土的变形非线性与剪缩剪胀性新认识

在对土受荷变形的弹性、非线性、剪缩剪胀性和压缩回胀性全面分析的基础上,着重研究了土的非线性和剪缩剪胀性,提出了能够同时考虑因应力路径偏转和主应力轴旋转而引起剪缩剪胀特性的方法,进而建立了考虑土的非线性、剪缩剪胀性和压缩回胀性的统一描述关系     

考虑应力路径和颗粒破碎影响的钙质砂剪胀特性及剪胀方程研究

钙质砂的剪胀特性受应力路径和颗粒破碎的共同影响.为了探讨钙质砂在不同应力路径下的剪胀特性,进行了一系列不同固结压力和应力路径组合的排水三轴压缩试验.结果表明:应力路径和颗粒破碎对钙质砂的剪胀特性有重要影响.不同应力路径下钙质砂的剪胀比与应力比的关系存在显著差异.相同应力比下的剪胀比,等围压试验的最大,等轴向应力试验的最...     

剪胀土与非剪胀土的应力应变关系

本文提出了具有两组屈服面的新的应力-应变关系模型。它可用于剪胀土,也可用于非剪胀土。用这种模型所作的有限元分析表明,对于许多实际问题这种模型都是适用的。     

考虑围压影响的深埋圆隧围岩应变软化与剪胀特性分析

 不同围压下岩石应变软化与剪胀特性不同,若在隧洞开挖中考虑围岩塑性区域内变化围压影响,其应力–应变场求解方式将区别于既有文献中的传统方法。根据围压影响下应变软化围岩的临界塑性剪切应变变化特征,给出改进的判断围岩是否进入塑性残余区域的规则;引入考虑围压与临界塑性剪切应变的非线性剪胀模型。基于Hoek-Brown屈服准则,根据一定径向应力增量将围岩塑性软化与残余区域分层,采用有限差分法对围岩应力–应变场进行求解;为分析围压对围岩稳定性的影响,根据临界塑性剪切应变与剪胀系数变化与否,设定4种非线性力学模型,深入分析并比较4种力学模型下临界塑性剪切应变、剪胀系数与围岩变形等在塑性软化与残余区域的分布规律。研究结果表明：地质强度指标GSI较小时,考虑围压影响下的围岩应力–应变场与未考虑时差异明显;此时临界塑性剪切应变的减小对开挖边界的围岩剪胀性具一定抑制作用。     

颗粒介质剪胀、软化特性的直剪试验研究

颗粒介质的宏观力学行为特征与其微观组构演化密切相关,涉及孔隙比、颗粒形态、颗粒破碎以及各向异性等因素的交叠影响.采用DRS-I型超高压直剪试验系统对3种不同粒径的钢球进行0.4～12 MPa法向压力下的直剪试验,避免颗粒形态、颗粒破碎及各向异性的交叠影响,进而单独分析峰值强度、残余强度与孔隙比演化的关联性,以期为揭示颗...     

堆石料颗粒破碎对剪胀性及抗剪强度的影响

堆石料的一个比较明显的特点是在力的作用下常发生颗粒破碎，本文通过三峡花岗岩风化石碴的三轴试验和平面应变试验，结合日本森吉山安山岩和玄武岩的三轴试验成果，综合分析了颗粒破碎规律及有关力学特性，分析了破碎与剪胀性及破碎强度分量的关系。     

土颗粒破碎耗能对罗维剪胀模型的修正

采用Hardin建议的公式来度量颗粒破碎及其耗能。根据罗维最小能比原理,推导得到破碎修正的屈服函数微分方程。对围压300kPa时,进行了微分方程的数值积分,得到了屈服面图形。与原始罗维剪胀模型相比,经过颗粒破碎修正的罗维剪胀模型具有低剪胀性等明显优点。     

粒径对剪胀特性的影响及其细观机理探讨

剪胀是由剪切变形导致的真正的剪胀,从砂土变形细观机理出发,建立了一个仅考虑剪切变形影响的简化模型,分析了粒径对孔隙比和体积应变的影响,发现在经历相同的从＂疏松＂到＂紧密＂的过程时,粒径并不改变孔隙比变化值和体积应变值的大小;并通过PFC2D双轴实验,对不同粒径的土样进行了数值模拟,从实验得出的体积应变曲线和孔隙比变化曲线可推出粒径对剪胀影响无关的结论。     

