不同应力路径对砂土应力-应变关系影响

<正> 一、前言 目前广泛应用于土坝和地基应力-变形分析中的本构关系数学模型,多建立在常规三轴试验的基础上,并认为模型参数与应力路径无关。实际工程中填方工程和一些地基中的土体常经历等主应力比的应力路径,地基中的固结情况则更符合于K₀固结应力状态。工程中应力条件千差万别,而建立在常规三轴试验基础上的数学模型对工程的适用性如何,即如何验证模型的问题,越来越被重视。国外已有许多人对不同应力路径的应力-应变关系进行了研究,如     

正常压密土在偏压固结、等应力比加荷条件下的变形特性

<正> 在充分固结的地基上修建建筑物所产生的附加应力和变形是人们所关心的基本课题之一。工程师们常常采用的一个有效的手段是,通过室内试验,并模拟地基的受力过程,探寻土单元的附加应力和附加应变的基本规律,并由试验得到的本构关系和现有的计算方法求解地基的应力和变形。七十年代初,邓肯（Duncan）等人由常规三轴试验结果建立了主应力差（σ₁-σ₃）与轴应变ε₁,轴应变ε₁与侧应变ε₃均为双曲线关系的双曲线模型。     

堆石在平面应变条件下的强度和应力-应变关系

应用大型平面应变仪,进行了灰岩及细砂岩两种堆石的风干料及饱和固结排水平面应变试验。试验结果表明:1.堆石在平面应变条件下的强度比三轴试验强度高;2.饱和试样强度低于风干料试样强度;3.平面应变条件下的应力-应变关系与三轴试验结果相比较,差别较大,前者呈明显的应变软化特性;4.平面应变条件下堆石泊松比基本上是一常数,而且小主应力σ₃对它影响较小。     

上海粉砂土弹塑性应力-应变模型的探讨

本文对上海某地粉砂土进行三轴固结排水试验,参照拉德-邓肯（Lade-Duncan）模型,试图确定上海粉砂土弹塑性应力-应变模型及其参数,分析试验参数A,α,β的某些规律性,提出塑性功W_p的计算方法。阐述弹性功W_e和塑性功W_p的关系,竖向弹性应变ε1^е和竖向塑性应变ε₁^р的关系;对竖向应变ε₁的计算值与试验值进行比较,得到满意的结果,为提供计算砂土地基变形研究创造有利条件,至于采用有限单元弹塑性增量分析的具体应用不在本文论述。     

不同应力路径加荷时粉土的应力应变关系

对粉土在常规三轴仪上用改进的加荷方法进行了多种应力路径的试验,揭示了应力路径对粉土应力应变特性的影响;探讨了粉土的剪胀性以及用常规三轴试验得出的参数能否反映不同加荷路径等问题;推荐了几个合适的本构模型并给出了模型参数.     

应用于岩石强度的双剪准则

<正> 有关岩石强度的理论和实验研究已有许多报道。目前在岩石力学中应用较多的是莫尔-库仑理论。但这一理论只考虑了最大剪应力τ₁₃及其相应面上正应力σ₁₃的作用,而未考虑中间主剪应力τ₁₂或τ₂₃的作用,即没有考虑中主应力σ₂的影响,所以莫尔-库仑理论也可称之为单剪理论。有些实验表明这与实际不符,例如茂木清夫（Mogi,K.）经过多年研究认为σ₂对岩石破坏的影响是相当大的,因此曾建议采用修正的八面体剪应力条件,并提出了如下形式的破坏准则,τ₈=f（σ₁+σ₃+ασ₂）;此外,文献[5]给出了一个岩石的三维破坏准则,该准则以第一和第三应力不变量表达,但这似乎只是一种数学上的组合,缺乏物理意义。另外,还有许多半经验形式的准则等。     

固体三轴高压下红河断裂带周城断层泥力学性质的研究

在固体三轴高压和应变率4.4×10^-5s^-1下研究了红河断裂带周城断层泥的力学性质。研究结果表明,在差应力作用下,断层泥应力-应变曲线表现出与试件压实、屈服和碎裂流动等不同变形机制对应的非线性,线性等阶段性变化特征。干、湿断层泥破坏应力σ_c随围压σ₃的变化关系分别为在较高围压下,σ_c随σ₃呈线性变化。含水量对变形特征和破坏应力水平有重要影响。干、湿断层泥有效弹性模量E_ed和E_em以及（潮）湿断层泥的初始模量E_om均随围压增加而增加,但干断层泥初始弹性模量E_od近似保持常数。同时,E_oded,E_omem,E_em>E_ed。在试件变形过程中有声发射事件显示,但数量少,辐射弹性波能量小。断层泥试件破坏型式表现为渐进式碎裂流动特征,因此,断层泥变形有利于断层活动呈现稳滑。     

