应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题解析

采用应力跌落模型模拟土体的应变软化,以Mohr-couloub屈服准则和不相关联的流动法则考虑土体屈服塑性流动和剪胀特性,引进对数应变考虑土体的大变形,给出了应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题的弹塑性解析解,为了对比,还给出了小应变情况下位移的解析表达式.分析了大、小应变理论、不同剪胀特性、不同软化程度和考虑塑性区弹性变形与否对结果的影响.结果表明:在孔扩张压力较大时,用小应变理论会引起很大误差,必须考虑大应变;在相同扩张力作用下,土体的软化程度越高,扩张率越大,土体的剪胀角越大则扩张率越小.土体的软化和剪胀特性还影响极限扩张压力,软化越严重,极限扩张压力越小;剪胀角越大,极限扩张压力越大.     

土体应变软化特性的桩孔扩张弹塑性解析

从土的基本工程性质出发,提出了考虑土的应变软化特性的线性弹塑性模型,并用以解析桩孔扩张条件下桩孔周边土体的应力应变及位移,分析了庆变软化状态到塑性流动的残余状态的强度准则的变化特征以及两个塑性区的存在方式,从理论上分析了桩孔扩张的反例－桩孔开挖应力释放条件下的桩孔壁土体状态与存在条件。     

土体应软化特性的桩孔张弹塑性解析

从土的基本工程性质出发,提出了考虑土的应变软化特性的线性弹塑性模型,并用以解析桩孔扩张条件下桩孔周边土体的应力应变及位移,分析了应变软化状态到塑性流动的残余状态的强度准则的变化特征以及两个塑性区的存在方式,从理论上分析了桩孔扩张的反例──桩孔开挖应力释放条件下的桩孔壁土体状态与存在条件。     

三剪统一屈服准则在柱形孔扩张问题中的应用

基于三剪统一屈服准则,通过用3条折线来描述土体的本构特征,对柱形孔扩张问题进行分析,考虑岩土材料的软化和剪胀特性,推导出柱形孔扩张问题下的应力场、应变场、扩张压力、塑性区半径的解析解。算例表明,临界扩孔压力随土的软化程度的减小而增大,在一定剪胀和软化程度下,临界扩孔压力随b的增大而增大。     

饱和粘土中球孔扩张问题弹塑性解析

为了研究静力触探试验及沉桩扩孔等工程问题,基于修正剑桥模型,推导了不排水条件下球孔扩张问题的半解析解。将扩张球孔周围土体分为临界状态区、塑性区以及弹性区三个区域。弹性区内,利用弹性理论得到应力和孔隙水压力的解答;临界状态区及塑性区内,利用相关联的流动法则、拉格朗日分析法建立了关于应力的一阶非线性常微分方程组,以弹塑性界面处的应力分量作为初值,求解微分方程组可得到应力和孔隙水压力的解答。研究结果表明：各向同性超固结比对扩孔压力、土体应力、超孔隙水压力以及塑性区范围均具有显著影响,且扩孔过程中土体剪切模量并非常量,其随扩孔半径、各向同性超固结比的变化而变化;同时通过与已有解答进行比较,对本文方法的可靠性进行了验证。     

中间主应力对球形孔扩张的影响

基于Mohr—Coulomb理论推导的球形孔扩张问题的弹塑性解没有考虑中间主应力的影响。因而与实际结果有误差。为此，本文利用双剪强度理论建立了球形孔扩张问题时的弹塑性解。通过算例表明：基于双剪强度理论所求的球形孔扩张的塑性区半径小于M—C准则。据此可充分发挥材料自身的承载能力，减少支护，对实际工程具有重要的理论和实际意义。     

饱和土体中椭圆孔扩张弹塑性解

针对软黏土中的打桩问题,提出一种包含完全排水和完全不排水的柱孔扩张通用求解方法,并基于该方法,采用不排水柱孔扩张理论模拟静压桩打桩过程,并采用修正剑桥模型模拟软黏土的本构关系,同时联立扩孔运动学方程、应力平衡方程、质量守恒方程等建立弹塑性孔扩张偏微分控制方程组,利用相似变换的技术求解该方程组,从而获得半解析解.通过与文献中的解答对比,验证了解答的正确性.

     

三向应力状态下球形孔扩张问题的弹塑性解

基于Mohr-Coulomb理论推导的球形孔扩张问题的弹塑性解,没有考虑中间主应力的影响,因而与实际结果有误差.为此,本文利用统一强度理论建立了球形孔扩张问题的统一解形式.利用此解可以合理地得出不同材料的相应解,并且能充分发挥材料自身的承载能力,对实际工程具有重要意义.     

基于球孔扩张理论的静压桩桩端阻力解析解

为了研究静压桩在饱和黏土中的沉桩端阻力,利用球孔扩张理论推导出极限桩端阻力的计算公式,并通过室内模型试验测量出不同深度桩端阻力的数值.结果表明,静压沉桩过程中桩端阻力随着压桩深度先是呈快速增长,之后渐渐变缓且趋于平稳.极限桩端阻力的理论值是随着桩体半径呈二次曲线增长的,随着土体粘聚力的增大而增大,也随着内摩擦角的增大而变大.经对比分析可知,对于长桩采用本文理论方法所求得的极限端阻力计算值更贴近沉桩终止时的实测值.     

