软粘土的模型参数试验求解方法

目前国内外对岩土类材料的理论研究建立了很多的模型，应用较为广泛的有修正的剑桥模型、Lade-Duncan模型，和Matsuoka模型等双屈服面模型，现对建立在双屈服面模型基础上的殷宗泽模型进行了试验研究，研究结果表明该模型对于软粘土具有较好的适用性。     

土的双屈服面模型研究

对殷宗泽双屈服面模型提出了改进，作出了改进后的双屈服面在ｐ—ｑ平面上的轨迹，用图象程序方法确定模型参数，并给出了用修改后的模型计算的曲线和实测曲线，两者比较接近．     

采用修正塑性功硬化参数的双屈服面模型及应用

 首先对国内外双屈服面模型的发展进行回顾,指出土体模型中双屈服面概念的必要性和合理性。其次以平面应变试验结果为基础,直接推导出双屈服面模型各部分关系式,其中体积屈服面以塑性功为硬化参数,硬化函数与试验结果吻合程度较好,剪切屈服面以修正塑性功为硬化参数,满足了其与硬化面关系唯一性的要求,并可反映硬化–软化全过程。为使其能较方便地应用于数值计算方法,推导适用于双屈服面模型的弹塑性刚度矩阵。最后应用该模型对一高填土工程的变形进行计算,比较显示其与实测结果较为吻合。     

基于等效时间的双屈服面三维流变模型

为了同时描述土体剪缩剪胀及流变特性,运用Yin-Graham等效时间法建立了双屈服面三维流变模型。首先,以Yin-Graham三维流变方程作为反映剪缩机制的第一屈服面流变方程;其次,以Matsuoka-Nakai 屈服准则作为反映剪胀机制的第二屈服面,以黏塑性功为硬化参数,采用非相关联流动法则,借鉴Mesri建模思路构建应力-黏塑性功-时间关系,利用等效时间法得到应力-黏塑性功-黏塑性功速率关系式,借助Perzyna过应力理论建立第二屈服面三维流变方程;再次,按照双屈服面模型理论将以上两个流变方程结合起来,提出一个基于等效时间的双屈服面三维流变模型,并利用经典的四阶Rung-Kutta方法编制差分计算程序,获得流变模型的数值解答;最后,利用加拿大膨润土及香港重塑海相沉积土三轴固结不排水流变试验将预测值与实测值进行对比,以验证该模型在流变试验中的适用性。结果表明：建立的流变模型可以较好地模拟不排水流变试验多级加载和单级加载发展过程以及土体剪缩剪胀特性。     

基于等效时间的双屈服面三维流变模型

为了同时描述土体剪缩剪胀及流变特性,运用Yin-Graham等效时间法建立了双屈服面三维流变模型。首先,以Yin-Graham三维流变方程作为反映剪缩机制的第一屈服面流变方程;其次,以Matsuoka-Nakai屈服准则作为反映剪胀机制的第二屈服面,以黏塑性功为硬化参数,采用非相关联流动法则,借鉴Mesri建模思路构建应力–黏塑性功–时间关系,利用等效时间法得到应力–黏塑性功–黏塑性功速率关系式,借助Perzyna过应力理论建立第二屈服面三维流变方程;再次,按照双屈服面模型理论将以上两个流变方程结合起来,提出一个基于等效时间的双屈服面三维流变模型,并利用经典的四阶Rung-Kutta方法编制差分计算程序,获得流变模型的数值解答;最后,利用加拿大膨润土及香港重塑海相沉积土三轴固结不排水流变试验将预测值与实测值进行对比,以验证该模型在流变试验中的适用性。结果表明:建立的流变模型可以较好地模拟不排水流变试验多级加载和单级加载发展过程以及土体剪缩剪胀特性。     

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。     

本构模型试验研究及验证

就殷宗泽双屈服面模型参数的试验求解过程及模型的适用性验证做了较为深入的研究,研究结果表明,该模型能够较好地反映软粘土的应力应变关系,以推广该模型的应用。     

基于材料状态相关临界状态理论的砂土双屈服面模型

分析现有砂土临界状态单屈服面模型存在的缺陷,基于临界状态理论和材料状态相关剪胀性理论,建立了一个适用于不同初始密实度的双屈服面砂土本构模型。该模型考虑了剪切变形和压缩变形机理,克服了单屈服面在一维压缩等试验条件下只有弹性应变没有塑性应变的不足,模型只用一组参数便可描述不同围压不同密实度砂土的应力应变关系,对剪切试验过程中表现出来的剪胀剪缩特性也可以进行很好的追踪。通过对Toyoura砂和Hostun砂一维压缩及三轴排水和不排水条件下的试验结果进行模拟,表明该模型具有较好的预测能力和较广的适用性。     

堆石流变试验及双屈服面流变模型的研究

通过对两类不同岩性的堆石料作室内三轴流变试验,研究了堆石料的流变特性,试验结果表明流变体积应变和广义剪应变随时间均呈双曲线变化。殷宗泽曾以椭圆–抛物双屈服面弹塑性模型为基础,提出了一个综合反映堆石料瞬时变形和流变的双屈服面流变模型的初步框架。结合堆石流变试验规律,将该模型用于模拟试样在不同应力状态下的流变变形的发展,确定了模型参数的计算方法,初步验证该模型的合理性和有效性。该模型能反映复杂加载情况,反映剪胀、剪缩特性和流变特性。     

修正的饱和黏土次加载面模型

基于临界状态土力学理论,建立了一个适用于循环荷载作用的次加载面本构模型。模型采用修正剑桥模型屈服面,屈服面形式简单、灵活。模型弹性域为一点,应力反向时立即产生塑性变形,应力应变曲线形成封闭的滞回圈,符合试验现象。     

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。     

考虑双剪中主应力影响系数的D-P系列屈服准则研究

双剪统一强度理论考虑了中间主应力的影响,但其屈服面不光滑,不利于数值分析.为了解决Mohr-Coulomb屈服面奇异性问题,己有研究推导得到与Mohr-Coulomb有特殊位置关系的一系列D-P屈服准则.为了解决双剪统一强度理论角点奇异性问题,参考传统的D-P系列屈服准则的推导过程,推导得到了考虑中间主应力影响系数b的...     