剪胀对地下工程岩体位移的影响——以加拿大Donkin-Morien隧道为例

根据建立的岩石剪胀角模型,分析岩石峰值内摩擦角和剪胀角的关系,得出岩石在零围压时的峰值剪胀角小于并近似等于峰值内摩擦角,并假设岩石和岩体的剪胀角遵循相似的变化趋势,结合Hoek-Brown强度准则和GSI岩体分级系统,实现剪胀角模型从完整岩石到岩体的转化。采用程序语言在FLAC3D中编写岩体剪胀角模型程序模块。以加拿大Donkin-Morien隧道为工程实例,研究围压和塑性剪切应变依赖的岩体剪胀对隧道渐进开挖过程中围岩位移的影响,论证恒定的剪胀角值不能准确表达隧道开挖边界附近的岩体位移,而考虑围压和塑性剪切应变为影响因素的岩体剪胀角模型能够合理描述围岩的位移分布,模拟结果与实际测量值具有很好的一致性。研究成果可为岩体非线性力学行为的研究和地下工程岩体的稳定性控制提供理论和实践基础。     

土与结构物接触面的剪胀、剪缩特性及其描述

通过对土与结构物接触面力学特性的分析,总结出4种基本的接触面应力-应变曲线形式。提出一个新的剪胀方程及其对应的剪胀函数,对接触面的剪胀特性进行描述。与一般土的剪胀方程相比,新剪胀方程显得更为合理。     

岩石扩容起始特性与峰值特性的比较

边坡、隧洞、矿井等岩土工程的失稳过程都伴随着岩体的扩容现象,研究各种工程岩体的扩容特性对工程岩体稳定性评价有重要意义。采用TAW-2000电液伺服岩石三轴试验机,通过对8种岩样的单轴、三轴压缩试验结果分析,获得了低围压下的应力-体积应变曲线,寻求不同岩石的扩容起始点的的变化规律,揭示岩石扩容起始特性与峰值点特性的对应关系。研究结果表明：①岩石扩容起始点处的应力随着围压的增大而增大,并且相比峰值点应力变化,扩容起始点的应力随着围压的变化更强烈;②分别定义了岩石的扩容起始点与峰值点的应力比和应变比计算公式,应力比和轴向应变比呈现很强的线性相关性,并且与其岩性和围压无关。如果确定了峰值点的应力应变关系,便可以较方便地找到岩石的扩容起始点。通过岩石扩容起始点与峰值点变化规律的研究,找到了一条确定岩石扩容起始点的新思路,对岩石的长期强度预测提供了理论依据。     

土的三维渐近状态准则

天然地基中土是在某种约束下而受力变形的,试验结果表明,土在等应变增量比的路径约束下,无论应力路径的起点如何最终都会逼近于应力比为一常数的稳定状态,称为渐近状态。简要分析了渐近状态下土的剪胀规律,应变增量比作为反映剪胀性的一个参数,可以用来描述渐近状态应力比,结合广义非线性强度准则,把土渐近状态应力比的计算推广到三维,提出了土的三维渐近状态准则,并详细分析了该准则中各参数对渐近状态应力比的影响程度,最后通过试验验证了准则的有效性。     

非饱和含黏砂土的弹塑性剪胀特性研究

通过引入能够较好反映非饱和土弹塑性变形特性的Barcelona模型并结合能够较好反映砂土剪胀特性的Lade模型,进行了3种不同应力路径的三轴试验,给出了能反映非饱和含黏砂土应力应变特性的非饱和弹塑性模型,并讨论了吸力和净围压对弹性应变、塑性应变、塑性功和屈服函数的影响。推导出了总体积变形的表达式,该式同试验结果变化规律符合较好,说明该理论适合于非饱和含黏砂土。同时,由试验数据可以得出含黏砂土的体变峰值点、剪胀特性同净围压和吸力的变化有密切的关系。     

砂土的可逆性和不可逆性剪胀规律

基于对较高精度的砂土扭剪试验成果的分析,表明砂土的剪胀是由一个完全可逆的体应变分量和一个不可逆的体应变分量构成的。前者取决于现时剪应变的大小,后者则主要取决于剪切作用的历史。砂土剪胀的可逆性与剪切过程中相对滑移机制以及颗粒转动引起的砂粒集合平均定向率的可逆变化有关,而砂土剪胀的不可逆性则可能是剪切过程中砂颗粒破碎、平均孔隙率减少及大孔隙消失的结果,它们分别服从不同的剪胀规律。     

