非饱和膨胀土本构模型的试验研究及分析

基于南阳膨胀土4种应力路径的非饱和三轴试验结果,本文对Gens和Alonso所提的非饱和膨胀土弹塑性本构模型进行了分析和改进,增加了描述水量变化的内容。改进后的G－A模型含参数14个,都具有明确的物理意义,并可由试验确定;改进模型能反映重塑膨胀土的主要变形特性,对三轴排水剪切试验的理论预测与试验结果比较接近。     

非饱和膨胀土本构模型的试验研究及分析

基于南阳膨胀土4种应力路径的非饱和三轴试验结果,本文对Gens和Alonso所提的非饱和膨胀土弹塑性本构模型进行了分析和改进,增加了描述水量变化的内容.改进后的G-A模型含参数14个,都具有明确的物理意义,并可由试验确定;改进模型能反映重塑膨胀土的主要变形特性,对三轴排水剪切试验的理论预测与试验结果比较接近.     

基于弹塑性本构模型的非饱和膨胀土变形研究

研究了初始含水量一定的条件下,有荷膨胀率与竖向压力半对数成线性关系,与干密度、初始含水量成线性关系,推导出了简单的本构模型,指出该模型是利用室内常规试验可以得到的,能反映研究地区岩土体主要性状的应用型本构模型。     

基于非饱和黏性土桩土界面剪切特性试验研究

通过自制的大型恒刚度直剪仪对非饱和黏性土进行桩土界面剪切试验,探讨了非饱和黏性土桩土界面剪切特性及受黏性土饱和度的影响规律。试验和研究结果表明:在分析了非饱和黏性土桩土界面土压力和孔隙水压力的变化规律后,得到桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移随黏性土饱和度的增大而降低的结论,同时还受界面粗糙度和法向应力的影响,界面粗糙度和法向应力越大,桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移越大,在法向应力不同时最大剪切破坏位移相差9.81~12.23 mm;桩土界面黏聚力在饱和度80%~90%时最大,摩擦角随着饱和度的增大呈衰减趋势,因此在桩基设计中需要考虑黏性土饱和度对桩土界面抗剪强度参数的影响,否则会使设计结果过于安全。     

非饱和膨胀土的弹塑性本构模型研究

Alonso(1999)提出的膨胀土模型存在着微观结构参数难以确定的缺点。本文在阐述膨胀土干湿循环试验后,对膨胀土的结构特征进行了分析,并研究了膨胀土的微观变形机理。认为膨胀土宏观上的胀缩塑性变形是由两部分塑性变形组成,一部分是微观结构层次中集聚体胀缩变形耦合后形成的微-宏观结构耦合变形,另一部分是宏观结构塑性变形。由此,本文改进了膨胀土模型,利用宏观结构层次的参数和微-宏观结构变形耦合参数t计算前部分变形,而后部分变形仍按低塑性非饱和土的弹塑性变形计算。最后通过计算实例表明:模型的结论与试验相近。     

膨胀土弹塑性本构模型研究进展

膨胀土由于干湿循环而产生湿陷、胀缩等现象,经典饱和土力学理论难以给出合理解释.本文在归纳总结前人关于膨胀土弹塑性本构模型研究工作的基础上,对BBM(Barcelona Basic Mode)模型、BExM模型、以及Thermo-hydro-mechanical(THM)本构模型等的优缺点进行了分析探讨,并对它们作出简要的分析.     

非饱和原状膨胀土的弹塑性损伤本构模型研究

以复合体损伤理论为基础,建立了非饱和原状膨胀土的弹塑性损伤本构模型。模型可反映原状膨胀土的三个主要特征(胀缩性、裂隙性和超固结性)造成的独特的力学特性,即,低围压情况下的软化和剪胀,围压较高时的硬化和剪缩以及干湿变化时的反复胀缩特性。模型共包含23个参数,都可由试验测定。     

南宁非饱和膨胀土剪切蠕变特性试验研究

通过改装的剪应力控制式直剪仪对南宁非饱和膨胀土进行系列室内试验研究,探讨非饱和膨胀土的非线性流变特性.试验结果表明:当剪应力小于或等于25.5 kPa时,土体表现为衰减蠕变,当剪应力高于25.5 kPa时,土体具有明显的非线性流变特性.同时,通过对剪切蠕变曲线的拟合发现,南宁非饱和膨胀土的流变可以用Bu体模型来描述,并能得出其相应的本构方程和蠕变方程.     

