介质模型概念探讨了冻土变形破损机理,在非均质材料均匀化理论基础上建立了冻土二元介质模型,讨论了破损率函数演化规律。理论与试验结果对比表明,所建立的模型可以较好地模拟冻土的应变硬化和软化现象。     

冻土二元介质模型探讨——以-6℃冻结粉土为例

二元介质模型已成功用于模拟未冻结岩土材料,比如岩石、均质或各向异性结构性土、超固结黏土、堆石料以及黄土。类似地,为了探讨冻土的应力应变关系,此处引入二元介质模型来模拟其应力应变关系。基于岩土破损力学理论框架和二元介质模型概念,将饱和冻结粉土抽象成具有强胶结特性的胶结元(冻土骨架)和无胶结特性的摩擦元(融土骨架),胶结元在一定围压下会产生压碎和压融现象,随围压的增大逐步破损并向摩擦元转化,二者共同承担外荷载。在-6℃和0.3~15.0 MPa围压下对冻结粉土进行了一系列低温三轴压缩试验,结果表明:随变形的增大,应力应变曲线均呈三阶段变化,分别是线弹性阶段、弹塑性阶段和应变软化阶段;强度随围压的增大呈先增大后减小的趋势,极限强度对应下的围压称为临界围压,且临界围压下的软化现象最不明显。通过细观角度运用二元介质模型概念探讨了冻土变形破损机理,在非均质材料均匀化理论基础上建立了冻土二元介质模型,讨论了破损率函数演化规律。理论与试验结果对比表明,所建立的模型可以较好地模拟冻土的应变硬化和软化现象。     

含裂隙类岩石材料的局部化渐进破损模型研究

结合含裂隙类岩石材料模型试验观测结果，从含裂隙类岩石材料破坏过程和破坏机制出发，将表征体单元（RVE）划分为弹性区及剪切局部化带两个部分，并把剪切局部化带内的变形过程抽象为胶结强度弱化及摩擦强度增强两个阶段。重点考虑了这两个阶段一前一后发挥作用这一由试验所揭示的结构性破坏本质，同时借助于试样的滑移变形定义与胶结强度弱化相关的破损变量，抓住试样渐进性破坏的特征，进而采用细观链式模型及均匀化方法将破坏过程的细观特征与宏观力学特性相结合，建立含裂隙类岩石材料局部化渐进破损模型的理论公式。最后对已建立的含裂隙类岩石材料局部化渐进破损模型进行试验验证，模型计算结果与M．Yumlu和M．U．Ozbay的试验结果吻合很好，证明所提出模型的正确性。     

岩土材料破损过程的细观数值模拟

探究岩士材料破损机制必须考虑其非均质性。岩土破损力学将岩土材料抽象成由胶结元和摩擦元组成的二元结构体，在细观尺度上分别把胶结元看成理想弹脆性的和把摩擦元看成理想弹塑性的材料，通过受荷过程中胶结元破损并逐渐向摩擦元转化来模拟岩土材料的破损过程，最后给出平面应变单轴受压应力状态下的数值算例。数值算例结果表明，基于岩土二元介质概念的细观有限元方法可较好地模拟岩土材料的破损过程和变形特性。     

岩土二元介质模型的一般应力应变关系

本文把岩土材料看作由胶结块和软弱包组成的二元介质,并假定胶结块为弹脆性元,软弱包为硬化型弹塑性元,在非均质材料均匀化理论的基础上,推导了增量型的一般应力应变关系。模型中包含弹脆性元的破损参数和应力集中系数两组结构参数,其演化规律可以通过先假设后验证的办法确定。文末通过结构性粘土和砂岩岩样两个算例,说明以上模型具有广泛适应性。     

