非饱和土本构模型研究综述

综述非饱和土本构模型的研究现状。非饱和土的本构模型有非线性弹性模型、损伤力学模型、广义吸力模型和弹塑性模型。文中重点介绍弹塑性本构模型，已有的试验证实了弹塑性本构模型很好地反映了非饱和土的变形特征。但非饱和土弹性本构模型仍有许多不足之处有待改进     

用修正剑桥模型研究超固结土的变形特性

在原有的塑性体积应变状态量外,对修正剑桥模型的屈服函数引入描述超固结黏土变形和强度特性的状态量,以进一步改进修正的剑桥模型以应用于超固结土的变形特性研究.并给出该状态量的演化规则.通过对各种不同超固结比的三轴压缩和伸长剪切试验结果的验证表明,本文改进的三维修正剑桥模型能合理地反映不同超固结比黏土在三轴压缩和伸长条件下的变形及强度特性,同时,本文预测结果和中井子负荷面模型的预测结果基本一致.     

基于Alonso模型的非饱和土弹塑性本构方程推导

Alonso模型是目前应用最广泛的非饱和土弹塑性本构模型.首先简要介绍非饱和土Alonso模型的原理与发展;然后在饱和土剑桥本构关系的基础上,推导出一个基于Alonso模型的非饱和土应力应变增量方程的计算公式,该方程与饱和土的本构方程形式相同,且能够考虑净应力和吸力二者对土体硬化规律的影响,从而为非饱和土弹塑性计算提供一条途径.     

岩土多重屈服面模型本构关系

提要本文简述了岩土多重屈服面弹塑性模型的基本概念。详细推导了多重屈服面本构关系,以三重屈服面模型为例,推导了三维应力和应变空间本构关系。     

改进剑桥土蠕变模型分析

基于黏弹塑性理论，在改进剑桥模型（ＭＣＣ）的基础上，引入与荷载施加速率相关系数，提出了改进剑桥蠕变模型（ＭＣＣＣ），该模型可以用于模拟土体参数随荷载作用时间、以及荷载加载速率的变化关系。通过对典型加载条件下土体受力状态的模拟，并与ＭＣＣ模型的结果进行对比分析，结果显示ＭＣＣＣ模型可以描述土体的蠕变行为，合理反映土体随加载速率和时长的动态响应规律，是一种可以用于评价土体中具有时间依赖性的参数对工程地基稳定性影响的简单实用模型。     

土体的椭圆——抛物双屈服面模型及其柔度矩阵

本文证明了以经典塑性为基础的弹性模型的土体应力－应变柔度矩阵不能满足主对角线元素应占优的要求，为此作者提出了修正椭圆－－抛物双屈服面模型。     

修正剑桥模型在真空预压土体强度研究中的应用

基于修正剑桥模型里的临界状态模型,用临界状态来描述土体的不排水剪切强度,利用现场实测数据反推不排水剪切强度公式中三个参数的值,可以得到三轴条件下不排水剪切强度的理论公式。并且通过现有的现场实测数据考察了该不排水剪切强度公式的合理性,计算结果与现场实测数据基本吻合,验证了本文提出的公式能够较好地预测基于临界状态模型的不排水抗剪强度。即适用于温州工程现场区域土体性质的不排水抗剪强度的计算公式,可在类似工程中推广与应用。     

一种新型结构性土三维本构模型

在NAKAI等基于应力张量t_(ij)和修正剑桥模型建立的能够描述中主应力影响且适用于描述正常固结土强度和变形规律的三维本构模型的基础上,通过引入能够描述土体密实度的状态变量ρ和土体黏结效应的状态变量ω,提出了适用于描述结构性土强度和变形规律的新型结构性三维本构模型。这一模型具有以下特点:结构性土三维本构模型在正常固结土的三维本构模型的基础上仅增加一个材料参数的情况下能够较好地描述三维应力状态下试样排水与不排水剪切特性、固结特性、围压对应力路径和应力应变曲线的影响及平均应力、偏应力增大时出现的应力路径可逆性等特点。应用新型结构性土三维本构模型对粉质黏土的固结试验和三轴剪切试验进行模拟计算,验证了其在模拟结构性土特征方面的可行性。     

