高应力下砂土与结构界面单剪试验研究

利用改装自RMT-150B试验系统的单剪试验仪进行饱和砂土与结构界面单剪试验,研究高应力条件下界面本构模型及界面剪切刚度变化趋势,为高应力状态下涉及到界面力学问题的工程设计、计算提供理论依据。试验中,首先对剪切盒中的砂土进行固结,然后法向应力恒定在高应力水平上开始界面剪切,并记录试验数据,剪切时保证砂土能相对自由的变形。试验结果表明：高应力下界面剪应力剪切位移关系曲线呈现非线性弹性一理想塑性特征,不同于直剪试验条件下二者呈现的双曲线关系;三参数威布尔分布曲线能克服NEPP模型中双曲线的缺陷,其取代双曲线形成新的非线性弹性理想塑性模型能更好地拟合试验数据。界面初始剪切刚度的回归结果表明,相对于幂函数,线性函数更适合描述界面初始剪切刚度同法向应力之间的关系。基于新的界面模型给出了界面切线剪切刚度的公式,同时比较了2种模型的界面切线剪切刚度随剪切位移的变化趋势。     

接触面等应力增量比路径单剪试验及模型研究

为研究等应力增量比路径下土与结构接触面力学特性,进行高塑性粘土与混凝土接触面等应力增量比路径单剪试验,获得不同应力路径下应力应变关系曲线。试验结果表明,高塑性粘土能够较好地适应大变形,接触面剪应力与切向应变关系呈剪切硬化型曲线,法向剪胀不明显;接触面剪切强度与应力路径无关,应力应变关系与应力路径密切相关;初始法向应力一定,应力增量比越小,剪应力增长越快,对应的破坏剪应力也越高;无剪胀发生情况下,法向应变与法向应力关系曲线与单向压缩试验具有一致性;应力比与切向应变呈良好的双曲线关系。在试验研究的基础上,基于广义位势理论,将土与结构接触面问题看着应力空间上的二维数学问题,采用塑性状态方程代替传统的屈服面,建立了双重势面接触面弹塑性模型。模型能够反映应力路径、初始法向应力对接触面力学特性的影响,具有一般性,参数能够通过试验完全确定,可以方便地应用于有限元分析,具有一定的应用推广价值。     

一种与材料状态相关的砂土剪胀性理论模型

结合密砂和中密砂的相变点的概念,提出了以相变状态为参考状态的状态参量表达式,并将此状态参数引入剪胀比的计算公式.在修正剑桥模型的基础上,提出了新的塑性势函数和硬化参数表达式以消除应力路径的影响.在增量塑性理论的基础上,建立了一种适合于密砂和中密砂的与材料状态相关的剪胀性理论模型.     

状态参量与砂土剪胀性判别方法

论述了砂土剪胀性特点和状态参数概念.通过对现有试验结果的对比分析,建立了相变线的概念,提出了相变孔隙比和相变应力比的定义和计算公式.提出了状态参量的计算公式和依据状态参量判别砂土剪胀(缩)的具体方法,并建立了砂土的剪胀比计算公式.为建立砂土本构模型提供依据.     

三向应力状态应力分析图解新方法

给出求解与任何主平面都不垂直的斜截面上之应力的图解新方法,与现行的图解法相比,它不仅能求出斜截面上剪应力的大小,还能求解出剪应力的方向,并且作图简单。     

卸荷状态下软粘土抗剪强度的试验研究

通过大量的室内模拟试验，对卸荷状态下的软粘土的抗剪强度进行研究，得到了不同先期固结压力下卸荷土体的τf-σ关系曲线，并与加荷状态的土体进行比较，得到了卸荷土体抗剪强度变化的一般规律；通过建立卸荷比R和强度残留率fr的概念来找寻影响卸荷土体抗剪强度变化的临界点；同时研究了卸荷土体的抗剪强度与卸荷比的关系、卸荷后滞留时间对卸荷土体抗剪强度的影响程度，发现卸荷土体的抗剪强度受卸荷比和卸荷后的滞留时间的影响很大。因此在卸荷工程中应充分重视以上两个因素对土体抗剪强度的影响。     