岩土材料破损特性的颗粒流研究

基于颗粒流理论,利用颗粒接触胶结本构模型,建立结构性岩土材料的颗粒流模型。通过颗粒流数值模拟试验,对结构性岩土材料破损的细观机理作了初步的研究。试验中采用胶结在一起的小圆盘去代替一个可破碎颗粒,再在可破碎颗粒之间施加适当的胶结,形成结构性岩土材料试样。在试验过程中通过记录胶结破损的数目和空间位置,就可以直观反映结构性岩土材料破损特性。试验表明试样在低围压下压缩试验中应力应变曲线表现为软化型,伴随剪切带的形成,有必要区分体积破损率和面积破损率。试样在高围压下压缩试验应力应变曲线表现为硬化型,没有明显的剪切带形成,表现为体积破损。分析表明颗粒流方法是研究岩土材料破损特性的一个有力工具。     

基于微观破损规律的结构性土本构模型

在岩土破损力学理论的基础上,通过考虑土体结构性破损的微观机理,建立了结构性土的本构模型。通过定义与重塑土屈服面几何相似的结构性屈服面,模型可以反映结构性对土体力学特性的影响;通过引入表征结构性损伤的破损参数,确定了结构性土加载过程中的硬化规律。该破损参数基于岩土破损力学中应力应变分担的概念而提出,具有明确的力学意义;模型的硬化规律同时考虑了塑性体应变及塑性主应变的影响,可以更好地反映土体结构性损伤过程。将该本构模型用于结构性土室内固结试验及三轴压缩试验结果的模拟,初步验证了该模型的合理性。     

基于微观破损机理的胶结砂土三维本构模型研究

在岩土破损力学和临界状态土力学框架内,遵循宏微观土力学的研究思路,建立了胶结砂土三维本构模型。定义与重塑砂土屈服面几何相似但尺寸扩大的胶结砂土屈服面;采用经三维离散元验证的Lade-Duncan强度准则作为临界状态强度面;基于胶结材料微观力学理论并结合三维离散元模拟结果,获得具有微观力学机制的胶结破损规律;将胶结破损规律引入到重塑砂土的硬化规律和流动法则,得到胶结砂土的硬化规律和流动法则。将该本构模型应用于人工制备胶结砂土室内常规三轴压缩试验和等平均应力真三轴试验的模拟,初步验证了该模型的适用性。     

黄土斜坡坡面位移和加速度响应特性的振动台试验研究

以平凉崆峒区黄土塬斜坡为原型,开展含裂隙黄土斜坡和不含裂隙黄土斜坡的对比振动台模型试验,研究地震荷载作用下黄土斜坡坡面位移和加速度响应规律。通过三维光学测量分析系统,高精度、实时获得斜坡表面的变形量。试验表明：随着输入地震荷载的增加,含裂隙黄土斜坡和不含裂隙黄土斜坡坡面PGD均呈现出随着坡高的增加逐渐增大的变化趋势;在相同地震波输入下,水平向加载作用下坡面峰值位移略大于垂直向加载,有裂隙斜坡坡肩处位移值约为无裂隙斜坡的1.5倍。通过对比坡面不同高度处的PGA放大系数,表明两类斜坡水平向的加速度放大效应大于垂直向放大效应,并在坡肩达到最大值,呈现出高程效应与趋表效应;有裂隙斜坡坡肩处的PGA放大系数明显大于无裂隙斜坡。     

A new strength criterion for structured soils

Existing strength criteria are mostly formulated to describe the mechanical properties of reconstituted soils. However, the engineering characteristics of structured soils are different from those of reconstituted soils in many aspects, especially in their strength properties. Thus, the influence of soil structure (bonding and fabric) on the mechanical properties of structured soils cannot be correctly described. By analyzing the breakage mechanism of natural soils, the structured soils can be conceptualized as binary medium materials consisting of bonded blocks and weakened bands. On this basis, a new strength criterion is proposed for structured soils. The expressions of the strength criterion on both meridian and deviator planes are given to describe the strength properties of structured soils on these planes. The proposed strength criterion is compared with available test data under conventional and true triaxial stress conditions in the literature. It is observed that the proposed strength criterion agrees well with the test data.     