广义位势理论本构模型的开发和验证

广义位势理论从数学原理出发,将主空间的应力应变关系转换成六维空间的应力应变关系,从而建立岩土材料的本构模型,具有明确的数学依据和更少的物理假设。然而,将广义位势理论的本构模型开发到大型数值分析软件,并在六维应力应变空间中进行数值计算和验证的工作尚不多。为此,介绍了广义位势理论的多重势面模型和二重势面模型,详细分析了2种模型用于数值计算的弹塑性矩阵,并以2个二重势面模型(不考虑剪胀性的类剑桥模型和考虑剪胀性的类剑桥模型)为例,在数值分析软件FLAC3D中实现2个模型的开发。将开发的本构模型在FLAC3D的六维应力应变空间中进行计算分析,通过对比数值计算结果和室内三轴试验成果,说明了广义位势理论的本构模型在六维应力应变空间的计算精度是较高的,从而验证了理论模型的科学性和开发软件的正确性。     

再论粗粒土剪胀性模型

 介绍了2种堆石料大型三轴试验和平面应变试验的试验成果。假设土的应变分为弹性应变和剪胀应变,弹性应变与应力间服从广义虎克定律,剪胀应变服从Rowe剪胀方程,弹性泊松比为常数,完整地建立3参量Kp,Kq,G与应力关系式,初步提出了一种新的非线性剪胀模型,给出了模型参数的整理方法,论证了一般非线性弹性模型中泊松比的力学意义。试验表明,剪胀性模型能够很好地模拟堆石料的应力应变曲线,对于同一种堆石料,由三轴试验和平面应变试验得到的模型参数除强度指标外,其它参数有很好的一致性,并给出了2种堆石料的模型参数。该模型是一种力学概念明确,简单实用的非线性剪胀模型。     

砂的临界状态本构模型局部化分叉分析

摘要：局部化分叉的发生与材料本构模型及材料参数的选择密切相关，基于砂的临界状态本构模型考虑了平均有效应力水平及孔隙比的影响，能合理地反映不同密度和应力水平下砂的变形特性。通过对该模型在平面应变状态下变形局部化分叉解析表明：在围压一定时，分叉出现在应力应变关系硬化阶段，分叉点对应的应力比及剪切带倾角均随孔隙比的增加而减小；密砂及松砂分叉点对应的应力比分别在临界状态线的上侧和下侧；而且峰值应力比与分叉应力比差值基本不变，但松砂较密砂差值大。在初始孔隙比一定时，密砂分叉点对应的应力比及剪切带倾角随着初始有效围压的增大而减小，而松砂分叉时的应力比及剪切带倾角基本不受围压影响。最后，为了验证解析解的正确性，采用回映应力更新算法，编写了有限元材料子程序，把该模型嵌入有限元软件ABAQUS。通过对多单元立方体试样数值模拟结果与解析解的对比，解析解与数值模拟结果基本一致。     

砂的临界状态本构模型局部化分叉分析

基于砂的临界状态本构模型考虑了平均有效应力水平及孔隙比的影响,能合理地反映不同密度和应力水平下砂的变形特性。该模型对平面应变状态下变形局部化分叉的解析表明：在围压一定时,分叉出现在应力应变关系硬化阶段,分叉点对应的应力比及剪切带倾角均随孔隙比的增加而减小;密砂及松砂分叉点对应的应力比分别在临界状态线的上侧和下侧;而且峰值应力比与分叉应力比差值基本不变,但松砂较密砂差值大。在初始孔隙比一定时,密砂分叉点对应的应力比及剪切带倾角随着初始有效围压的增大而减小,而松砂分叉时的应力比及剪切带倾角基本不受围压影响。最后,为了验证解析解的正确性,采用回映应力更新算法,编写了有限元材料子程序,把该模型嵌入有限元软件ABAQUS。通过对多单元立方体试样数值模拟结果与解析解的对比,两者基本一致。     

基于耗散能的海洋K0固结土统一修正剑桥模型

在海上风电桩基工程计算时,为方便土体本构关系的使用,减少土工参数的选取,对修正剑桥模型进行了改进.首先根据海洋工程中桩周土体通常为K0固结饱和土的特点,在修正剑桥模型的基础上,引入相变参数,推导出适用于剪胀性土体的屈服面函数;然后参考统一硬化模型的研究理念,引入耗散功作为硬化参量,结合传统弹塑性理论,对Collins的...     