考虑拟弹性塑性变形的土体弹塑性本构模型

传统弹塑性理论下的关联流动模型用于岩土材料时,对更一般的本构关系的描述难以令人满意,这是因为土的塑性应变增量方向存在非唯一性,这在理论和试验上都已得到证明。传统弹塑性理论是基于塑性应变增量方向具有唯一性的假设之上的,因而不论采用关联流动法则还是非关联流动法则,都难以较好地解决岩土材料本构关系的建模问题,有必要去发展新的理论。同时已有的研究也表明土的塑性应变增量方向不仅取决于总应力,也与应力增量是相关的,即表现出弹性应变的特性。在广义位势理论的基础上,研究塑性应变增量的分解准则,提出了考虑拟弹性塑性变形的土体弹塑性本构模型,把传统不可恢复的塑性应变增量分解为具有弹性应变特性的拟弹性部分和纯塑性部分。拟弹性部分遵从弹性法则,并与应力增量有相同的方向,采用弹性模型表示;纯塑性部分遵从传统塑性理论的假设,方向具有唯一性,可以采用符合塑性理论的假设来建模。这样分解后建立的模型将更为合理和简便,又可以解决土的塑性应变增量方向存在非唯一性的问题。最后通过与试验结果的对比证明了其可行性,对试验结果可得到效果更好的模型。     

堆石料剪胀特性大型三轴试验研究

基于不同初始孔隙比e0和不同固结压力σc情况下筑坝堆石料大型三轴固结排水剪切试验,分析了堆石料应力应变关系与体积应变关系以及剪胀率ζ与塑性剪应变εsp关系的变化规律。研究表明:对于颗粒级配确定的堆石料,剪胀剪缩转化关系由临界初始孔隙比(e0)crit与临界固结压力(σc)crit共同决定;堆石料破坏时的剪胀率ζf可以成为材料剪胀性的判断标准。通过试验数据非线性拟合分析,提出了堆石料应力应变关系与塑性体积应变关系的统一表达式以及初始物理力学状态依赖的应力-剪胀方程和破坏时剪胀率ζf表达式,并由此获得了堆石料剪胀剪缩转化的判断准则。     

Stress wave transmission and frequency-domain responses of gap-graded cohesionless soils

Gap-graded cohesionless soils are extensively utilized in numerous man-made geotechnical structures such as earthen embankments, man-made fills and used for the prevention of seepage in dams and tailings of mines. However, there is a lack of research available on investigating the transitional behaviour of frequency responses of gap-graded cohesionless soils. Therefore, the present research explores the stress wave transmission in gap-graded silica sand mixtures (having median particle size ratio of 6.4) using disk-shaped piezoelectric transducers (DTs). By employing DTs, shear (V_s) and compression (V_p) wave velocities are measured using more planar waves and eliminate the possibility of fine particle segregation commonly encountered during insertion of bender elements. The experimental results indicate that at an equivalent void ratio, V_s and V_p decrease initially with the increase in fine silica sand content (F_s); however, once a transitional value (F_s,thr) is attained, V_s and V_p start to rise and move towards the values for fine silica sand. Such transitional behaviours of elastic wave velocities and frequency-domain responses are dependent on the state of packing, i.e. denser specimens achieve this at a lower F_s than the looser equivalents. It is observed that for a given F_s, there exists a linear relationship between the maximum transmitted frequency in the packing, i.e. low-pass frequency (f_lp) and the V_s. Furthermore, a novel approach has been described by which the type of gap-graded mixture, i.e. underfilled (internally unstable) or overfilled (stable), can be assessed by experimentalists from the slope of f_lp–V_sresponses. The advantage of adopting f_lp to categorize the gap-graded mixtures is that the same is more sensitive to F_s in comparison to V_s or V_p, and thus a more robust analysis can be achieved.     

层状各向异性无黏性土三维强度准则

忽略黏性项,采用椭圆型角隅函数对Mohr-Coulomb准则进行三维化,建立了适合于无黏性土的三维强度准则,该准则能合理反映峰值内摩擦角随中主应力比的变化特性。以垂直与平行于土体沉积面方向的强度之比引入层状各向异性系数,并根据主应力轴与土体沉积面方向关系修正角隅函数,提出了一个适用于层状各向异性无黏性土的三维强度准则。通过研究其偏平面形状及峰值内摩擦角与中主应力比关系随层状各向异性系数的变化特性,表明该准则描述层状各向异性无黏性土强度的适用性。通过预测两组砂土真三轴试验结果,进一步地证实所提出强度准则的合理性。