冻融循环下青藏粉砂土双屈服面本构模型研究

 基于青藏粉砂土在冻融循环下的常规三轴固结剪切试验,通过引入模量残余比和冻融循环次数,建立考虑冻融循环影响的双屈服面本构模型。试验结果表明,粉砂土的应力–应变关系呈应变硬化型,而在整个剪切过程中,体变呈现剪缩的特性。粉砂土的剪切模量随着围压的增大而增大,随着冻融循环的发展而出现先减小后增大的趋势。与未冻融粉砂相比,冻融以后的弹性剪切模量可降低约36%左右。其应力平面p-q上的剪切屈服面和体积屈服面可分别用过原点的线性函数和椭圆型曲线进行描述。对于剪切和体积硬化特性,建立与塑性应变及冻融循环次数相关的硬化参数,且均采用非相关联的流动法则。所提出的双屈服面本构模型能够很好地反映土体的应力–应变特性,模型计算值与试验值较为吻合,该模型能较为准确地预测不同围压及不同冻融循环次数下的应力–应变关系曲线,较好地反映冻融循环对粉砂力学性质的影响。     

考虑损伤的软土地基变形分析

在前期研究工作的基础上通过无侧限抗压试验和大量的室内固结试验，得到了原状土和重塑土的力学性质变化规律；在殷宗泽双屈服面弹塑性本构模型中考虑土体的损伤和流变特性，对一软土地基上的路堤沉降问题进行了有限元计算分析和研究，并与实测结果进行了对比。     

关于稳定材料屈服条件在 π 平面内的屈服曲线存在内外包络线的证明

在数学上严格证明了关于Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服条件和广义双剪应力屈服条件在π平面内的屈服曲线分别是稳定材料屈服曲线的内、外包络线的观点，该研究成果为研究稳定材料塑性模型提供了依据。     

广义塑性力学多重屈服面模型隐式积分算法及其ABAQUS二次开发

 进行采用非关联流动法则的多重屈服面本构模型隐式积分算法的实现。基于广义塑性力学建模理论,模型采用由试验拟合确定的屈服面,通过大型有限元软件ABAQUS提供的用户子材料接口,采用FORTRAN语言,实现广义塑性力学的双屈服面模型的完全隐式应力积分算法。利用所开发的UMAT程序,进行黏土常规三轴数值模拟计算,通过数值模拟结果与试验结果的比较,验证模型和程序的有效性和准确性。     

考虑颗粒破碎的动力UH模型

在已发展的考虑颗粒破碎效应的静力UH本构模型基础上,采用变换应力方法,将原模型拓展为适用于无黏性土的动力统一硬化模型（DUH模型）。具体做法：①针对静力模型中屈服面形状随当前应力状态变化而改变的现状,采取含有 p 变换的变换应力方法,将原真实应力空间中变化的屈服面变换为变换应力空间中的椭圆屈服面;②采用旋转硬化规则,在变换应力空间中椭圆的位置以及形状由旋转轴来确定,并建立了一并考虑等向硬化以及旋转硬化的混合硬化参数;③在变换应力空间中,参考屈服面与当前屈服面之间通过应力比参数 R 来建立联系。模型参数较少。通过3种不同岩土材料在高围压下的单调以及循环加载试验结果的比较,验证了所提DUH模型的合理性。     

天然软粘土屈服性状的试验研究与本构模拟

为研究结构性及各向异性对天然软粘土屈服特性的影响,对上海软粘土进行了一系列相关试验,包括一维固结试验、三轴不排水剪切试验以及三轴排水应力路径剪切试验;同时在单面边界面模型框架内,引入考虑结构性及各向异性影响的内变量,建立本构方程。通过对边界面与传统屈服面模型计算结果的对比,证明了边界面模型在模拟天然软粘土屈服性状上具有一定的优势;通过对天然软粘土各种屈服试验结果的模拟,验证了模型的合理性。结果表明:修正后的边界面模型可以更有效地反映天然软粘土的变形特性。     

截面轴力与弯矩屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的应用

为了在现行规范下考虑轴力与弯矩的相互作用,并兼顾计算精度与计算效率,研究了截面屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的新应用。首先选用截面组合思想构建轴力与弯矩的屈服面。接着,基于经典塑性理论建立截面恢复力模型,并给出了截面状态确定方法。然后阐述了基于力的梁柱单元状态确定过程及其对截面恢复力模型的调用。最后采用alpha-OS积分算法,对一个四层两跨钢框架开展了动力弹塑性分析。结果表明：截面轴力弯矩屈服面能很好地考虑轴力存在及变化对截面弯矩承载力的影响,基于屈服面的恢复力模型在计算精度上远高于塑性铰模型并逼近纤维模型,在效率上远高于纤维模型,可以用于钢框架的动力结构弹塑性分析。     

弹粘塑性模型参数对路堤沉降影响的非线性有限元分析

将广义宾汉姆模型与椭圆抛物线双屈服面模型结合起来,能够较好地反映江苏海相软土的粘、 弹、塑性特征。采用该模型编制非线性有限元程序对路堤沉降进行了分析,讨论了模型中各参数 对计算沉降量的影响。研究表明,c、KG、n是最敏感的3个参数。