一个考虑颗粒破碎的堆石料弹塑性本构模型

基于广义塑性理论建立了一个考虑堆石料颗粒破碎的弹塑性本构模型。模型采用随平均应力增加而减小的峰值摩擦角和特征点摩擦角来反映堆石料因颗粒破碎而表现出的峰值应力比与剪胀应力比的非线性,在此基础上确定塑性流动和加载方向向量;运用指数型压缩函数建立依赖于体积应变和平均应力的压缩参数 λ ,并构造随平均应力与剪应力水平而变化的塑性模量表达式。模型共有 8 个参数,均可通过等向或单向压缩和三轴压缩试验确定。为验证本文模型的合理性,依据试验资料确定了 3 种不同堆石料的本构模型参数,并对典型三轴压缩试验进行了模拟。 3 种材料的模型预测结果与试验数据均吻合良好,表明本文模型可合理反映了颗粒破碎对堆石料强度与变形特性的影响。     

考虑颗粒破碎的堆石体本构模型

对于高堆石坝而言,在高应力场作用下堆石颗粒将明显破碎,从而导致坝体变形率增加,因此,在高坝数值计算中必须考虑颗粒破碎的影响。传统的堆石体本构模型由于不能合理反映颗粒破碎的影响,导致计算变形与实测变形差别较大。在基于岩土破损力学二元介质模型概念的基础上,将堆石体视为结构体和破损带组成的二元介质,建立了颗粒破碎率和破损参数之间的关系,提出了可以考虑颗粒破碎的堆石体本构模型。并通过一个大型三轴剪切试验的算例,说明了该模型的合理性。     

考虑堆石料破碎影响的黏弹塑性本构模型

通过对等向压缩条件下加载速率对堆石料应力-应变特性的影响规律的分析,提出与时间相关的应力-应变关系式。结合堆石料颗粒破碎的研究成果,将与时间相关的本构关系由等向压缩推广到剪切,从而建立能够考虑颗粒破碎和时间效应综合影响的本构模型。对试验数据的预测结果表明:新模型不仅能够合理地考虑加载过程中颗粒破碎及时间因素对变形的影响,而且还能较好地描述荷载稳定时变形随时间的发展规律。     

粗颗粒土及其本构模型研究现状和前景设想

论述了粗颗粒土材料的工程特性、分类及其本构模型的主要成就和研究价值,并分析了其研究现状,结合未来的岩土工程要求以及粗颗粒土本构模型的发展前景,对其进一步的发展方向进行了展望,以供参考。     

堆石料的应力-应变特性及其三维破碎本构模型

综合已有的研究成果,从压缩、剪胀和强度三方面分析颗粒破碎对堆石料应力-应变特性的影响。基于堆石料的变形和强度特性,引入新的硬化参数H,并推导出相应的屈服函数表达式,进而提出一个能够考虑堆石料颗粒破碎影响的弹-塑性本构模型。利用基于空间滑动面准则（SMP准则）的变换应力方法将模型进行三维化,并参照某堆石料大三轴试验结果对...     

考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂临界状态与本构模型研究

临界状态是土力学中一个非常重要的概念,是许多土体本构模型建立的基础。对于珊瑚砂,由于显著的颗粒破碎,其变形特性和临界状态值得深入探讨。通过不同密度和不同围压组合的一系列三轴试验,研究了颗粒破碎对土体变形特性和临界状态的影响,建立了考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂临界状态数学表达式,并将其引入砂土状态相关剪胀方程,提出了考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂状态相关剪胀方程和本构模型。该模型仅采用一套模型参数就能较好地反映珊瑚砂在不同密度、不同围压条件下的应力变形特性,并且可以考虑珊瑚砂的颗粒破碎特性。     

考虑钙质砂颗粒破碎的分数阶边界面本构模型

钙质砂作为海洋工程中广泛应用的建筑材料,颗粒破碎会导致其强度和剪胀性降低,压缩性增加,影响构筑物的安全和稳定。通过引入破碎应力建立考虑颗粒破碎的临界状态线来描述破碎对临界状态线位置和形状的影响;并基于分数阶微分和状态相关理论建立了统一的状态相关分数阶塑性流动法则;在边界面塑性理论和临界状态理论框架下建立了考虑钙质砂颗粒破碎和状态相关特性的分数阶塑性边界面本构模型。模型能够模拟不同初始密实度和围压条件下钙质砂三轴排水试验结果和颗粒破碎影响下的状态相关行为,并验证了模型的适用性。     

混凝土损伤本构模型

结合国内外资料,列举了几种具有代表性的混凝土损伤本构模型,详细介绍了各种模型的优缺点,并提出了今后的研究任务和目标。     

基于遗传算法的岩土本构模型辨识

通过对岩土本构模型辨识机理的分析，提出了基于遗传算法的本构模型辨识方法，并用两个工程实例对该法进行了验证。     

考虑颗粒破碎影响的粗粒土的剪切强度理论

由于粗粒土的粒径相差很大,通过剪切试验测量粗粒土的剪切强度很麻烦,且剪切试验费时费力、试验数据离散性大;另外,已有剪切强度经验公式中的参数没有明确的物理含义,工程应用中难以确定。本文根据颗粒破碎的分形模型,揭示单颗粒破碎强度的尺寸效应,假设剪切强度是颗粒接触面上的摩擦力,导出用正应力幂函数表示的粗粒土剪切强度公式,幂函数的指数是颗粒破碎分维的函数,并采用垃圾炉渣的颗粒破碎分维和剪切强度试验结果进行验证。     

