岩土类材料的多重势面弹塑性本构模型理论

<正> 一、前言 传统的增量塑性本构理论是以塑性公设为基础,以屈服面的概念为前提而建立的,其关键则是所谓正交法则。岩土力学的弹塑性本构理论,目前主要是依据传统塑性本构理论的假设和概念而建立的,如剑桥模型,黄文熙等的清华模型,其屈服面是依据正交法则来确定的,而真正的土的屈服面是很难象金属材料那样,由实验通过屈服的定义来确定的,因为岩土类材料不象金属具有一个明确的屈服点。土一开始即有塑性变形的,因此,屈服面的概念严格说来是一种理想化的概念。把这种概念用于岩土类材料是存在不少困难的,因     

裂隙岩体局部化破坏多重势面分叉模型及其应用

采用多重势面弹塑性分又理论对裂隙岩体的破坏机制进行计算模拟。基于多重势面弹塑性理论分析局部化问题，构造了适用于裂隙岩体破坏的多重势面不连续分叉模型，建立了求解局部化方向的数值方法。在有限元方法的基础上，使用该模型计算了裂隙岩体的局部化破坏条带，即主开裂条带。相关的算例分析表明，这一模型用于分析裂隙岩体的局部化破坏是有效的。     

广义塑性力学多重屈服面模型隐式积分算法及其ABAQUS二次开发

 进行采用非关联流动法则的多重屈服面本构模型隐式积分算法的实现。基于广义塑性力学建模理论,模型采用由试验拟合确定的屈服面,通过大型有限元软件ABAQUS提供的用户子材料接口,采用FORTRAN语言,实现广义塑性力学的双屈服面模型的完全隐式应力积分算法。利用所开发的UMAT程序,进行黏土常规三轴数值模拟计算,通过数值模拟结果与试验结果的比较,验证模型和程序的有效性和准确性。     

关于“土的清华弹塑性模型及其发展”的讨论

 李广信教授在“土的清华弹塑模型及其发展”(《岩土工程学报》2006年第1期,以下简称“原文”)一文中,谈到清华弹塑性模型(以下简称清华模型)以及它的独特建模方式。对此有些不同看法,在此提出,与李教授进行讨论。(1)清华模型对土的基本特征和本构关系的认识过程不符合普遍认识规律。对土的基本性质和本构关系的认识和研究一般是遵循以下的认识过程:根据大量现场试验和实测以及室内实验观察到一些具有共性的规律和现象。然后,通过总结和提升并用数学的方式把它们表示为数学模型或公式。这一阶段即由现象上升为理论是一次重要的提升和飞跃。然后,这些模型和理论公式还要经过实践的检验,在检验过程中对这些模型和理论公式进行筛选     

对“土的清华弹塑性模型及其发展”讨论的答复

从事的土的本构关系研究,在清华大学获得岩土工程专业工学硕士和博士学位,现为清华大学教授,博士生导师。编写教材9部,发表论文300余篇,曾获国家科技进步一等奖和国家自然科学三等奖。王运霞对“土的清华弹塑性模型及其发展”(简称原文)一文的讨论文章涉及的某些问题值得深入探讨。本文结合最近以来的一些有关议论,着重就土的弹塑性模型的发展和意义给予回答并进行讨论。弹塑性理论为土的本构关系研究提供了广阔的空间和有力的工具,岩土的弹塑性模型研究对传统力学和经典弹塑性理论的发展做出了巨大的贡献。土变形的塑性本质决定了使用塑性理论的合理性和必要性。这就使土的弹塑性理论模型成为20世纪60年代以来土力学园地中最为绚     

土动力本构模型初探

在粘弹性和弹塑性基本理论的基础上，综合阐述了目前国内外土体动力本构模型，并对各种模型的优缺点进行了比较。     

土的双屈服面模型研究

对殷宗泽双屈服面模型提出了改进，作出了改进后的双屈服面在ｐ—ｑ平面上的轨迹，用图象程序方法确定模型参数，并给出了用修改后的模型计算的曲线和实测曲线，两者比较接近．     

椭圆抛物双屈服面弹塑性模型三维各向异性修正及其试验验证

 粗粒料作为高土石坝的重要筑坝材料,其应力–应变规律受初始不等向固结和后续施工影响。考虑粗粒土各向异性特性的同时兼顾其剪胀性和初始不等向应力状态等主要性质,结合室内试验资料,运用应力变换方法和引入新的应力比参数等手段对经典双屈服面弹塑性模型的屈服轨迹和硬化轴进行修正。通过试验数据和预测结果的对比,表明修正的三维化各向异性双屈服面弹塑性模型能够较合理地反映粗粒土在初始不等向固结状态下的强度和变形特性。     

发展水平报告之二 土的本构类系及其验证与应用

<正> 二十年来,伴随着电子计算机和计算技术以及土工试验技术的发展,在岩土工程生产实践的推动下,土的本构关系的研究工作日益广泛和深入,成为岩土工程的重要研究领域之一。主要表现在:一方面是学者们提出了大量的、数以百计的各种土的本构关系数学模型,其中一些已在岩土工程边值问题的数值分析中得到应用和验证,已出版的土的本构关系方面著作已给予了概括和总结;另一方面是召开了一系列有关土的本构关系方面的学术会议,仅80年至83年就召开了八次以上的国际学术会议,其中在加拿大召开的岩土工程中极限平衡、塑性力学和广义应力-应变（关系）北美研讨会标志着对各种土的本构关系数学模     

