各向异性砂土的应变局部化分析

针对许多各向异性砂土强度和应变局部化特性,采用各向异性模型进行砂土的应变局部化分析。模型基于材料状态相关临界状态理论,采用宏细观结合的方法,将一个新的各向异性状态变量引入本构模型来描述砂土的各向异性,考虑细观组构张量和应力张量的几何关系模型即可以描述不同沉积角度三轴条件下砂土的力学特性。模型结合分叉理论可以自然解释各向异性和应变局部化对平面应变强度的影响,采用用一组模型参数可以很好模拟不同围压,不同沉积角度平面应变条件下Toyoura砂的强度特性和剪切带角度。     

基于材料状态相关临界状态理论的砂土双屈服面模型

分析现有砂土临界状态单屈服面模型存在的缺陷,基于临界状态理论和材料状态相关剪胀性理论,建立了一个适用于不同初始密实度的双屈服面砂土本构模型。该模型考虑了剪切变形和压缩变形机理,克服了单屈服面在一维压缩等试验条件下只有弹性应变没有塑性应变的不足,模型只用一组参数便可描述不同围压不同密实度砂土的应力应变关系,对剪切试验过程中表现出来的剪胀剪缩特性也可以进行很好的追踪。通过对Toyoura砂和Hostun砂一维压缩及三轴排水和不排水条件下的试验结果进行模拟,表明该模型具有较好的预测能力和较广的适用性。     

基于统一硬化参数的砂土临界状态本构模型

在临界状态理论的基础上,通过引入状态参数来调整硬化参数和剪胀方程,从而更好地反映砂土的剪胀、剪缩特性以及砂土对密度、有效主应力的双重依赖性,通过引入修正屈服函数的参数,能更好地描述砂土的塑性变形特性。同时,模型采用砂土等向固结线和临界状态线在孔隙比与有效应力幂函数平面内呈线性关系,并且只用一组材料参数即可描述在较大密度和较大有效应力范围内砂土的应力应变响应。通过模拟结果与试验结果对比,验证了模型的有效性。     

各向异性砂土宏微观特性三维离散元分析

各向异性对砂土强度和变形特性有显著的影响,为了研究各向异性砂土的宏微观特性,基于三维离散元法,对7个不同沉积角的试样进行了一系列的三轴模拟试验。利用"Clump"命令生成近似椭球形状颗粒,并且采用三维抗转动模型来模拟颗粒间的抗转动能力。离散元模拟结果与已知室内试验结果吻合很好。结果表明:随着沉积角的增大,偏应力和轴向应变的关系逐渐由应变软化向应变硬化发展。沉积角较小的试样剪胀性更强并且容易到达临界状态,颗粒组构–应力联合不变量(表征颗粒长轴组构张量和应力张量的相对角度)的值接近于-1,且颗粒长轴组构各向异性先增大后减小;然而对于沉积角较大的试样,在轴向应变50%处,仍不能达到临界状态,并且联合不变量的值大于-1,颗粒长轴组构各向异性先减小后不断增大。对于法向接触组构,组构主轴方向迅速向应力主轴方向偏转,组构各向异性的演化规律与偏应力随轴向应变的演化规律相似。     

考虑颗粒破碎的砂土临界状态特性描述

近年来,随着土石坝和高填方等工程的兴建,粒状土得到了广泛的应用。粒状土在高应力作用下会发生颗粒破碎的现象相当严重,因此粒状土的颗粒破碎问题不容忽视。为了更合理地描述颗粒破碎对粒状土中砂土力学特性的影响,首先分析砂土试验结果,得出了砂土颗粒分别在平均正应力和剪应力作用下的破碎特性。其次,基于UH(unified haedening,统一硬化)模型,引入可以表示砂土压缩破碎和剪切破碎的相关参数,建立了可以考虑颗粒破碎的砂土本构模型。该模型不仅能够反映砂土的剪胀、剪缩、应变硬化和软化等特性,而且可以反映在平均正应力的作用下,不同的压缩曲线最终会归一的特点,同时还能够反映剪应力作用下砂土临界状态线下移的现象。最后,使用模型预测了Lade的常规三轴试验,模型预测结果与试验结果符合良好,说明该模型能够合理地描述砂土的力学特性。     

基于材料状态相关砂土临界状态理论的应变局部化分析

针对传统砂土本构理论无法合理解析剪破角随初始围压增加而减少这一试验规律的局限性,采用材料状态相关砂土临界状态本构模型对Hostun砂进行了应变局部化分析。首先基于已有的材料状态相关砂土临界状态概念,将Pietruszczak等所提出的砂土本构模型进行了改进,并利用Hostun砂的有关三轴排水试验结果对模型参数进行了拟合,然后对Hostun砂的平面应变排水试验进行了应变局部化分析。分析结果表明:基于材料状态相关的砂土临界状态模型能够合理地描述材料初始状态对砂土变形局部化的影响,尤其是初始有效围压对剪破角的影响。     

砂土各向异性与非共轴特性的本构模拟

在考虑组构各向异性的砂土状态相关本构模型的基础上,引入了修正的非共轴流动法则建立了相应的非共轴本构模型。对于逆向加载的塑性问题,比如纯环剪加载,将通过引入边界面的概念进行处理。同时根据广义应力状态下的剪胀方程推导的塑性势面,建立了π平面内的非关联共轴流动方向。另外,将非共轴流动方向定义为同当前应力状态主方向正交的方向,并同共轴流动方向一样与塑性加载因子相关联。对Toyoura砂的空心圆柱两种加载模式的剪切试验,即固定主应力轴方向的单调加载和纯环剪切,进行了模拟,结果表明本模型能较好地描述砂土力学行为中的各向异性和非共轴特性。     

考虑砂土初始各向异性的单剪试验模拟分析

在单剪条件下,由于侧边界上不存在互补的剪切应力会导致应力不均匀,使得室内单剪试验研究变得复杂.提出一个考虑砂土初始各向异性的单剪试验数值分析方法.主要是通过引入初始各向异性修正的临界状态本构模型,并将模型编入有限元大变形计算平台.利用三维有限元分析实际的GDS型单剪试验条件,以分析在剪切过程中试样的不均匀特征.此项研究...     