考虑级配效应的粒状材料本构模拟

粒状材料被广泛应用于岩土工程中,其颗粒级配变化特性会影响材料的力学性能特别是承载力特性。为了更好地描述级配对粒状材料力学性能的影响,基于弹塑性力学和临界状态土力学,将依赖颗粒级配的临界状态线引入到一个简单的本构模型中。应用此模型来模拟不同粒状材料(DEM理想球体、人工材料玻璃球和天然砂土Hostun砂)的三轴排水/不排水实验。结果表明:此模型仅采用一组级配相关的临界状态参数就可以统一描述不同颗粒级配粒状材料的力学响应。     

基于颗粒破碎特性的堆石材料级配演化模型

颗粒破碎会改变土体级配,进而影响其应力应变等力学行为。针对现有技术手段难以实时确定加载过程中颗粒破碎与级配变化的现状,依据天然岩石颗粒的破碎特性,建立了一个基于颗粒强度的级配演化模型。模型中应力参数采用增量加载法,可预测加载过程中的级配演化。由单粒强度试验确定颗粒破碎特性和模型参数,试验结果表明颗粒强度服从Weibull分布。筛分颗粒破碎后的碎片发现,粒径累计分布可用正态曲线拟合,且不同粒组的粒径累计分布相似。最后,模型计算结果与三轴试验数据的对比分析表明,模型可以较好地预测试样在加载过程中的级配变化。     

粗粒料湿化变形特性研究

粗粒料作为建筑材料广泛使用于大坝、路基等变形控制要求较高的基础设施建设中,其中,使用过程中的湿化变形尤为重要。通过分析粗粒料单线法湿化试验数据发现,湿化体变与湿化轴变的比值k、平均主应力p和广义剪应力q三者满足扭面关系。当k恒定时,此扭面变为p-q平面内一条经过原点的直线。利用上述发现推导出了k的计算公式,其形式为q/p的对数函数。利用该文提出的湿化体变与湿化轴变比值的计算方法和湿化轴变与湿化应力水平的双曲线关系,拟合了三轴湿化试验数据,发现该文给出的计算湿化变形的方法不仅能够体现湿化体变的湿缩现象,还能体现湿胀现象,而且模拟值与试验数据拟合度较高。     

统一考虑加载变形与流变的粗粒土弹塑性本构模型及应用

实测资料表明,现行粗粒土本构模型明显低估高度200m以上特高土石坝的沉降量,主要原因之一是现行本构模型普遍割裂加载变形与流变,计算时忽略施工过程中坝料产生的流变。在总结分析典型粗颗粒土石料流变特性的基础上,以应力、应变和时间为基本变量,提出了一个可以统一模拟粗粒土加载变形、流变、应力松弛等性质的弹塑性本构模型。模型假定加载塑性变形和流变可同时发生,应力和时间变化均会引起屈服面扩张,从而产生塑性变形,但两者服从不同的塑性流动准则。运用某特高心墙堆石坝坝壳堆石料和砾石土心墙料的试验结果对模型的合理性进行了验证,并对该大坝填筑施工过程进行了模拟。计算结果表明,忽略坝料施工期流变可使大坝竣工期沉降量低估10%以上。因此,采用统一模拟粗粒土加载变形与流变的本构模型可有效提高特高土石坝变形的预测精度。     

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。     

考虑时间效应的粒状材料的UH模型

近年来,山区支线机场建设日益增多。机场高填方工程往往填方量较大,就地取材,填料含有土料、砂料、堆石料等不同岩土材料。准确预测填料的工后沉降变形影响到机场的安全性和正常运营。相对于黏土,粒状材料特性往往更复杂,可能会出现颗粒破碎等现象。现有的黏弹塑性本构模型大部分只适用于黏土,不能直接用于计算粒状材料流变变形。本文提出一个能够统一描述黏土和粒状材料应力–应变–时间特性的考虑时间效应的粒状材料的UH模型。并且给出了将该模型利用ABAQUS二次开发接口,编写用户子程序,进行有限元实现的过程。最后,利用模型对黏土剪切蠕变试验及砂土三轴不排水试验进行预测,并与试验结果对比,验证了模型的正确性,说明模型能够较好地描述黏土和粒状材料的应力–应变–时间关系。     

基于数字图像的粒状材料细观组构特征分析技术

针对由特殊截面形状的金属棒所组成的理想二维粒状材料,基于数字图像技术,提出了一种细观组构特征分析方法,并编制了程序IPFA,实现了颗粒识别、接触搜索与组构分析等功能。该方法首先对粒状材料试样的原始数字图像进行增强,以消除噪声干扰。在此基础上采用模板匹配技术进行颗粒识别,并将识别结果用于颗粒间的接触搜索,最后给出试样内颗粒长轴方向与接触法线方向等组构特征的统计分析结果。该方法特别适用于由规则颗粒组成的二维粒状材料,识别精度与效率均较高,可作为粒状材料的细观组构特征及其演化规律分析的有效工具。