黏土的高压三轴剪切特性研究

低应力作用下与高应力作用下土的力学特性存在较大差异．为了了解高应力下黏土的三轴剪切特性,指导深部地下工程建设,本文运用SKA～1型高压K0固结仪,对高应力下重塑黏土的K0固结不排水、各向等压固结不排水剪切特性进行研究,探讨了不同固结方式下诸如K0值、轴向应变、平均主应力、主应力差等变化规律,结果表明：高应力条件下各向等压固结三轴剪切试验破坏主应力差明显大于K0固结所得的相应值;两种应力路径下黏土的应力-应变关系曲线与低应力条件下三轴剪切试验具有相似的数学模型．     

不同应力路径下超固结软黏土的永久变形特性

为了真实模拟软土路基在长期交通循环荷载作用下的沉降特性,通过部分排水条件下、不同应力路径下的正常固结及超固结温州饱和软黏土的循环三轴加载试验,对循环偏应力和循环围压耦合作用下饱和软黏土的永久轴向应变特性进行了研究,重点分析了超固结比及循环围压对饱和软黏土永久轴向应变的影响.研究结果表明:部分排水条件下,超固结土体相较于...     

循环荷载作用下超固结软黏土变形特性试验研究

利用GDS振动三轴仪对温州饱和软黏土在不同超固结比下进行了循环加载试验,研究了超固结比对温州饱和软黏土应变发展规律、应力-应变滞回曲线特征、累积应变预测方程等的影响.试验结果表明:在相同循环应力比下,超固结软黏土的应变随超固结比的增大而减小,且随超固结比的增大,使软黏土破坏所需的循环应力比呈现出减小的趋势.由于超固结土先期承受了较大的固结压力,随着超固结比的增大,软黏土的应力-应变关系逐渐由粘弹性转变为近似弹性特征.基于不同超固结比下的试验结果建立了累积应变预测方程,阐述了方程中各参数的物理意义及确定方法.     

循环荷载下各向异性软黏土应变-软化模型

通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,对循环荷载作用下各向异性固结软黏土的软化特性及残余应变发展规律进行了研究.试验结果表明,随着循环次数的增加和循环应力比的提高,软化指数逐渐减小;对于各向同性固结软黏土,软化指数与循环次数的对数表现为曲线关系,对于各向异性固结软黏土,两者表现为直线关系;对于各向同性固结土体,在循环初期,残余应变为负应变,随着循环次数的增加,负应变逐渐增大,当循环次数达到一定时,负应变开始逐渐向正应变发展;对于各向异性固结土体,随着循环次数的增加,残余应变均表现为正应变.在试验的基础上建立了各向异性固结软黏土循环残余应变 软化模型,该模型反映了软黏土循环软化特性及残余应变变化规律.结合该残余应变 软化模型对Iwan模型进行了修正,修正后的模型可以较好的描述各向异性固结软黏土的动应力应变关系.     

部分排水条件下饱和红黏土循环试验研究

为了研究交通荷载作用下路基天然黏土层的长期动力特性,采用GDS循环三轴系统,对赣南地区的路基红黏土开展部分排水条件下大次数循环荷载试验.研究部分排水条件下红黏土的孔压累积和模量变化情况,分析循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比对红黏土累积变形的影响.研究结果表明,红黏土的最终竖向累积变形随循环应力比和初始固结应力比的增大而指数型增大,随平均初始固结压力的增大而线性增大,提出考虑循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比和循环次数的累积应变模型,通过不同动应力状态下红黏土累积应变随循环次数发展曲线的归一化表明了该累积应变模型的正确性.     

长江口饱和软黏土多静力因子耦合响应规律

以长江口长兴岛周边水域原状海相饱和软黏土为研究对象,通过GDS静三轴试验,探讨预压静荷载、加荷速率、排水条件等静力因子作用下软黏土固结不排水强度和孔压特性响应规律,以及预压堆载与加荷速率联合作用下软黏土固结不排水强度及孔压耦合响应模式。研究结果表明:随着堆载预压荷载的增大,软黏土总强度增大,但抗剪强度降低,同时孔隙水压力随之降低,应力-应变关系曲线向应变软化趋势发展;随着加荷速率的加快,孔压峰值减小,软黏土的强度有所提高,应力-应变关系曲线向应变硬化趋势发展;采用竖向排水板可提高固结排水速率,缩短软黏土固结时间,提高抗剪强度;采用归一化处理得到静偏应力比s_1与加载速率■,分别建立了静力因子耦合作用下关于s_1及■的强度峰值和孔压峰值表达式。     

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.     