砂土的各向异性强度准则：原生各向异性

采用散粒材料的组构-应力微细观力学分析方法,在颗粒尺度上分析了砂土的原生各向异性强度特性。首先建立了砂土各向异性强度准则,若不考虑初始组构的变化,将蜕化为莫尔-库仑的原生各向异性强度准则,并可直接将现有的经典破坏准则推广到考虑砂土原生各向异性的情况,不需额外模型参数,方便于工程应用。接着基于三轴压缩与伸长试验破坏各向异性发展的不同,建立了考虑中主应力影响的简单破坏应力比-组构关系,建议了考虑组构演化的砂土原生各向异性强度准则,并考虑了砂土密实状态对其各向异性强度的影响。研究结果表明本文建立的原生各向异性强度准则,其物理机理比较明确,考虑了原生各向异性组构的演化,与真三轴试验结果吻合较好,有助于从微细观机理上分析砂土的原生各向异性强度特征。     

砂土的各向异性强度准则：应力诱发各向异性

采用散粒材料的宏细观力学分析方法,在颗粒水平研究砂土的诱发各向异性强度特性,提出了砂土各向同性与应力诱发各向异性强度的区别与联系,从细观机理上将二者区分开来。分析了M-C、M-N、L-D三种强度准则在考虑诱发各向异性方面的差异,基于三轴压缩与三轴伸长破坏各向异性发展的不同,建立了考虑中主应力影响的简单破坏应力比-组构关系。从微细观角度建立了砂土应力诱发各向异性强度准则,并考虑了砂土不同密实状态对诱发各向异性强度的影响,最后与已有的真三轴试验结果进行了比较分析。研究结果表明：建立的诱发各向异性强度准则,物理参数意义较明确,与试验结果吻合较好,有助于从微细观机理分析砂土的各向异性强度特征。     

Bifurcation prediction of shear banding in sand with non-coaxial critical state model considering inherent anisotropy

In view of phenomenological observations, the anisotropic state variable accounting for the effect of inherent fabric anisotropy, which can describe the microstructural characteristics of sand, is thought to influence the critical state of sand. Based on revised forms of the anisotropic state variable, the form for the anisotropic critical state line function is revised and the non-monotonically anisotropic effects are incorporated into the strength parameter in the re-adjustment of the elements of the model. The anisotropic plasticity model parameters of Toyoura sand are re-calibrated with triaxial compression and extension tests having various deposition directions. In comparison to the experiments on Toyoura sand, it is shown that the model can simulate the anisotropic stress-strain relationship reasonably well. Then, bifurcation analyses are conducted to predict the onset of strain localization with the corresponding non-coaxial anisotropic model. The results show that the modeling of shear band formation based on the non-coaxial model is in agreement with the tests considering the anisotropic characteristic.     

砂土的变形特性与临界状态(英文)

通过一系列室内三轴压缩试验研究了砂土的变形特性与临界状态。试验结果显示砂土在剪切过程中会产生剪胀或剪缩 ,其胀缩性由该砂土的当前状态所决定 ,而砂土的当前状态取决于本身的密度和所施加的有效平均正应力。土的密度越大 ,有效平均正应力越低 ,土的剪胀性就越大。试验还发现当剪应变水平较高时土样都出现了临界状态 ,而所观测到的临界状态线与排水条件无关。     

非饱和粉砂临界状态的试验研究

非饱和土临界状态给出了土变形过程的终点,对于分析土的基本力学性质和建立相应的本构模型十分重要。以非饱和粉砂为研究对象,利用非饱和土双压力室三轴试验系统(GDS)开展相关试验研究,对不同干密度粉砂在不同净应力和吸力条件下剪切至临界状态过程中,分别测定了强度、体变、含水率及饱和度等相关状态参量的变化规律。结果表明:剪切至临界状态过程中,不同干密度非饱和粉砂的强度和变形特性差异明显;随轴向应变的不断增加,不同初始干密度粉砂试样的偏应力、体应变以及饱和度曲线最终趋于稳定值,试样剪切达到临界状态。基于试验结果,揭示了临界状态条件下非饱和粉砂强度、孔隙比、孔隙水比体积随吸力的变化规律,并建立了q–p?、ν–ln p?、νw–ln p?平面内的临界状态线方程,提出了从强度、变形和孔隙水三个方面对非饱和粉砂临界状态进行综合描述的方法。     

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。     

考虑剪切硬化的砂土临界状态本构模型

基于临界状态土力学框架,建立了一个剑桥类砂土本构模型,适用于单调静力荷载,加入了剪切硬化、依赖状态的剪胀的概念。屈服面采用倒子弹头型,硬化规律不是采用剑桥模型的体变硬化,而是借鉴Hashiguchi次加载面模型的思想,推导出与Norsand砂模型相同的增量形式的塑性剪应变硬化表达式。流动法则采用加入状态参数概念的修正的Rowe应力剪胀关系,该模型能考虑砂土变形特性对密度和固结压力的双重依赖型,只用一组材料参数就能模拟不同密度和固结压力下的应力应变响应,可反映材料的软化。通过与常规三轴试验、等p路径三轴试验等结果的对比,表明该模型是合理的、有效的。