超固结土塑性次加载面模型的数值实施及应用

为了研究软土固结等复杂的非线性本构关系,考虑超固结参数、潜在强度、硬化参数之间的相互影响,将基于Hvorslev面的超固结土的本构模型和大型非线性有限元计算软件ABAQUS结合起来,编写了相应的有限元本构模型子程序。通过用户子程序UMAT接口实现了该模型在软土结构分析中的应用,为正确评估和预测土体本构关系提供了一种简便有效的方法。以深隧洞的开挖为例,用此方法实现了土体结构的本构关系模型,使得计算结果更加接近实际情况,能够比较合理的模拟实际工程。     

原状黄土增湿变形起始屈服函数研究

为研究黄土的增湿变形问题,通过常规三轴剪切试验、等向压缩试验,分别研究了不同初始含水率原状黄土试样的应力-应变关系。通过三轴剪切试验发现,原状黄土的临界状态线近似一条直线且不通过p-q平面的坐标原点,随初始含水率变化沿q轴上下平移。通过三轴压缩试验发现,原状黄土的e-lnp曲线不是一条直线而是折线,且折点处对应的球应力随初始含水率的增大而减小。采用椭圆形屈服轨迹的假设,结合试验规律得出原状黄土试样的起始屈服函数,通过该起始屈服函数可以得出各应力路径下的起始屈服应力和起始含水率。该研究成果是后续建立原状黄土增湿变形本构模型的基础。     

船锚在软土中的运动形式研究

船锚在软土中由于风浪的作用会随着船舶而移动,这可能会造成海底预埋电缆被损坏。堆石保护是当前普遍采用的对海底电缆进行保护的方法,但是对这种保护措施至今还没有成熟的施工规范。为了完善海底电缆堆石保护的各项设计参数,研究船锚在软土中的运动规律是非常必要的。在锚爪二维非线性有限元分析的基础上,建立了船锚运动轨迹与其屈服荷载之间的本构关系,结合锚链在软土中的研究成果,提出一种新的船锚运动轨迹预测计算方式。最后,根据荷兰Deltares科研所计划实施离心机试验的计算参数,对试验结果作出模拟预测：     

基于改进Harris函数的砂岩损伤本构模型研究

岩石损伤量在岩石损伤的过程中是个动态变化量,通过改进Harris函数,建立了在三维应力作用下岩石损伤本构模型,并通过砂岩的三轴试验确定了模型参数,定性分析了围压、临界损伤值、峰值应变三者间的关系。研究结果表明:①基于改进的Harris函数所建立的砂岩损伤本构模型曲线与实测曲线拟合较好,有良好的适用性;②同一种岩石在不同围压下,临界损伤值不是固定值,它从侧面反映出岩石自身的力学性能与岩石所处的三维应力状态有关;③围压增大,临界损伤值也相应地增大,证明围压对岩石的破坏有抑制作用。分析结果对研究三维应力状态下岩石的损伤破坏机理有一定借鉴意义。     

开挖卸荷土体本构模型研究方法

我国土木、水利、交通和矿山工程建设中广泛存在着由于开挖卸荷引起的土体位移及稳定问题,传统的极限平衡方法不能考虑土体应力应变关系和应力历史等因素,安全系数的计算与工程实际存在偏差。以变形量为失稳判据的有限元强度折减法,考虑了土体应力应变关系,一定程度上可以弥补传统方法的缺陷,但目前针对开挖卸荷应力路径条件下土体应力应变规律研究偏少,限制了有限元强度折减法的作用,导致开挖卸荷相关问题不能很好地解决。因此本文针对卸荷土体应力应变规律研究工作给出了相应的思路和方法:采用室内卸荷应力路径试验,寻找合适的土体卸荷本构模型,在探索采用常规试验获取模型计算参数的实用方法和取用原则的同时,对开挖土体应力变形进行分析,进而结合有限元轻度折减法对实际开挖工程进行有限元数值模拟,与现场监测结果相比较,对模型和参数确定方法进行修正。应用这种方法,可以得到反映开挖卸荷实际的土体本构模型及其参数确定方法。