正常固结饱和黏性土的三剪次加载面模型

以三剪统一强度准则为破坏准则,采用坐标平移法推导出能够反映中间主应力效应、土体拉压差效应和区间效应的三剪破坏应力比,来替换修正剑桥模型的原本破坏应力比从而得到三剪统一屈服函数。基于该屈服函数,并结合次加载面理论,提出适用于循环荷载条件下的正常固结饱和黏性土的三剪次加载面本构模型。对模型参数u,C和χ做了敏感性分析,发现参数u,C和χ大小都会影响对循环荷载条件下饱和黏性土的棘轮效应和曼辛效应;为验证所提模型的正确性,将该模型的计算结果、文献中两种饱和黏土动三轴试验结果以及饱和Kaolin黏土的双面模型预测结果做了比较,结果表明所提模型能够较好地反映正常固结饱和黏土的应力应变关系,随着循环次数的不断增加,所建模型的模拟结果能不断产生累计塑性应变和累积孔隙水压力,且能够形成滞回圈。通过真三轴数值模拟分析可知,饱和黏性土的塑性偏应变在加载前期发展较快,之后相对减小;单一变量下,分别增大最小主应力和中间主应力,均会增大土体的抗剪强度。     

侧向卸荷条件下结构性软黏土典型力学特性

为研究海积结构性软黏土在侧向卸荷路径下的结构损伤特性,通过温州瑞安软黏土侧向卸荷条件下的应力路径试验,研究侧向卸荷路径和结构性对软黏土应力-应变关系、强度、初始卸荷模量等典型力学特性的影响;分析应力路径和土样深度对初始结构性及损伤特性的影响.试验结果表明:温州软黏土应力-应变关系呈明显应变软化型,具有较强的结构性;侧向卸荷条件下,初始切线模量与平均固结压力呈线性关系,斜率为加荷条件的1.4倍;侧向卸荷条件下达到峰值强度时对应的应变较常规加荷条件小.拓展了应力比结构性参数的应用范围,计算结果表明侧向卸荷条件下初始应力比结构性参数明显大于常规加荷条件.结构损伤曲线可分为平稳损伤、加速损伤和减速损伤三段,常规加荷条件下加速损伤段的损伤速率明显大于卸荷条件,这种差异与其各向异性有关,施工时需予以重点关注.     

深部重塑土高压应力路径试验研究

为了获取高压条件下应力路径对深部土力学特性的影响,采用自行设计的室内高压试验方法研究了深部重塑土在K_0固结基础上4种典型应力路径下的应力-应变行为和强度特性.结果表明:三轴压缩路径下的应力-应变曲线形态呈应变软化型,三轴拉伸路径下的应力-应变曲线则由线性段和应变硬化段组成;三轴压缩路径下深部重塑土的屈服强度和屈服变形均大于三轴拉伸路径,而抵抗破坏的能力刚好相反,且加荷条件下深部土抵抗破坏的能力高于卸荷条件.深部重塑土的室内高压试验应根据工程实际选取合理路径以避免重大事故的发生.     

等主应力比路径砂土的弹塑性本构方程

为了模拟填土工程中土体的变形,需要建立在等主应力比应力路径下的本构模型.采用数值建模方法建立等主应力比路径下砂土的弹塑性本构方程.该模型能够反映填土施工中应力路径的影响.通过可视化,绘出了整个应力场中的三维变形曲面.通过与CTC路径下的变形曲面比较,发现两者之间存在显著差别,验证了应力路径对本构关系的影响是不可忽略的.     

Digitalization Modeling System for Constitutive Relation of Geomaterial

1 Introduction The classic theory of plasticity for metal is just a particular case of the general constitutive model for geomaterials[1]. It’s very difficult to acquire an effective constitutive model because its validity rests with many characteristics of geomaterials. It’s very difficult to make certain deformation of specimens in conventional soil tri-axial compression tests because some disadvantages exist in the experiment principles, approaches and instruments [2–3]. The axial deform…     

软岩S形应力-应变曲线的数值模拟

针对软岩在荷载作用下的变形特征,结合三轴试验提出了软岩四参数本构方程。从数学理论上严格证明了该方程描述的应力-应变曲线的S形特征。该模型的四个参数中,峰值应力及其相应应变可由试验直接获得,另两个参数则需通过优化反演方法获得。在此基础上建立了四个参数与围压的经验关系式,从而可对不同围压作用下的软岩应力-应变曲线进行估算。数值模拟表明该模型能够有效模拟软岩应力-应变曲线的S形特征,能够反映软岩强度与弹性模量随围压增大的特点。     

改进的混凝土弹塑性损伤本构

针对现有的混凝土弹塑性损伤本构模型的缺陷,利用能够反映混凝土拉压方向不同强度特性的Hsieh-Ting-Chen四参数屈服函数,基于热力学耗散原理提出了一种新的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且进行单轴拉伸和单轴压缩下,应力-应变关系的数值试验。和其它混凝土弹塑性损伤本构模型相比,提出的弹塑性损伤本构模型有其优点:只有一个未知参数,其余的参数都和Hsieh-Ting-Chen混凝土四参数屈服函数的参数相同,易于确定未知参数;并且拉压损伤演化定律采用相同的计算公式,能够较好地反映混凝土在复杂应力状态下的拉压不同的损伤特性及应力-应变曲线。     

