考虑土应变软化及剪胀特性的大应变球孔扩张的问题

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，用对数应变来描述土体的变形，给出了球形孔扩张问题的弹塑性解析解。分析了剪胀和软化程度对球孔扩张时的应力、位移、塑性区半径及极限扩张压力等方面的影响，并将大、小应变理论的结果进行了比较。结果表明：在扩张压力较大时，用小应变理论会引起很大误差，因此考虑大应变非常必要；相同扩张力作用下，土的软化程度越高，扩张率越大；土的剪胀角越小，则扩张率越大。土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；剪胀角增大，极限扩张压力随之增大。     

湿陷性黄土的结构性参数本构模型

本文通过黄土的三轴剪切试验，基于综合结构势的概念，建立了一个能够反映湿陷性黄土含水状态、应力状态和应变状态影响的结构性参数数学表达式。将结构性参数引入剪应力剪应变关系分析中，得到了考虑黄土结构性的应力应变关系。试验揭示了湿陷性黄土具有剪缩剪胀性，表明应力比与剪缩剪胀应变比之间具有良好的线性关系；固结围压越大，剪缩剪胀临界点的应力比越大，含水率越大，剪缩剪胀临界点的应力比越小。最终，建立了反映黄土结构性变化、应力应变软化与硬化、剪缩剪胀变形特性的本构模型。通过本构关系描述湿陷性黄土的应力应变发展过程，得到了与试验结果一致的变化曲线。     

考虑中间主应力的非饱和土边坡安全系数新解

基于非饱和土的平面应变抗剪强度统一解,考虑非饱和特性与中间主应力对土体强度的共同影响,利用瑞典简单条分法推导了非饱和土边坡安全系数的系列化新解,并探讨了中间主应力和基质吸力的影响特性。结果表明:中间主应力和基质吸力对非饱和土边坡安全系数的影响显著,安全系数随中间主应力效应和基质吸力的增加而大幅提高;边坡稳定性分析的强度理论效应明显,应重视强度准则的选取、加强基质吸力的监测和稳定控制。     

不同应力路径下粉煤灰本构模型研究

研究粉煤灰在不同等应力增量比路径下的应力-应变-体变特性，提出考虑土的应变软化、剪胀(剪缩)性和应力路径影响的非线性弹性模型. 通过与试验及有限元计算成果对比，验证了模型的适用性     

考虑剪胀性和应变软化的粉细砂双屈服面本构模型

针对上海粉细砂不存在唯一临界状态线的特点,对传统的砂土本构模型进行了改进,提出了一个能合理描述粉细砂剪胀性和应变软化特性的弹塑性本构模型.该模型采用双屈服面形式,可同时反映剪切变形及压缩变形机理.模型对传统修正剑桥模型中的剪胀性公式进行了改进,考虑了反映塑性体积应变由正转为负时对应的特征状态应力比与初始有效围压的相关性.为了描述应变软化特性,提出了一个利用残余状态应力比和峰值应力比的应变软化公式,可较为合理地反映粉细砂的应变软化特性.通过对上海粉细砂的多组试验结果模拟,验证了本文模型的合理性和有效性.     

考虑剪切中主应力方向的砂土本构模型

考虑状态依赖性的弹塑性本构模型是当前现代砂土本构理论发展的一个主流方向，但目前所引用的状态参量虽能够反映孔隙比与平均有效应力的联合效应，但尚不能反映剪切过程中的主应力方向对砂土应力—应变关系的影响。大量复杂应力条件下的空心扭剪试验证明，剪切中的主应力方向对砂土的变形和强度特性具有重要的影响。本文在考虑砂土状态依赖性的本构理论的基础上，提出了一个含有主应力方向的砂土状态参量，并将其同时引入剪胀方程和塑性模量，以此为基础建立了一个能够反映剪切中主应力方向的砂土弹塑性本构模型，通过同相关试验数据的对比和分析，验证了该模型可以较好地模拟砂土在不同主应力方向下的应力—应变关系。     

中主应力系数及应力路径对砂土剪切特性影响的真三轴试验研究

针对福建标准砂,进行了系列真三轴排水剪切试验,重点探讨了应力路径、中主应力系数对砂土应力-应变关系、广义剪应力比-应变关系及抗剪强度指标的影响,并利用试验实测的三轴拉伸和压缩条件下的内摩擦角及不同中应力系数条件下的强度实测值,验证了岩土材料非线性统一强度模型在π平面上的强度包线。试验结果表明,应力路径完全相同的情况下,砂土的抗剪强度q和广义剪应力比q/p随中主应力系数的增大而减小,强度指标?随中主应力系数的增大而增加;中主应力系数越大,砂土的剪胀特性越明显;不同应力路径对砂土应力-应变关系影响很大,但对应力比-应变关系及抗剪强度指标?的影响相对较小;岩土材料非线性统一强度模型能够很好地描述砂土的非线性强度特性。     