膨胀土的本构关系文献综述

土的本构关系是理论土力学的核心问题之一,本构模型涉及岩土体的应力-应变-强度关系,本文对膨胀土的本构关系的特点、研究意义、研究现状、现存问题等方面进行文献综述。     

含水率对桩-土界面剪切特性影响的试验研究

摩擦桩的承载性能决定于桩-土界面之间的剪切特性。为了研究含水率与土质条件等因素对摩擦桩侧摩阻力的影响,设计了摩擦桩的桩-土接触面剪切特性试验装置,进行了粉质黏土、粉土和细砂三种桩周土与三种含水率共9组室内试验。结果表明:摩擦桩的侧摩阻力随着桩的沉降均呈双曲线规律,其初始剪切刚度系数与达到极限摩阻力的沉降量临界值决定于土的类别和含水率大小,细砂的初始剪切刚度略高于相同压实系数的粉质黏土和细砂;而粉质黏土的极限侧摩阻力高于相同压实系数的粉土和细砂;含水率变化对粉土和细砂的极限摩阻力改变显著,而对粉质黏土的极限摩阻力变化相对不敏感,且极限摩阻力最大值均在最优含水率时发生。     

不同含水量膨胀土本构关系的三轴试验研究

在膨胀土物性试验的基础上,进行了不同初始含水量条件下的膨胀土三轴压缩试验,得出了三种含水量膨胀土饱和试样的应力应变曲线;通过三组试验曲线的对比,发现三者之间存在明显的差异,直观地反映出初始含水量对膨胀土本构关系的重要影响,并找出了较优的含水量,为解决膨胀土实际工程问题提供了参考依据。     

膨胀岩土侧限膨胀试验新方法与膨胀本构关系

基于膨胀变形与膨胀压力的发展对吸水量有明显依赖性的事实 ,提出了一种测试侧限膨胀特性的试验方法并研制了相应的仪器 ,利用该仪器可量测重塑膨胀岩土试样侧向膨胀压力的发展进程及试样的吸水全过程。测试结果初步验证了该方法和仪器的可靠性 ,并根据试验结果分析了重塑膨胀岩土试样膨胀应力、应变和吸水量等因素间的相互关系 ,对膨胀本构关系进行了讨论。     

非饱和土的热-水力-力学本构模型及数值模拟

在CAP模型的基础上提出了一个非饱和土的热 -水力 -力学本构模型 ,着重考虑了温度对于非饱和土的水力 -力学性质的影响。基于实验结果和前人的工作 ,在模型中重现了热软化现象 ,计及了温度升高导致土壤前固结压力的降低和非饱和土吸力增加屈服线 (SI)中临界吸力值的降低。应用该模型进行了数值模拟计算 ,通过模拟结果和实验结果的比较 ,验证了模型的适用性和可靠性。     

粉土—混凝土界面与粉土剪切对比试验研究

采用自制的大型直剪仪开展不同含水量条件下黄泛区粉土-混凝土界面剪切及粉土直剪试验,研究不同含水量下粉土-混凝土界面及粉土剪切力学特性。试验结果表明:粉土-混凝土界面和粉土直剪的剪切应力-剪切位移曲线均为应变硬化型;粉土直剪的剪缩变形明显大于界面剪切结果;相同条件下,粉土-混凝土界面的剪切强度大于粉土的直剪强度,随着含水量的增大,粉土-混凝土界面与粉土剪切强度的差异逐渐减小,粉土趋近饱和时,两者强度基本相同;粉土直剪破坏时的剪切位移大于界面剪切破坏时的剪切位移;粉土直剪的黏聚力和界面黏聚力、摩擦角随含水量的增大均近似呈线性减小趋势,粉土直剪的内摩擦角随含水量增加呈现先缓慢后加速减小的变化趋势。     