各向异性固结软粘土的循环软化-孔压模型

通过对杭州软粘土进行应力控制的循环三轴试验,研究了各向异性固结软粘土的循环软化特性及孔压发展规律.试验结果表明,随着循环次数的增加和循环应力比的提高,软化指数逐渐降低,残余孔压逐渐增高;当采用各向异性固结时,初始静剪应力的增大会造成土体软化加快,但残余孔压变化缺乏一定规律性.建立了各向异性固结软粘土循环软化-孔压模型,该模型反映了软粘土循环软化特性及残余孔压增长规律.     

Estimation of compaction grouting pressure in strain softening soils

A new method was proposed to predict the limited compaction grouting pressure for the soft soils. Theoretical basis of the method considered the conical shear failure above the grout bulb. Using the Mohr-Coulomb yield criterion as the initial yield function, the limited compaction grouting pressure was determined, according to the softening elastic-plastic model based on the conventional triaxial compression tests to simulate the strain softening soils. The small strain in the elastic zone and large stain in the plastic zone and the rational yield function for the strain softening phase stage, the analytical solutions to the compaction grouting pressure were presented. The results indicate reasonable agreement and show a good potential of the proposed method for rationally optimizing the design of compaction grouting operations. Foundation item: Project (200550) supported by the Foundation for the Author of National Excellent Doctoral Dissertation of China; Project (09JJ1008) supported by Hunan Provincial Natural Science Foundation of China     

Static solution on four-region spherial cavity expansion model in a pressure sensitive medium

Spherical cavity expansion model is often used to study the mechanic characteristics of pressure sensitive mediums. The most important one we do in the paper is that we construct a four-region model with σθ≠0 in damage region,which is different from what Satapathy did before and is more reasonable. By adopting this model,different constitutive equations were constructed by different method-elastic mechanics in elastic region,damage mechanics and fracture mechanics in damage region,and macro-micro mechanics theory in plastic region. Then using Durban's self-similarity assumption,the control differential equations with boundary conditions were established,and the static numerical solution of stress field and displacement field in the three different regions of elastic,damage and plastic area were discussed respectively. Results showed that this four-region model can describe precisely the mechanic characteristics of pressure sensitive mediums under initial pressure.     

扰动对饱和软粘土中球形孔扩张问题的影响

根据原位十字板试验过程中,对饱和软粘土扰动导致其不排水强度降低的事实,应用球形孔扩张理论,假设饱和软粘土在塑性阶段满足Tresca屈服条件,提出了一种基于饱和软粘土灵敏度的扰动度函数D.考虑在塑性区内不排水强度su是扰动度D的线性函数,得到了考虑扰动的球形孔扩张的弹塑性解答.     

压力敏感性材料球形孔洞动态扩展问题

为进一步研究岩土材料爆炸场的特点,采用椭圆型屈服准则和自相似假设,并结合Hopkins三区模型,研究幂硬化材料球形孔洞动态扩展问题.通过对弹性区的研究得出弹性区应力的分布和弹塑性交界处的连续条件;然后在塑性区给出一个求解动态扩展问题的非线性微分方程组;最后通过打靶法数值求解该非线性微分方程组,给出满足边界条件的数值解,并讨论材料参数对场量的影响.结果表明,椭圆型屈服准则能很好地描述压力敏感性材料中孔洞的动态扩展.     

常吸力下非饱和土柱孔扩张弹塑性解及饱和度响应

为研究非饱和土中常吸力条件下圆孔扩张的应力-应变特性及饱和度响应,基于非饱和土临界状态模型(UCSM)和考虑水力滞回的土水特征曲线(SWCC),引入常吸力下饱和度随孔隙比非线性变化模型,推导非饱和土中柱孔扩张问题的排水半解析解。根据柱孔周围土单元平衡微分方程,考虑边界条件,引入辅助坐标将问题转化为以3个主应力分量、孔隙比和饱和度为基本未知量的一阶微分方程组进行求解。本解答充分考虑基质吸力和超固结比对柱孔扩张响应的影响,探究扩张过程中柱孔周围土体的应力分布和体积变化,以及扩张过程中饱和度的演化规律。结果表明：非饱和土常吸力柱孔扩张过程中,呈现吸力硬化特性,且吸力硬化特性随着吸力增大而趋于稳定;孔壁及周围土体饱和度在扩张过程中变化显著,且受吸力大小的影响较大;当吸力较低时,饱和度主要受含水量变化的影响;当吸力较高时,饱和度主要受孔隙比变化的影响。本文的解答可以很好地捕捉非饱和土体不同应力历史和水力状态下的饱和度响应,可为非饱和土中静力触探试验等原位试验的解释提供指导。     

考虑压滤效应饱和黏土压密注浆球孔扩张理论

为了研究压滤效应对压密注浆的影响,在考虑滤出水渗流和土体弹性变形耦合的基础上,推导出了考虑压滤效应时饱和黏土压密注浆球孔扩张的控制方程.并在不考虑土体渗透率变化的前提下,对该控制方程进行简化,得到径向应力和径向位移的表达式,该简化方法可较好地计算球孔扩张问题中径向应力和径向位移.与本文计算方法相比,传统的球孔扩张理论无...     

球形孔洞膨胀动态问题的弹性-损伤力学分析

研究了材料还没有出现塑性变形、仅含弹性区和损伤区的球形孔洞动态扩展问题．首先通过对弹性区的研究以及初始损伤分析获得弹性区的场量分布,并给出弹性／损伤区交界处的边界连续条件;然后在自相似假设条件下,推导出动态扩展时损伤区需满足的控制方程;最后通过打靶法进行数值求解．数值分析表明,许多材料参数如ν、n、m都对弹性区和损伤区的场量分布有影响．