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。     

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     

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     

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     

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。     

任意形状薄壁钢截面双轴压弯恢复力分析

为适应高耸结构非线性分析的需要,将任意形状薄壁钢截面划分成适当数目的薄壁直边,通过建立薄壁边截面的面内弯矩及轴力与相应变形之间的广义本构关系合成整个截面的双轴压弯恢复力模型。     

屈服面角点奇异性的非平滑处理对塑性应变的影响

Mohr-Coulomb屈服面的边界角点奇异性问题,使得屈服面在这些部位的微分出现不连续现象,给数值分析带来了诸多困难.针对此问题,平滑及非平滑处理方法得以应用,其中,非平滑处理方法中的回代求导法和塑性应变增量求和法等因易于实现而应用较多.这些方法精度的研究多相对于某些典型算例而进行的,而对于塑性应变的发展遵循何规律.非平滑处理方法对塑性应变产生何影响,如何评价这种影响效应等等问题尚未在理论上被深入研究.为此,在传统塑性位势理论的框架内对塑性剪应变的发展规律,以及通过非平滑处理后塑性剪应变的发展规律进行了理论研究.研究发现.在角点奇异性屈服面的非平滑处理方法中,最终推导出的塑性剪应变出现不连续现象.通过对这一现象进行的理论研究和定量分析,结果表明:非平滑处理对塑性应变存在影响效应(即不连续效应),故对于具体问题,应具体分析这些方法的影响效应,具体评估其计算结果的可靠性和对相应问题的适用性,以便正确选择所采用的处理方法.     

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。     

根据电算的弹性位移值计算梁的挠度

多高层钢筋混凝土结构分析程序只能给出在弹性状态下梁的竖向位移值,设计人员无法据此进行梁在弹塑性状态下考虑长期刚度的挠度验算。本文从梁在两种状态下的挠度与其刚度的比例关系ｆ／ｆ′＝ＥｃＩ／Ｂ１出发,推导出考虑弹塑性长期刚度的挠度放大系数λ计算公式,从而解决了目前困扰结构设计人员的一个难题。本方法概念清楚、计算简便、可靠性高。     

岩土塑性力学的新进展——广义塑性力学

多数岩土工程都处于弹塑性状态 ,因而岩土塑性在岩土工程的设计中至关重要。本文首先简要回顾了岩土塑性的发展过程 ,分析了经典塑性力学用于岩土类材料存在的问题 ,指出其采用的 3个不符合岩土材料变形机制的假设。放弃这 3条假设 ,从固体力学原理直接导出广义塑性位势理论 ,从而将经典塑性力学改造成更一般的塑性力学———广义塑性力学。广义塑性力学采用了塑性力学中的分量理论 ,能反映应力路径转折的影响 ,克服了塑性应变增量方向与应力增量无关的错误 ;要求屈服面与塑性势面对应 ,而不要求相等 ,避免了采用正交流动法则引起过大剪胀等不合理现象 ,也不会产生当前非关联流动法则中任意假定塑性势面引起的误差。文中给出了广义塑性力学的屈服面理论、硬化定律和应力—应变关系 ,并在应力增量分解的基础上 ,建立了考虑应力主轴旋转的广义塑性位势理论 ,从而可求出应力主轴旋转产生的塑性变形。通过分析屈服面的物理意义 ,表明屈服条件是状态参数 ,它与应力状态、应力历史及材性等状态量有关 ;同时也是试验参数 ,只能由试验给出。通过实际应用 ,表明广义塑性力学不仅可以作为岩土材料的建模理论 ,而且还可以应用于诸如极限分析等土力学的诸多领域 ,具有广阔的应用前景。     

非连续变形计算力学模型弹塑性数值分析方法及其应用

在笔者所建立的非连续变形计算力学模型弹性分析方法基础上,进一步考虑材料的弹塑性,基于分区参变量最小势能变分原理,建立了非连续变形计算力学模型弹塑性分析的数学列式和求解方法,分析了不同材料特性的基础梁和岩基相互作用问题.计算结果表明:这种非连续变形计算力学模型弹塑性分析方法将材料的非线性与多体相互作用系统的接触非线性或界面非连续性相耦合,能够模拟多体间的非线性相互作用特性,是一种处理岩土工程中多体非连续变形体系的新颖而有力的数值计算方法.     

再谈广义塑性力学

鉴于一些学者对广义塑性力学的评述相关问题提出的质疑与看法,再次对广义塑性力学作一些解释,对其由来与核心思想进行了清晰地阐述。深入剖析了经典塑性力学与广义塑性力学中广为应用的等向强化模型与屈服面的物理意义,并对率无关塑性力学、Drucker公设、塑性因子正负以及屈服面的外凸性与惟一性等问题进行了答复与探讨。     

软土卸载孔压特性的试验与理论计算分析

在理论分析和试验的基础上,对软黏土的卸载孔压特性进行了研究.研究显示:在伸长条件下,孔压先由零逐渐发展到负的最大值,然后又逐渐减小至零,突破零位后,发展成为正孔压并最后达到正的最大值.围压越大,产生的负孔压的极值越大,最终的正孔压越小.室内试验显示,如果忽略短暂的负孔压阶段,归一化孔压与主应变成较好的二次关系,且归一化孔压与主应变所成的二次关系与卸载路径关系密切.     

一种基于混合物理论的非饱和岩土类材料的弹塑性损伤模型

在混合物理论的框架内,提出了一个处理饱和与非饱和的岩土类材料变形和强度本构建模的新方法。该方法将多相工程材料看成由两个层次的三种混合物模型组成。针对非饱和岩土类材料的特点,应用该方法,给出了一个具体的弹塑性损伤本构方程,可描述材料性质的劣化过程（即损伤和软化）以及非饱和程度对材料变形强度特性的影响,并编制了专用的有限元程序。作为算例,对常规三轴试件进行了有限元分析,得出了一些具体的结果。