粗粒土在平面应变条件下的强度特性研究

使用河海大学新型真三轴仪,对粗粒土分别进行σ₃ 保持不变的等σ₃平面应变试验和 b =0 （即常规三轴压缩）、 b =0.25 的等σ₃等b[b=(σ₂ -σ₃)/(σ₁ -σ₃)]试验,研究了粗粒土在平面应变条件下的应力路径、破坏时的中主应力系数、内摩擦角及破坏应力比的特点。试验结果表明,等 σ₃平面应变试验的应力路径介于 b =0 与 b =0.25 的等σ₃ 等b[b=(σ₂ -σ₃)/(σ₁ -σ₃)] 试验之间 ; 粗粒土在 平面应变条件下 破坏时的中主应力系数 b 介于 0.15 ～ 0.2 之间;粗粒土在平面应变条件下的内摩擦角比常 规三轴压缩条件下的大 5% ～ 7% ,而破坏应力比则比常规三轴压缩条件下的小 13% ～ 18% 。最后提出一个 由粗粒土常规三轴压缩试验测得的内摩擦角 φ _tc 求平面应变条件下的破坏应力比 M _fp 的计算公式 M _fp =2.3sin φ _tc ,可较好地模拟试验结果。     

加、卸荷应力路径对粉土应力-应变关系影响的试验研究——基于平面应变条件

采用新型平面应变仪进行竖向加荷试验与侧向卸荷试验,探究加、卸荷路径对粉土应力-应变关系的影响,结果表明:加、卸荷路径下,粉土的应力-应变曲线明显不同;卸荷路径下,试样发生破坏时的偏应力和应变明显小于加荷路径;侧向卸荷路径下,试样的极限竖向应变随着初始固结应力的增大而增大。     

砂土侧向变形特性的真三轴试验研究

1　引　　言　　岩土工程中,对土体强度和变形的定量、定性分析都离不开土体应力-应变关系的研究。广义胡克定理中的泊松比μ是反映侧向变形的重要参数,其实际意义是切线泊松比。在多数有限元计算中,不考虑泊松比小于0和大于0.5的情况,当泊松比大于0.5时,通常取泊松比等于0.49。实际工程中的应力状态往往要比轴对称复杂得多,如土体开挖和蓄水、枯水期中坝体中的应力状态及应力状态的变化,较难满足σ2=σ3这一条件。即使σ3比较接近σ2的情况,其应力-应变关系和侧向变形结果是否也会比较相似呢?针对这一问题,首先对多组砂土做了特定应力路径下的真三轴试验,结果及分析如下。2　试验仪器简介试验使用的真三轴仪是由河     

等应力比路径下堆石料双屈服面弹塑性模型研究

 已有研究及实测资料表明,土石坝内堆石料在填筑期应力路径接近等应力比关系,且这种关系并不因材料混杂、施工分期复杂而发生本质性改变。应力路径较大程度上影响了堆石料的受力变形特性,以往按室内常规三轴试验路径建立的本构模型及标定的参数直接推广至实际坝体路径的计算可能存在较大的误差。通过分析糯扎渡、水布垭及三板溪等堆石料等应力比三轴试验应力–应变曲线特点,认为体积应力–体积应变( )及偏应力与广义剪应变( )曲线具有幂函数规律。以常规南水双屈服面模型(沈珠江模型)为基础,将等应力比应力–应变规律引入模型中,在p-q平面内推导适合等应力比应力路径的双屈服面弹塑性模型,通过对试样在等应力比三轴试验中塑性应变增量方向的分析,探讨适合等应力比路径变形特性的 屈服面的合理形态。以糯扎渡水电站主堆料等应力比三轴试验为例确定模型参数标定方法,且对模型适应性进行初步分析。     

土质心墙堆石坝应力和变形研究

论述了考虑坝体流变和上游坝壳料浸水变形特性的土质心墙堆石坝应力和变形的计算方法，以黑河水库大坝为例，采用三维有效应力法对坝体的应力和变彤特性进行了分析研究，结合已有的坝体变形观测资料，反馈分析了坝体流变模型参数，并对坝体的后期变形进行了预测，重点研究了心墙应力、拱效应和心墙开裂等特性。     

Unified modeling behavior of rockfill materials along different loading stress paths

Rockfill materials used for dam construction show obvious stress path dependency during construction process. The constitutive model for rockfill materials are mainly established based on conventional triaxial test. This brings some deviation to the numerical calculation for earth rockfill dam engineering, and it is necessary to develop a constitutive model considering stress paths effect. In the framework of generalized plasticity, plastic modulus can be expressed as the function of dilatancy equation and tangent modulus, hence the influence of stress paths on model can be transfer to the dilatancy equation and tangent modulus. This leads to a new method to describe stress-strain response of rockfill under various loading stress paths. Based on the analysis of large-scale triaxial experiments of rockfill materials with various stress paths, we proposed new dilatancy equation and tangent modulus to better describe stress paths effect and corresponding modified generalized plasticity model is established. Through the prediction and comparison of three groups of rockfill materials triaxial tests, the model established in this paper can simulate behaviors of rockfill materials under various stress paths, using only a set of parameters.     