土的空间破坏面及其抗剪强度

岩土空间破坏面位置的确定与计算所选用的破坏准则有关,运用不同的破坏准则得到的土体的破坏面位置及相应抗剪强度也不同.基于最大剪应力、最大剪正应力比和空间滑动面破坏准则,通过建立Lagrange函数求条件极值的方法推导了不同破坏准则条件下岩土空间破坏面的位置及相应的抗剪强度,并得到了这些抗剪强度与现有常用破坏准则间的相互关系.进而针对已求得的不同破坏准则条件下的抗剪强度,通过数值分析探讨了中主应力对土的抗剪强度的影响.分析结果表明,中主应力对土的抗剪强度有显著的影响,一般地在平面应变条件下这种影响达到最大.     

净砂与胶结砂土Trapdoor试验离散元数值模拟

Trapdoor试验是一种广泛应用于隧道工程中的研究方法,可以对隧道开挖等引起的结构上应力分布变化进行分析。利用净砂与胶结砂土Trapdoor试验离散元模拟研究土体破坏形态、自由门上土压力分布、颗粒位移以及颗粒转动情况。结果表明:净砂和胶结砂土破坏形态相似,从自由门中心向两侧可以划分为破坏区、剪切带以及影响区域;破坏区内颗粒位移较大,剪切带内颗粒转动明显;与净砂相比,胶结砂土破坏土体表面形成裂缝,由于胶结的存在使得剪切带较窄,土体破坏范围和自由门上土压力都较小。     

关于一点应力状态作图法的一种综合证明

给出了一点应力状态的两种作图解法的一个综合证明。     

平面应力状态下主应力方向的判断

本文提出了用解析法求解平面应力问题时，主应力方向的一种简易判断的方法，并用应力圆加以证明。     

正反向直剪下层状岩体强度和破坏特征模型试验

通过对不同倾角类层状岩体试样的正、反向直剪试验,深入对比分析了试样在正、反直剪过程中的抗剪强度、强度各向异性、剪胀性质和破坏形态的特征及不同.试验结果表明:1)层状岩体的剪切破坏,具有延性破坏特征;相同试样正、反向直剪的剪切应力与切向位移关系曲线特征点的变化规律一致,但曲线形态并不相同.2)同一法向应力下,相同试样正、反向剪切的峰值强度、残余强度和抗剪强度指标c、φ值均不相同.正向剪切时,30°的抗剪强度最高;而反向剪切时,120°的抗剪强度最高.3)相同层理倾角的试样正向剪切时,剪胀效果显著强于反向剪切时的;而反向剪切时的剪缩效果却比正向剪切时的更加明显.4)各组试样在正、反向剪切下的宏观破坏形态特征完全不同,有较强的剪切方向性.试样的剪切破坏机制可分为4种:滑移、剪断、张拉断裂和张拉滑移复合破坏.最后,通过简化计算模型的对比分析,在理论上解释了60°倾角的试样正、反向直剪时破坏机理的不同.     

复杂应力下砂土的广义双剪应力破坏准则及双硬化本构模型

基于双剪应力强度理论，推导出了砂土的广义双剪应力破坏准则，给出了该准则参数的物理解释，分析了该准则在双硬化参数本构模型中的应用。     

土与结构接触面单直剪试验力学性质研究

基于高应力下土与结构接触面单直剪试验结果,从接触面本构关系、接触面剪切刚度及接触面摩擦角等方面研究了高应力下单直剪试验接触面的力学性质差异。结果表明:高应力直剪过程中剪应力-剪切位移具有非线性弹性特征,可用双曲线模型描述,而单剪条件下两者可用非线性弹性-理想塑性表征,双曲线模型的本质特征与单剪试验数据不吻合;直剪试验中接触面剪切刚度未减至零,而单剪试验中接触面剪应力达到抗剪强度后接触面保持零剪切刚度状态;高应力单剪试验条件下土与结构接触面的强度准则更适合用无黏聚力的莫尔-库仑强度准则表示;两种剪切试验条件下,影响因素对接触面初始剪切刚度的影响不尽相同;借助Taylor基于Davis关系式提出的接触面流动法则,给出了高应力下单直剪接触面摩擦角差异的理论解释,试验结果印证了该分析的合理性。     

