岩样变形特性的二元介质模拟

围压低时岩石材料表现为应变软化,其合理描述对岩石工程非常重要。在岩土破损力学的理论框架内,认为加载过程中胶结元逐渐破损转化为摩擦元,二者共同抵抗外部荷载作用,胶结元（胶结块）在破损以前的应力应变特性可以用理想的弹脆性材料描述,胶结元破损后转化成的摩擦元（软弱带）的应力应变特性可以用硬化型弹塑性模型来描述。通过引入反映破损过程的破损参数（破损率和应变集中系数）,建议了一个岩石材料的二元介质模型。最后与砂岩岩样的三轴试验结果进行了对比,表明所建议的模型具有较好的适用性。     

岩样变形特性的二元介质模拟

围压低时岩石材料表现为应变软化。应变软化的合理描述对岩石工程非常重要。在岩土破损力学的理论框架内，认为加载过程中胶结元逐渐破损转化为摩擦元，二者共同抵抗外部荷载作用，胶结元（胶结块）在破损以前的应力应变特性可以用理想的弹脆性材料描述，胶结元破损后转化成的摩擦元（软弱带）的应力应变特性可以用硬化型弹塑性模型来描述。通过引入反映破损过程的破损参数（破损率和应变集中系数），建议了一个岩石材料的二元介质模型。最后与砂岩岩样的三轴试验结果进行了对比，表明所建议的模型具有较好的适用性。     

结构性粘土的弹粘塑损伤模型

根据天然粘土的微观变形机理，将结构性土的变形分为弹性、结构损伤破坏和重塑土3个阶段，并建立了描述结构性粘土变形的弹粘塑损伤模型。用该模型对长江下游河漫滩深厚软土地基堆土预压试验进行的数值模拟计算结果表明，弹粘塑损伤模型能较好地反映结构性粘土的加荷变形、固结变形和蠕变变形，可用于结构性粘土的工程计算和流变预测。     

适用于强结构性黏土的修正邓肯-张模型研究

土体的力学特性受结构性影响十分显著,结构性越强,破坏后变形越大,对实际工程影响越显著。目前对结构性土的特殊工程性质已有广泛认识,但如何用数学方法准确描述其强度和变形间的关系仍是主要研究内容。对分布在云南昭通地区的强结构性黏土进行了试验研究,结果表明:其结构屈服应力高达800 kPa,属于典型的强结构性土。根据常规三轴试验的应力-应变关系,将强结构性黏土的剪切变形划分为结构未破坏阶段、结构逐渐破坏阶段和结构完全破坏阶段;基于破坏过程,对传统邓肯-张模型进行修正,引入损伤比参数,建立适用于强结构性黏土的修正邓肯-张本构模型。对模型中的初始剪切模量、主应力差渐进值和剪切模量参数进行推导分析,各参数值与试验的土体剪切变形规律相符合;对已有结构性土的试验数据进行拟合分析,结果表明该修正模型可以较好地描述强结构性黏土的应力-应变特性规律。     

一种新型结构性土三维本构模型

在NAKAI等基于应力张量t_(ij)和修正剑桥模型建立的能够描述中主应力影响且适用于描述正常固结土强度和变形规律的三维本构模型的基础上,通过引入能够描述土体密实度的状态变量ρ和土体黏结效应的状态变量ω,提出了适用于描述结构性土强度和变形规律的新型结构性三维本构模型。这一模型具有以下特点:结构性土三维本构模型在正常固结土的三维本构模型的基础上仅增加一个材料参数的情况下能够较好地描述三维应力状态下试样排水与不排水剪切特性、固结特性、围压对应力路径和应力应变曲线的影响及平均应力、偏应力增大时出现的应力路径可逆性等特点。应用新型结构性土三维本构模型对粉质黏土的固结试验和三轴剪切试验进行模拟计算,验证了其在模拟结构性土特征方面的可行性。     

围岩破损区的时效模型探讨

开挖扰动形成的围岩破损区由于力学性质弱化,容易发生时效变形,引起围岩破损区时效变形甚至失稳的主因是破损区岩体流变特性中的蠕变性质。本文将塑性位势理论引入元件流变模型,基于"不可逆变形难以区分出塑性部分和不可逆粘性部分"的认识,建立了一种适用于描述围岩破损区演化的时效本构模型(流变本构模型),该模型在低应力状态下反映粘弹性性质、高应力状态下反映粘弹—粘塑性性质。与同类型的元件流变模型相比,本文推导的流变模型只增加了一个可以由力学试验获得的长期强度参数,却可以延用塑性位势理论中的屈服条件作为稳态蠕变过渡到加速蠕变的判断准则(即蠕变破坏准则)。     

排水条件对结构性土中剪切带形成过程的影响

利用人工制备结构性土样进行多组常规三轴试验,重点探讨排水条件对结构性土体破损过程和剪切带形成过程的影响.试验结果表明,不排水条件会减缓弱胶结结构性土的破损,从而加速强胶结结构性土的破损,进而影响土体的变形破坏过程以及剪切带的形成过程.     