混凝土–堆石混合坝土压力模型试验研究

混凝土–堆石混合坝是一种新型坝体结构。混凝土墙后土压力的大小和分布会直接影响混凝土墙甚至整个坝体的稳定性,而目前针对其研究较少。基于此,开展混凝土–堆石混合坝模型试验,研究填筑和蓄水期混凝土墙的变位模式和墙后土压力分布,同时根据加卸荷三轴试验结果建立非极限状态下堆石内摩擦角发挥值、墙土摩擦角发挥值随位移的变化关系,提出初始位移的概念,在此基础上推导出考虑墙体水平位移的准极限状态土压力计算公式。研究表明:混凝土墙的变位模式以平动为主,墙后土压力随混墙体水平位移变化较大,蓄水结束时刻墙后土压力为填筑结束时刻墙后土压力的2倍左右;所提公式能够较好地反映土压力随墙体水平位移的变化规律,可作为库仑土压力的补充。     

Numerical analysis of nonlinear dynamic behavior of earth dams

A numerical study is conducted to investigate the dynamic behavior of earth dams. The numerical investigation employs a fully nonlinear dynamic finite difference analysis incorporating a simple elastic perfectly plastic constitutive model to describe the stress-strain response of the soil and the Rayleigh damping to increase the level of hysteretic damping. The extended Masing rules are implemented into the constitutive model to explain more accurately the soil response under general cyclic loading. The soil stiffness and hysteretic damping change with loading history. The procedures for calibrating the constructed numerical model with centrifuge test data and also a real case history are explained. For the latter, the Long Valley (LV) earth dam subjected to the 1980 Mammoth Lake earthquake as a real case-history is analyzed and the obtained numerical results are compared with the real measurements at the site in both the time and frequency domains. Relatively good agreement is observed between computed and measured quantities. It seems that the Masing rules combined with a simple elasto-plastic model gives reasonable numerical predictions. Afterwards, a comprehensive parametric study is carried out to identify the effects of dam height, input motion characteristics, soil behavior, strength of the shell materials and dam reservoir condition on the dynamic response of earth dams. Three real earthquake records with different levels and peak acceleration values (PGAs) are used as input motions. The results show that the crest acceleration decreases when the dam height increases and no amplification is observed. Further, more inelastic behavior and more earthquake energy absorption are observed in higher dams.     

高心墙堆石坝坝基廊道受力特性研究

在中国水资源最为丰富的西部地区,河床覆盖层厚达数十米甚至百米,一大批土石坝正在和将在这些大江大河上建设。坝体心墙与坝基防渗墙多采用廊道这种结构型式进行连接,廊道受力条件复杂,是工程成败的关键,但是有些已建工程却出现了廊道漏水的现象,廊道开裂和结构缝破坏成为亟待解决的问题。为了对廊道受力情况和开裂规律有一个清楚的认识,分析总结了几个工程廊道的监测资料,同时基于混凝土非线性本构理论,建立有限元模型对廊道进行了数值模拟。对监测结果和数值计算结果进行对比分析之后,探讨了廊道中的结构缝问题和廊道整体的受力规律,指明了廊道中需要重点关注的易开裂部位,为廊道合理配筋提供了指导,同时为类似工程的决策提供参考。     

堆石料等应力比路径三模量增量非线性模型

已有研究表明,土石坝内堆石料在填筑期的应力路径可近似为等应力比的路径。根据等应力比三轴排水剪切试验,介绍了一个三模量增量非线性模型,即模型除给出堆石体积模量K和剪切模量G的表达式外,对剪应力产生的体变和平均主应力产生的剪切应变也采用了交叉模量J表达。采用粒子群优化算法通过全量本构关系曲线确定增量模型参数。通过对试验数据的拟合发现,三模量模型可以较好地反映堆石料的应力与变形特性。     

土坝坝体水分分布状态的数学模型和计算方法

土坝水分分布是影响坝体的应力和稳定的重要因素。本文首先讨论了非饱和土坝水分运动的原理,提出研究坝体内各点水分的一种实用的数学模型与数值计算方法,给出几种算例。研究结果指出:上述计算方法用于分析非饱和土坝坝体的水分非稳定转移问题是行之有效的。     

广义塑性模型适用性初探

为验证筑坝材料广义塑性模型在土石坝数值仿真分析中的适用性,以四川猴子岩高面板堆石坝为例,分别采用邓肯E-B模型和广义塑性模型对面板堆石坝进行三维数值模拟计算,并与现场监测数据进行对比。结果表明,竣工期广义塑性模型计算所得堆石体水平向位移及竖向沉降均小于邓肯E-B模型,坝体第一主应力计算结果基本一致,第三主应力E-B模型计算结果小于广义塑性模型;正常蓄水位期,水荷载作用下广义塑性模型预测的坝体水平向变形及面板挠度较邓肯E-B模型小,面板应力较邓肯E-B模型大。两种模型计算所得坝体变形及应力分布规律基本一致,广义塑性模型计算结果比邓肯E-B模型更接近现场监测数据。两种模型的数值计算与实测资料基本吻合。     

钢筋混凝土面板堆石坝面板应力应变研究

本文结合碾压堆石坝的工程特性,修正了用有限元法求解坝体应力应变时的不合理初始条件,用邓肯-张非线性弹性E-v模型,通过对一理想坝型的计算,着重探讨了钢筋混凝土面板堆石坝坝体的变形和面板的变形、应力。