裂隙化岩体应变软化损伤本构模型探讨

首先,针对基于Lemaitre应变等价性假说之岩石损伤模型的局限性与不足,在深入探讨裂隙化岩体变形损伤机制的基础上,考虑裂隙化岩体受载后体积发生变化的影响,采用空隙率反映裂隙化岩体变形过程中的空隙或岩体体积变化,并通过裂隙化岩体微观受力分析,建立裂隙化岩体损伤模型;然后,通过深入研究裂隙化岩体有效应力与宏观名义应力的关系,并引进统计损伤理论,建立裂隙化岩体应变软化损伤统计本构模型,同时提出其参数确定方法,该模型能够充分反映裂隙化岩体的应变软化特性,尤其是能较好地模拟裂隙化岩体变形初期空隙的压密阶段,同时,模型参数确定无需通过非常规岩石力学试验,且参数物理意义明确,应用将较为方便;最后,通过与前人研究成果和实测结果的比较分析,表明该模型的合理性与可行性。     

An Approach to the Interpretation of the Mechanical Behaviour of Intensely Fissured Clays

The paper discusses the intrinsic properties, the geological history, the natural structure and the mechanical behaviour of intensely fissured clays from Santa Croce di Magliano, a site located within the East-side border of the Apennine chain (southern Italy). The clays were originally deposited elsewhere and subsequently moved and largely deformed during the Apennine orogenesis, so that their structure appears severely disturbed and fissured. The applicability of a continuum-based approach to describe the mechanical behaviour of a Representative Element Volume (REV, hereafter) of the natural, fissured clay is experimentally investigated by analysing the clay specimen deformation under plane strain compression by means of False Relief Stereophotogrammetry. The results of such analysis show that, despite the intense network of pre-existing fissures, the patterns of deformation - including the eventual development of shear bands within the REV of the natural clay - are similar to those observed for unfissured clays. Triaxial tests were carried out on both natural and reconstituted clay samples and the results were compared with those recognised in the literature to be typical of unfissured clays. Based on such comparisons, the study provides a few essential elements that are useful to define a general framework for the mechanical behaviour of intensely fissured clays.     

地震和降雨耦合作用下黄土边坡动力响应的振动台试验研究

2013年岷漳Ms6.6级地震诱发的永光村泥流状滑坡表明,单一因素下稳定的黄土边坡在地震和降雨耦合作用下会诱发严重的岩土灾害。因此,基于防御与减轻地震灾害的现实需求,开展了地震和降雨耦合作用下黄土边坡振动台模型试验,通过加载卓越频率差异较大的原始波和压缩波,研究了地震和降雨耦合作用下黄土边坡的动力响应特征。试验结果表明:边坡动力作用过程,土体微结构不断损伤演化,土体动力参数——共振频率与阻尼比随动载强度增大不断调整变化,从而引起边坡不同部位加速度响应特征(频谱、幅度)的变化。PGA放大效应取决于边坡自振频率与荷载主频接近程度,当二者愈接近,放大效应越明显,反之放大效应越弱甚至响应衰减(放大系数小于1)。根据边坡模型宏观变形以及相关物理量的变化特征,地震和降雨耦合作用下的边坡失稳破坏过程可划分为:弹性动变形阶段、残余变形快速增加阶段、液化滑移阶段,不同阶段边坡动力响应各具特点。     

非饱和结构性黄土双轴湿陷试验的离散元分析

为了分析结构性黄土在复杂应力路径(非侧限压缩路径)下浸水和加荷的次序对黄土湿陷变形的影响以及探讨黄土在双轴剪切和浸水时粒间胶结破坏行为,本文应用分层欠压法制备出非饱和结构性黄土离散元试样,进行了单线法(不同增湿路径:一次增湿、逐步增湿)和双线法双轴数值湿陷试验。结果表明:单线法在某偏应力水平下浸水所得轴向湿陷应变大于双线法;当增湿偏应力大于增湿后试样的强度时会产生湿陷破坏。逐步增湿引起的体积变形小于一次增湿试验;逐步增湿比一次增湿胶结破坏点数量少。