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。     

基于广义位势理论的接触面弹塑性本构模型

基于广义位势理论,把土与结构的接触面问题看作(σn,τ)空间上的二维问题,用两个线性无关的势函数梯度矢量表示两个塑性应变增量的分量dεnp,dγp组成的矢量,并用塑性状态方程取代传统的屈服面,建立了双重势面接触面弹塑性新模型。结合含砾粗砂与钢板接触面单剪试验以及单向压缩试验资料,说明模型参数的确定方法,其中采用抛物线和一阶指数衰减曲线拟合接触面先剪缩后剪胀的试验曲线,曲线参数有物理意义且拟合精度高,参数完全可以通过试验确定。结果表明,模型数学原理清晰,物理假设少,且具有一般性,能够反映接触面的剪胀特性以及准确模拟接触面的变形特性。     

岩体材料包络型复合弹塑性计算模型

提出了考虑岩体低抗拉性质的三参数屈服准则。将该屈服准则与Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ（简称ＭＣ）或Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ（简称ＤＰ）屈服准则联合使用时,形成具有包络型的、基于ＭＣ（ＤＰ）的三参数复合弹塑性模型,克服了常规的ＭＣ（ＤＰ）或带截断的ＭＣ（或ＤＰ）屈服准则不能或只能简单考虑岩体低抗拉性质的缺点。同时,提出了岩体材料屈服后的包络型软化曲线,为岩体材料的非线性计算提出了完整的计算模型。此外,还给出了基于ＭＣ（ＤＰ）的三参数包络型模型应力积分“向后欧拉”算法及一致性弹塑性矩阵有关公式,使建立在此基础上的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｐａｐｈｓｏｎ解法具有二阶收敛性。     

Improved shape hardening function for bounding surface model for cohesive soils

A shape hardening function is developed that improves the predictive capabilities of the generalized bounding surface model for cohesive soils, especially when applied to overconsolidated specimens. This improvement is realized without any changes to the simple elliptical shape of the bounding surface, and actually reduces the number of parameters associated with the model by one.     

岩土力学弹塑性模型参数反演中的灵敏度分析

参数反演是施工过程安全性分析的一个重要研究内容，而位移对参数的灵敏度计算是其关键。线性模型灵敏度分析早已有了成熟的研究，与线性模型相比，弹塑性模型参数的位移敏度分析却一直未得到很好解决。本文以能较好模拟土壤弹塑性力学行为的Ｄｒｕｃｋｅｒ Ｐｒａｇｅｒ准则为例，通过引入应力空间下的自然坐标系，将应力球量与应力偏量进行分解，从而导出一个有限元计算中位移对参数灵敏度的闭合形式公式。     

粗粒土的剪胀方程及广义塑性本构模型研究

以剑桥模型的剪胀方程为基础,引入曲线形态调节因式,提出了一个新的剪胀方程,并依此构建了一个适用于粗粒土的广义塑性模型。主要结论如下:(1)所提剪胀方程能够反映粗粒土剪胀比和应力比之间的非线性关系,且参数定义明确、确定方法简单,并通过试验验证了其对粗粒土的剪缩和剪胀特性的描述能力较好;(2)所构建的广义塑性本构模型参数为9个,并给出了通过室内常规试验确定参数的方法;(3)推导了该模型在一般应力状态下的刚度矩阵,并证明了其对粗粒料普通三轴CD试验具有良好的拟合效果,进一步地,利用三轴等p试验和两段等应力比试验验证了模型的适用性。     

从广义位势理论的角度看土的本构理论的研究

本文介绍了广义位势理论的基本思想,并从广义位势理论角度出发剖析传统本构理论在表述土的本构关系的局限性。分析了从广义位势理论出发来建立土的本构模型的优点,其可以突破传统理论中以塑性公设为前提的限制,因而,从广义位势理论角度上来建立土的本构模型的具有更广阔的前景。     

广义塑性力学中的屈服面的研究

基于广义塑性力学，详细讨论了屈服面和塑性势面的对应关系以及岩土材料的3类屈服面（即体积屈服面q方向上及θσ方向上的剪切屈服面）的基本特征，尤其是提出了能考虑剪胀与剪缩的体积屈服面和Lode角θσ方向的剪切屈服面。     

循环荷载下非饱和结构性土的边界面模型

基于结构体损伤概念和非饱和土力学,利用边界面塑性理论,提出了一个可以描述循环荷载作用下非饱和土力学特性的弹塑性本构模型。在BBM(Barcelona Basic Model)模型的基础上,利用土的持水曲线建立了常含水率下吸力与土体应力之间的耦合作用关系;通过屈服面的大小的改变来反映土体结构性的变化,建立了与累积塑性应变相关的损伤规律。同时,修正了常用边界面理论中映射准则,引入可移动映射中心的概念,将加载、卸载过程的映射准则进行统一,以反映循环荷载下土体产生的滞回特性。通过与相关文献以及本文的循环三轴试验结果的比较,表明本文模型能够较好地模拟非饱和黄土在循环荷载作用下的力学特性。     

黏土和砂土简单的三维本构模型(英文)

把修正剑桥模型推广为适合于黏土和砂土的简单、统一三维本构模型是基于以下两点提出的 :第一点 ,把由笔者已提出的基于SMP准则的一个变换应力张量用于修正剑桥模型使其简单实现了三维化 ,改进的模型对于黏土实现了从剪切屈服到剪切破坏的统一及临界状态理论同SMP准则的结合 ;第二点 ,为了建立对于黏土和砂土简单、统一的本构模型 ,推导出了一个新的硬化参数 ,新硬化参数不仅能描述砂土不同程度的剪胀性 ,对于正常固结黏土又能退化成塑性体积应变 ,所提硬化参数的合理性也被各种路径下分别在三轴压缩和三轴伸长下的试验结果所证实。所提模型的计算参数仅为 5个常规试验参数 ,易于确定