修正的Giuffre-Menegotto-Pinto钢筋滞回本构模型

针对Giuffre-Menegotto-Pinto钢筋滞回本构模型（MP模型）发生小幅卸载再加载履历（小幅循环）时存在应变和刚度突变、高估材料强度缺陷的问题,通过定义钢筋材料的弹性域半径引入新的小幅循环判别方法,将小幅循环分为2种类型,提出对小幅反转点重新赋值的修正方法,消除不合理的履历;应用修正后的MP模型和Mander混凝土模型,开发基于空间纤维梁单元理论的RC结构弹塑性分析程序;分析含小幅循环的钢筋滞回曲线、模拟RC柱的拟静力试验结果,检验修正方法的有效性.结果表明：修正的MP模型发生小幅循环时履历合理,避免了原模型刚度和应力偏大的问题;修正模型改进了RC结构中钢筋在地震作用下的滞回履历,在弹塑性分析中有较好的计算效率.     

粘土数值建模方法与Duncan模型的对比研究

以塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用原理为指导,对粘土本构关系的数值建模方法进行了研究。采用包含应力路径函数的两个本构泛函作为模型基本框架,可以反映出应力路径相关性。应力应变增量关系的表达式包含两个偏导数的交叉项,用于反映塑性体应变与塑性剪应变的相互作用。利用三轴试验结果建立了粘土的弹塑性本构模型,该模型能够反映出土的三大基本力学特性:压硬性、剪胀性和应力路径相关性。通过可视化,分别给出在整个应力场中剪切和体积的三维变形曲面。此外,从模型的理论基础、基本框架和预测结果等方面与Duncan模型进行对比,显示出数值建模方法优于传统方法。     

复杂应力条件下土的结构性本构关系

结合陕西杨凌非饱和黄土不同条件下的三轴试验资料，将作者提出的一种新的土结构性定量化参数（应变型综合结构势）引入土的强度变形特性分析，发现在同一围压下土结构性参数对不同影响因素下的应力应变曲线均具有较好的归一化作用。基于归一化曲线所表现出的双曲线特征，用类似邓肯一张模型的处理手法构造了非饱和黄土的结构性本构关系，本构模型的参数均可由试验确定。由于本文提出的土结构性本构关系引入了能够反映复杂应力状态的土结构性参数并且与邓肯一张模型形式相同，因而具有应用范围广泛和便于程序分析的潜力。试验验证表明，结构性本构关系可以较好地反映非饱和黄土的强度变形关系。     

近海环境下锈蚀箍筋约束混凝土本构模型

采用人工气候环境模拟技术模拟近海环境,对36组约束混凝土棱柱体试件进行加速腐蚀,开展轴压试验,研究箍筋锈蚀对约束混凝土峰值应力、峰值应变和应力-应变曲线形状的影响. 通过对试验结果的回归分析,得到考虑箍筋锈蚀率影响的混凝土峰值应力和应变修正系数拟合公式,以形状系数作为应力-应变曲线形状参数,基于Mander模型确定考虑箍筋锈蚀率影响的形状系数的计算公式,建立近海环境下的锈蚀箍筋约束混凝土本构模型. 与试验结果对比发现：采用该模型计算得到的各试件峰值应力、峰值应变及应力-应变曲线形状均与试验结果符合较好,表明建立的本构模型能够较准确地反映锈蚀箍筋约束混凝土力学性能,可以用于该环境下的锈蚀RC结构剩余承载力及抗震性能评估.     

Development and verification of large deformation model considering stiffness deterioration and shear dilation effect in FLAC~(3D)

The existing constitutive models of rock with strain softening cannot successfully reflect the damageinduced anisotropy and nonlinearity of the post-peak failure behavior under progressive loading. In order to better reflect the nonlinear stress-strain behavior of rock, especially for the post-peak failure behavior,with expected stiffness degradation and large deformation, a modified constitutive model of rock considering stiffness degradation and dilatation behavior at large deformation was proposed in this study. This study analyzes and discusses various attenuation parameters in the proposed nonlinear plastic constitutive model using FLAC~(3D) software. The excavation-induced stress in rocks was calculated by FLAC~(3D) using the Mohr-Coulomb model, conventional strain model, and the proposed modified model. The obtained results of these models were analyzed and compared with field data. This study shows that the simulated results using the proposed new constitutive model matched much more closely with the measured field data, with an average error less than 5%. This new model can successfully reflect the damage-induced stiffness degradation at large deformation, and can provide a theoretical basis for stability design and evaluation of underground excavation.