宁明非饱和膨胀土的一维本构模型及其应用

针对目前难以建立反映各类岩土且能适用于各类岩土工程的理想本构模型的现象,笔者在前人研究的基础上,根据广义Hook定律、Fredlund的双变量理论,推导建立非饱和土在侧限状态下的一维本构方程,并根据土体的三相指标的换算关系,获得体积含水率或吸力的变化对土体重度的影响,并依据宁明膨胀土的土水特征曲线,通过分层总和法原理,估算宁明非饱和膨胀土地基遇水浸润所产生的变形以及影响该变形的因素。     

考虑桩-土界面摩擦特性的桩沉降计算及试验研究

对桩基的荷载-沉降问题,采用试验研究方法,利用电子加载系统,得到了精确的桩基荷载-沉降曲线。同时,利用岩土HS本构模型和理论公式,对考虑桩-土界面摩擦特性和未考虑界面摩擦特性的桩基荷载-沉降进行了数值计算。结果表明,未考虑桩土界面作用时,桩基沉降偏小,考虑桩土界面作用的计算结果更吻合试验值;施加荷载为极限荷载一半时,桩沉降速率增大,荷载由桩土界面向桩端转移;未考虑桩土界面作用时桩侧变形出现0点,与实际不符,因此桩基沉降分析时不可忽略桩-土界面作用;常规意义的桩基侧向变形数量级为10-7m,对周边环境的影响可予忽略。     

膨胀岩三维膨胀本构关系的研究

本文根据三轴膨胀试验结果分析了Ｅｉｎｓｔｅｉｎ和Ｗｉｔｔｋｅ关于三维膨胀本构的假说,指出了其不完善之处。并建立了可综合考虑应力和含水量两个因素的新型三维膨胀本构关系。     

基于SFG模型的非饱和膨胀土本构模型研究

Gens和Alonso提出了非饱和膨胀土本构概念模型(G–A模型),将土体膨胀分为微观层次和宏观层次,能够预测土体变形趋势。但G–A模型框架内建立的膨胀土模型参数多且难确定。在SFG模型的框架下,推导膨胀土的中性加载面(NL屈服面)方程,建立了膨胀土本构模型。该模型以总变形来反映土体微观层次变形,不再区分微观层次和宏观层次的结构变形,减少了非饱和膨胀土本构模型的参数。试验数据和数值模拟结果表明,中性加载屈服面和膨胀势曲线基本一致。通过与膨胀土的膨胀试验结果对比,本模型数值计算结果和试验结果较吻合,证实了所提模型的正确性。     

桩承式路堤土拱数值模拟中路堤土本构模型的选择

数值模拟方法已成为研究桩承式路堤中土拱最重要的手段,其关键在于路堤填土要采用合理的本构模型。建立桩承式路堤平面土拱分析的弹塑性有限元模型,考虑摩尔-库伦模型（MC）、硬化土模型（HS）和小应变硬化土模型（HSS）3种不同的路堤土本构模型,用有限元方法模拟不同路堤土本构模型下桩承式路堤中的土拱形态和土拱效应。计算结果表明：3种不同路堤土本构模型下平面土拱的形态都是半个椭圆。路堤土采用HS和HSS模型,获得的土拱形态、效应和桩帽-土差异沉降相同。较之HS和HSS模型,路堤土采用MC模型时计算得到的桩帽-土差异沉降较小,桩帽荷载分担比略大。当路堤高度较小时,采用MC模型获得的土拱远小于HS和HSS模型下的计算结果。土拱效应的数值模拟中路堤土可采用简单的MC模型,但土拱形态的数值模拟中路堤土宜采用HS模型。     

非饱和土本构关系及变形计算

总结了非饱和土本构模型当前研究的新进展,包括弹性模型、巴塞罗那模型的各种改进,其它形式包含吸力的应力变量模型、膨胀土弹塑性模型、损伤力学模型、热力学模型、浸水变形计算模型等。同时总结了这些模型用于有限元计算时所要解决的问题,包括吸力的确定、矩阵的形成等。