SMS模式飞剪的剪切力分析

采用现场测试与理论计算相结合的方法,对某厂热轧精整线模式飞剪的剪切力进行了评估分析。结果表明,该模式飞剪机具有生产σb=1000MPa、h≤21mm高强度钢板的剪切能力,并验证了诺沙里公式可用于模式飞剪平均剪切力的计算。     

剪切破坏的配筋砌块剪力墙失效判定准则

为建立基于受力状态的剪切破坏配筋砌体剪力墙的失效判定准则,以低周往复荷载作用下发生剪切破坏的290 mm厚配筋砌块剪力墙试验数据为基础,推导结构受力状态与外荷载之间的关系并给出相应的计算公式,通过分析构件在不同受力阶段的破坏机理,引入构件基于受力状态承载能力包络线的概念及相关计算方法.结合承载能力包络线与结构受力状态-荷载关系曲线,建立构件基于受力状态的失效判定准则,从而确定其开裂、失效和极限荷载.与试验的对比分析表明,本文建立的准则能够准确预测剪切破坏配筋砌块剪力墙的开裂、失效和极限荷载.该准则为结构分析和墙体失效荷载的确定提供了一种全新的途径,并拓展了试验数据的应用途径.     

岩体结构面直剪实验的剪切面积误差分析

基于实验所得数据及合理假设,采用了最小二乘法数学理论,研究了应力与强度参数的变化规律．结果表明：随着剪切面积的减小,使得每块岩样的正应力与剪应力同比例增大,对强度参数产生影响;在硬岩结构面直剪实验中,剪切面积的改变量与剪切位移呈线性关系,并且相同剪切位移条件下,低竖直压力的面积改变量大于高竖直压力的面积改变量;剪切面积的减小,对凝聚力的影响大于对内摩擦角的影响,内摩擦角基本保持不变．通过实例进行验证,内摩擦角相对误差为O．729／6,而凝聚力相对误差为4．14％．     

三点弯曲-剪切试样的应力强度因子

利用一种边界元法研究具有偏移边裂纹的三点弯曲-剪切试样.该边界元方法由Crouch与Starfield提出的常位移不连续单元和笔者最近提出的裂尖位移不连续单元构成.在该边界元方法实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.算例说明这种边界元法不论对无限大还是对有限大平面弹性复杂裂纹问题的应力强度因子的计算都是非常有效的.对具有偏移边裂纹的三点弯曲-剪切试样的应力强度因子进行了详细的研究,给出了数值结果.     

基于剪切破坏的剪力墙构件地震损伤

基于性能的抗震设计特点是使结构抗震设计从宏观定性目标转化为具体量化指标的多重结构性能目标。《建筑抗震设计规范》（GB 50011）给出的是针对整体结构弹性及弹塑性变形的变形指标量,对构件没有量化的损伤指标,为此,进行了5片配置HRB600级钢筋T型截面剪力墙试件的低周反复加载抗震抗剪性能试验,研究配置高强钢筋与普通钢筋剪力墙之间的抗震性能差异;收集剪力墙抗剪试验数据对Park-Ang双参数地震损伤模型进行参数修正,得到适用于剪切破坏下剪力墙构件的损伤模型。利用修正的损伤模型来评估发生剪切破坏的剪力墙各个受力阶段的损伤程度,结合剪力墙的变形状态进行损伤评估,给出不同性能状态下与剪力墙构件位移角的量化关系限值。