超固结土本构模型分叉三维理论分析及数值模拟

应变局部化分叉的产生强烈依赖于本构模型的弹塑性矩阵。以基于伏斯列夫面超固结黏土三维本构模型为研究对象,推导了三维应力下产生分叉的应力条件,求出了该模型在常平均应力时不同应力路径下分叉三维解析结果。解析结果表明：该模型在应力洛德角为-26.5°～7.5°时,有分叉现象产生,分叉产生于土体应力应变的硬化阶段,且分叉后剪切带倾角变化趋于稳定;而应力洛德角在-30°～-26.5°及7.5°～30°时无分叉现象出现。最后,利用有限元软件ABAQUS的材料子程序接口,采用回映应力更新算法,编写了材料特性子程序,实现了该模型在有限元数值分析中的应用,对均匀各向同性多单元立方体进行常平均应力时真三轴试验数值模拟,并比较数值计算结果与解析结果,验证了解析解与数值模拟结果的一致性。     

正常固结饱和粘性土的三轴固结不排水剪切强度指标的取值

１前言总应力强度指标是采用总应力法进行地基或土坡稳定分析的主要参数。尽管与有效应力法相比,总应力分析法无法反映处于部分固结状态下土体的稳定性,而只能反映不排水、完全排水及固结完成后瞬时加荷条件下土体的稳定状况,但由于总应力分析法无须（多数情况下是无法...     

超固结土一维次压缩特性实验研究

对上海重塑粘土土样进行了一维次压缩实验,研究超固结土的一维次压缩特性.所有的土样都进行了预压处理.实验结果表明(1)超固结土的次压缩指数小于正常固结土的次压缩指数;(2)上海重塑超固结土的Ca/Cc基本为一恒定的值,约为0.035;(3)超固结土的等时间线形状和规律与正常固结土的有所不同;(4)"蠕变率与加载历史的无关性"似乎并不完全正确.实验结果表明,在加载初期,土样的次压缩速率不仅与其状态有关(及有效应力大小和孔隙比)而且还和加载历史有关."等时间线"和"参考线"的概念会低估超固结土在加载初期的次压缩速率.     

统一硬化超固结土模型试验验证

统一硬化超固结土模型(UH模型)能够反映超固结土的硬化、软化、临界状态、剪缩和剪胀等应力-应变特性以及应力路径对它的影响。通过对北京奥林匹克森林公园的原状土在相同的前期固结压力条件下做不同超固结度等围压三轴固结排水试验以及对模型的预测结果与试验数据的比较,说明了统一硬化超固结土模型的合理性。     

结构性超固结土的统一硬化模型

统一硬化超固结土模型是在下加载面和剑桥模型理论框架下,提出的能够描述超固结土的剪缩、剪胀、硬化和软化特性的简单、实用的模型。它通过将与土的结构性有关的参数引入到超固结土模型中,来建立结构性超固结土模型。与剑桥模型相比,它只增加了2个材料参数,即伏斯列夫面的斜率Mh和结构性参数α。采用新模型对结构性超固结土的应力-应变关系进行预测的结果表明:所建立的结构性超固结土模型基本能够描述结构性超固结土的特性。     

考虑起始水力坡降的超固结土一维非线性固结分析

考虑超固结黏性土中渗流存在的起始水力坡降及变荷载作用,建立超固结土一维非线性固结模型。利用连续条件建立固结模型的控制方程,并采用有限差分法求取该模型的数值解。在此基础上,当回弹再压缩指数ce等于压缩指数cc时,将该文差分解与考虑起始水力坡降的正常固结土非线性固结半解析解对比以验证该文解的可靠性。最后,分析起始水力坡降和超固结应力状态对黏性土固结性状的影响。结果表明:起始水力坡降导致土中超静孔压不能完全消散;当外荷载稳定值qu与起始水力坡降i0、水的重度γw及土层厚度H之积的比值小于1时,单面排水条件下渗流前锋不能至土层底面;起始水力坡降i0越大,土层沉降值越小,按孔压定义的土层平均固结度也越小;相同起始水力坡降下,超固结土层超静孔压的消散速率比正常固结土层快,超固结土层的最终沉降值小于正常固结土层,且前期固结压力越大则最终沉降量越小。     

超固结土静止侧压力系数的确定

本文讨论了在侧向变形ε２＝ε３＝０的条件下，超团结土的加载、卸载的应力路径。提出了根据室内试验成果确定原位静止倒压力系数的方法。     

重塑软黏土固结排水三轴试验和本构模型研究

通过室内固结排水三轴剪切试验,分析了重塑饱和软黏土在固结排水条件下三轴剪切过程中的力学特性和变形特征。基于硬化参量与应力路径无关的基本假定,根据曲线积分中的格林公式,构建了新的屈服方程,并建立了一个适合于重塑饱和软黏土的本构模型。采用MATLAB软件编写计算程序,利用新建的重塑软黏土本构模型,对所采用的重塑软黏土和文献报道的Fujinomori黏土的固结排水三轴剪切试验进行理论计算。将试验结果和理论计算结果进行对比,可得出结论:新建的本构模型理论计算结果与重塑饱和软黏土的固结排水三轴试验结果较为吻合,可以较好地描述重塑软黏土在排水条件下的强度与变形特征。     