软土微结构特征的试验研究

土的结构性对土的力学性质具有较大影响，所以近年来，土的结构性研究已引起广泛的重视。其中微结构研究能有效地揭露土的受力变形本质，对研究土的力学行为机制起着至关重要的作用。本文在对杭州海积软土进行的单向压缩试验、直剪试验及三轴固结不排水剪切试验的基础上，测得软土在不同压力或变形条件下的微结构参数，分析了其变化规律。研究表明，在这3种不同试验方法下，软土中结构单元体和孔隙的微结构参数对压力或变形的敏感度是不一样的。因此建议针对不同的试验方法，采用不同的研究对象(结构单元体或孔隙)来进行软土微结构特征的描述，这样能更好的从微结构角度反映土的宏观力学特性，建立微结构参数与宏观力学参数间的关系。     

基于综合结构势的结构性黄土双硬化参数模型

为了很好地模拟结构性黄土的宏观力学特性,反映结构性对土体应力应变特性的影响,基于综合结构势的思想,定义了黄土的结构性定量化参数。在沈珠江双硬化参数模型的基础上,引入结构性参数,建立了考虑结构性的双硬化参数模型。通过模型预测结果与实测结果的对比,验证了该模型的合理性。通过引入考虑土结构性的综合结构势参数,进一步将黄土对水的敏感性考虑进土体本构关系中,使得结构性黄土试样的宏观应力应变特性得到合理描述。     

砂卵石土强度变形特性综合试验及力学模型参数研究

砂卵石土是一种特殊性质粗粒土,其强度变形特性是工程界重点关注的问题之一。针对某工程砂卵石土地基系统开展三轴剪切试验、界面剪切试验及流变试验等综合研究其强度变形特性,选取合适的力学模型描述砂卵石土的应力-应变关系并整理相应模型参数。试验结果表明:砂卵石土非饱和样的抗剪强度指标明显大于饱和样,在低围压下砂卵石土饱和样和非饱和样分别呈现出剪缩特性和剪胀特性,而在高围压下则均表现出明显的剪缩特性;砂卵石土与混凝土面板间的接触面剪应力与剪切位移基本呈双曲线关系,抗剪强度随法向应力的增大线性增大;在双对数坐标系下砂卵石土流变变形随着时间线性增长,基于试验规律提出了砂卵石土11参数流变模型,该模型可较好地反映砂卵石土的流变特性。研究成果为砂卵石土强度变形特性研究及地基沉降分析提供理论支撑。     

基于二元介质模型的岩土类材料破损过程数值模拟

岩土类材料是非均质的具有微缺陷的天然材料,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。本文在细观尺度上把胶结元看成理想弹脆性材料,把摩擦元看成硬化型弹塑性材料,计算时通过受荷过程中胶结元破损并逐渐向摩擦元的转化来模拟岩土材料的破损过程。最后进行平面应变受压应力状态下的数值计算,探讨不同侧向应力状态下岩土类材料的破损发展过程和相应的位移状态。结果表明,本文建议的模拟方法可以较好的模拟岩土类材料的破损过程和力学响应。     

结构性黏土的二元介质渗流模型

在岩土破损力学理论的框架内,将结构性黏土看作由不同渗透性能的结构块和结构带组成的二元介质材料,建立了结构性黏土的二元介质渗流模型。进行了一维固结计算,结果说明该模型能与现有二元介质应力应变关系配套进行变形和渗流耦合分析,并能较好地描述结构性黏土的固结过程。     

黄土的二元介质模型

把天然黄土看作由胶结块和软弱带组成的非均质材料，建议了一个黄土二元介质模型。文中首先分析了胶结块的浸水软化和应变软化机理，在此基础上建立了胶结块和软弱带的应力-应变关系和相应的破损演化规律。模型参数可以通过原状试样和重塑试样的常规试验测定。     