三轴固结不排水剪切实验研究

通过对三轴固结不排水试验中土样固结后试件的实测下沉高度与两个经验公式算出的结果进行比较，从而建立一个更准确的计算试件固结后面积的公式。     

砂卵石-砂土复合试样大三轴数值试验及验证

基于北京地下直径线典型砂卵石地层试样的大型三轴排水试验结果,利用通用有限元软件ABAQUS采用Mohr-Coulomb本构模型对复合土样三轴试验的破坏过程进行了数值模拟,基本上再现了土样三轴试验的偏应力-应变关系,说明数值计算能够有效地模拟土样的三轴试验。在此基础上,通过不同砂层厚度试样的数值试验,探究了砂层对复合试样强度和破坏规律的影响。计算结果表明:试验围压,试样中砂土的位置及厚度对于砂卵石-砂土试样的强度及破坏模式有显著的影响。     

K0超固结土的统一硬化模型

将所建立的超固结土模型推广为能够反映超固结土的初始应力各向异性的弹塑性模型。它是通过将潜在强度Mf、特征应力比M和状态应力比ηk引入到模型的统一硬化参数中,使模型具有预测超固结土的初始应力各向异性、剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径依赖性等基本特性的功能。采用SMP强度准则并结合变换应力方法对模型实现了三维化。通过与试验结果比较表明,提出的模型能够较好地描述初始应力各向异性超固结土的应力应变特性。     

考虑两种不同性质超固结的土体本构模型

结构对土体的变形特性有强烈影响,土体本构模型应该反映土体的结构性。通过调研分析将土体变形表现出的超固结划分为结构超固结与应力超固结这2种不同性质的超固结,从而使结构超固结与应力超固结统一起来。土体结构超固结采用结构超固结参数来表示。模型对修正剑桥模型进行扩展,模型的屈服面形状与修正剑桥模型一致,而屈服面的大小由结构超固结和应力超固结ps之和决定,而屈服面的变化由体积硬化与结构损伤共同来描述,模型采用相关联流动法则;从而提出了一个可考虑结构性的粘土本构模型。模型概念明确,参数简单并有物理意义。初步验证表明,模型可以较好的反映结构性土体的变形特性。     

循环荷载作用下饱和黏性土的弹塑性双面模型

基于作者新近提出的一种混合塑性硬化准则和临界状态土力学理论建立了一个三维形式表述的适于饱和黏性土的弹塑性双面模型,此硬化准则是著名的M asing方法在三维应力空间中的推广。该模型的二维形式已采用饱和黏性土样室内动态三轴不排水剪切试验的结果进行了验证并已在另文发表。本文所建的三维弹塑性动本构模型与一个半经验的孔隙水压力增长模式相结合,通过有限元程序ABAQUS*对一个循环荷载作用下的条形基础下部地基土层内的位移、应力分布和超孔隙水压力随时间的变化进行了分析,计算结果表明模型预测的地基土的力学响应是符合实际的。     

不排水条件下非饱和土水力–力学耦合特性数值模拟

非饱和土即便在不排水、不排气条件下也将发生体变,这为预测非饱和土不排水、不排气力学特性带来了困难。基于三相孔隙介质理论,结合非饱和土的弹塑性本构模型推导了不排水、不排气条件下非饱和土三轴剪切三相耦合控制方程,对非饱和土的不排水、不排气三轴剪切特性进行预测。数值模拟结果表明,此方法能够描述非饱和土在不排水、不排气条件下的水力–力学特性,如体缩特性、孔隙水压力和孔隙气压力增长以及饱和度增大等特性。数值计算结果与室内试验结果一致,证实了所提数值分析方法的合理性。     

地下厂房洞室群围岩开挖过程数值模拟

以某水电站为背景,对地下厂房洞室施工开挖过程进行数值模拟计算,通过大型有限元软件ANSYS建立三维模型,然后将节点与单元信息转换出三维岩土工程数值分析软件FLAC3D能识别的节点与单元信息,最后导入三维FLAC3D进行分析。该文主要研究了在开挖过程中洞室群围岩的主要变形特征和开挖塑性区变化规律,所分析结果可以为相关测试工作以及施工过程中的支护提供参考。     

瀑布沟土石坝体及防渗墙的离心模型试验和数值分析

本文论述瀑布沟土石坝及坝基防渗墙在施工完建、蓄水至正常高水位、水位骤降及７．５度，８度地震烈度等不同设计条件下的离心模型试验。得出不同坝高的土石坝及防渗墙各部位的应力、变形值。采用有限元计算，并和有关工程的原型观测资料进行了对比分析。     

大型储煤仓结构的群体风荷载研究

分别采用风洞测试及CFD数值模拟手段对某大型储煤仓群体风效应进行了研究,基于刚性模型测压试验,分别测试了储煤仓表面的外部风压,进而对群体圆壳结构表面的平均体型系数分布、风压均方根分布等进行分析,给出了可直接用于主体结构设计的抗风设计参数。基于CFD数值模拟,计算得到关键风向角下煤仓周围流场分布情况,并通过比较煤仓表面的平均体型系数分布对模拟结果进行验证。     

桥梁动力弹塑性分析方法对比研究

为明确纤维模型和分离式模型在应用于桥梁抗震分析中的差异,本文利用通用有限元软件ABAQUS,采用混凝土弹塑性损伤模型,对某连续剐构桥建立了分离式模型。考虑桥墩高宽比变化,进行了罕遇地震下的弹性与弹塑性动力时程分析,并将结果与纤维模型分析的结果进行对比研究。分析表明：在弹性状态,两种模型的分析结果受桥墩高宽比影响较小,能得到较一致的解答;在弹塑性阶段,纤维模型具有更高的计算效率．但对于弯曲破坏不明显的桥梁结构其分析结果并不能反应桥墩的真实损伤情况,对于弯曲破坏显著的桥梁结构却不失为一种有效的工程分析方法;应用分离式模型进行弹塑性动力分析,能够直观地反映桥梁结构的损伤分布,是一种更为合理更为精细的弹塑性动力分析方法。