一种薄层接触单元的开发及 FLAC^3D实现

随着土木水利行业的蓬勃发展,出现越来越多岩土-结构相互作用的问题。虽然目前国内外学者研究出很多种类的接触面本构模型,但大多软件中的接触面模型甚为简单,如此便限制了软件对接触面问题的模拟。FLAC3D软件中的interface单元是简单的库伦滑移型无厚度接触单元,不能模拟接触面所能表现出的例如应变软化等特性。鉴此,基于塑性力学,首先提出了一种弹塑性本构模型。然后基于VC＋＋语言,将此模型开发成适用于FLAC^3D软件的薄层实体单元。最后用三个数值算例验证了所开发的单元和本构模型能反映接触面在弹性阶段的非线性,在塑性阶段的应变软化、大变形、法向剪胀及拉伸破坏等特性。用所开发的新单元代替原有的interface单元能提高FLAC3D模拟复杂接触特性的能力。     

钢纤维混凝土微平面本构模型

在B.P.Bazant等人提出的混凝土微平面本构模型M2的基础上，将微平面上的应力分解为体、偏、剪三个分量，与原有模型定义的微平面各分量应力-应变关系不同，通过分析各个分量的物理意义，定义了相应的应力-应变关系函数，即理想弹塑性函数。引入了破断应变的概念，当微平面应变达到破断应变后应力减为零。在此基础上，提出了钢钎维微平面模型，使得模型可以考虑钢纤维对混凝土的加强作用，并对已有单轴压缩和单轴拉伸试验数据进行拟合，结果表明，微平面本构模型能够较好模拟混凝土应力软化段，初步验证了本文所建议模型的合理性和正确性。     

分形理论在堆石料流变中的应用

流变过程中堆石颗粒不断破碎,分形维数在流变过程中随时间发生变化。基于流变过程基本规律,将分形理论应用于堆石料流变过程,构造了两类随时间变化的流变过程分形维数,并建立了颗粒破碎率与分形维数的关系。通过分析过程流变试验颗粒破碎率的变化规律,验证了流变过程中双曲线型分形维数假定的合理性。在此基础上,考虑流变过程中的能量关系并结合颗粒破碎耗能的相关研究,进一步推导了堆石料流变过程中体变随时间的变化规律,从而建立堆石料特定荷载情况下的流变本构模型。与试验结果对比表明:该模型可以从分形的角度反映堆石料流变规律。     

层状岩体高边坡溃屈失稳研究

本文研制了双重非线性有限元程序DNPSAP,然后用该程序进行大变形弹塑性有限元计算,结合地质力学模型试验和能量平衡法,探讨了工程中常见的层状岩体高边坡溃屈失稳时的应力,变位变化规律,失稳破坏机理和稳定性评价方法,着重探讨了倾角、坡长和岩层厚度变化对层状岩体高边坡溃屈失稳的影响。     

地震作用下碎石土滑坡抗滑桩的变形破坏机理

为了揭示碎石土滑坡在地震荷载作用下的变形破坏模式和作用规律,采用相似材料模型试验方法,进行了以南温碎石土滑坡为原型的物理模型试验。分析了在地震荷载作用下抗滑桩不同的锚固深度下,桩位移和边坡变形情况。利用弹塑性动力固结大变形有限元模型,采用非线性分析方法,进行了一系列对比分析研究。进一步验证了碎石土滑坡的变形破坏机理。分析了不同的锚固深度下,桩顶的动位移和变形响应。通过室内物理模型试验和数值模拟分析,提出南温滑坡抗滑桩的锚固深度设置,宜为桩长的0.29～0.31倍。其设计方法和研究思路,可为相关研究提供参考和借鉴。     

基于单粒压缩试验的堆石料破碎特性研究

堆石料的颗粒破碎是影响其强度及变形的主要因素,但堆石料在受力过程中的颗粒破碎规律仍不明确,缺乏准确判断堆石料颗粒破碎的标准。单粒压缩试验是研究堆石料破碎特性的重要手段,通过可视化单粒压缩试验对920组不同粒径玄武岩堆石料颗粒的破碎过程进行了研究。试验结果表明：玄武岩堆石料单粒压缩破碎的过程大致可分为4个阶段,破碎模式可分为3种类型,破碎程度随粒径的减小而增大;同一粒组的堆石料单粒强度较好地服从 Weibull模型,随着试验样本量的增加,峰值应力分布逐步趋向正态分布;破碎颗粒的级配分布与破碎模式相关,多应力峰值破碎颗粒的碎后粒径级配曲线服从分形分布。