基于离散元的颗粒材料三维临界状态与剪胀特性研究

临界状态通常作为砂土等颗粒材料本构模型中的一种参考状态,是经典土力学框架的一个重要组成部分。根据砂土的细观结构特性,一些学者提出了描述砂土内部结构特性的状态参量,建立了状态相关的剪胀模型。然而受试验条件的限制,目前多采用常规三轴试验研究颗粒材料的临界状态和剪胀特性,未考虑中主应力因素。已有研究表明加载路径对颗粒材料的力学特性有一定影响,本文采用离散单元法模拟了颗粒材料真三轴应力路径试验,分析了加载过程中颗粒材料的应力应变特性及中主应力对临界状态的影响。结果表明:颗粒材料的临界状态线(CSL)在e-lg p平面内是唯一的,与中主应力系数无关。临界状态应力比与应力罗德角的关系可以采用角隅函数近似表达。基于状态相关的剪胀理论,采用Lode角的函数(角隅函数)表示模型参数,提出一个新的应力-剪胀模型。数值试验结果表明,本文采用的三维剪胀模型能够较好地反映了离散元数值模拟中颗粒材料在三维应力路径下的剪胀特性,然而公式的适用性需要更多的试验验证和理论研究。     

考虑剪切中主应力方向的砂土本构模型

考虑状态依赖性的弹塑性本构模型是当前现代砂土本构理论发展的一个主流方向,目前所引用的状态参量虽能够反映孔隙比与平均有效应力的联合效应,但尚不能反映剪切过程中的主应力方向对砂土应力-应变关系的影响.大量复杂应力条件下的空心扭剪试验证明,剪切中的主应力方向对砂土的变形和强度特性具有重要的影响.本文基于考虑砂土状态依赖性的本构理论,提出了一个含有主应力方向的砂土状态参量,并将其同时引入剪胀方程和塑性模量,以此为基础建立了一个能够反映剪切中主应力方向的砂土弹塑性本构模型.通过同相关试验数据的对比和分析,验证了该模型可以较好地模拟砂土在不同主应力方向下的应力-应变关系.     

温度对水工沥青混凝土强度及剪胀特性的影响试验研究

为了解温度变化对沥青混凝土强度及剪胀特性的影响,开展了-1、5、10、15℃下的沥青混凝土三轴剪切试验。试验结果表明：沥青混凝土的强度变形特性与温度有密切关系,负温时,表现出明显的应变软化和剪胀性,随着温度的升高,应力-应变曲线转变为应变硬化型,且剪胀性减弱;沥青混凝土抗剪强度随温度升高而减小,且黏聚力的降低幅度明显大于内摩擦角,当温度从-1℃升高到15℃时,内摩擦角减小了4.7°,而黏聚力由1.11 MPa减小到0.28 MPa;沥青混凝土剪胀角随轴向应变增大而增大,并趋于稳定,两者关系可采用双曲线函数进行拟合;双曲线模型参数与温度有较好的相关性,可进一步考虑剪胀角随温度的变化情况。研究成果可为沥青混凝土的热-力耦合本构模型建立提供参考。     

考虑剪胀效应的深埋硬岩隧洞岩爆过程的数值模拟

基于摩擦强度在粘聚力发生显著劣化后才起作用的本构模型(CWFS模型),将Russense岩爆判据引入数值模拟过程中,研究了不同剪胀角取值对隧洞围岩岩爆区及最大最小主应力差值在70~80MPa之间单元分布规律的影响,并将计算结果与采用Mohr-Coulomb应变软化本构模型的结果进行了对比分析。结果表明:采用基于Russense岩爆判据的CWFS本构模型模拟出了隧洞围岩发生脆性破坏形成的V型破坏区,且破坏区内的单元均发生了严重岩爆;随着剪胀角的增加,岩爆区的面积显著增大,发生岩爆的单元数明显增多;围岩最大最小主应力差值在70~80 MPa之间的单元在围岩内部均形成了邻近V型岩爆区外轮廓线的V型区域,而采用Mohr-Coulomb应变软化本构模型则没有计算出围岩中的剪切破坏区,仅计算出了拉破坏区,围岩最大最小主应力差值在70~80MPa之间的单元没有形成V型区域。     

非饱和土柱形孔扩张的统一弹塑性解

为了研究非饱和土扩张引起的土体力学响应,对现有非饱和土孔扩张解答进行优化,基于非饱和土统一强度理论和孔扩张理论,合理考虑中间主应力效应和基质吸力的影响,建立了非饱和土柱形孔扩张的统一弹塑性解,并对其进行了可比性分析、与现有解的对比验证和参数分析,得出中间主应力、基质吸力及扩孔效应的影响规律。研究结果表明:由于基质吸力的存在,非饱和土极限扩孔压力较饱和土更高;不考虑中间主应力影响的Mohr-Coulomb解答过于保守,极限扩孔压力偏小;整个扩孔过程中,扩孔压力随着扩孔半径的增大而增大,增长速率逐渐减缓,最后趋近于定值,达到极限扩孔压力。由于考虑了中间主应力效应、非饱和特性等工程实际情况,研究成果可为桩基扩孔等工程设计提供有益的参考。     

同心层状土体柱孔扩张弹塑性解

考虑到目前多在均质土中应用圆孔扩张理论,提出同心层状土体中柱形孔扩张的弹塑性解析解。该解答基于统一强度理论和非相关联流动准则,采用应力跌落模型模拟岩土材料的软化特性并引入对数应变考虑土体大变形效应。通过对比不同弹性模量组合、软化程度、土层界面半径以及统一强度理论参数,分析扩张压力和柱形孔扩张引起的应力场的影响规律。结果表明：同心层状土体的弹性模量组合对扩张压力影响显著,对于内层弹性模量较大的组合,极限扩张压力比峰值扩张压力小;相同扩张压力作用下,土体软化程度越高扩张率越大;土层界面半径存在需要考虑两种土体相互作用的临界值;统一强度理论参数对扩张压力有一定影响,极限扩张压力随统一强度理论参数的增大而增大。     

基于统一强度理论的管桩挤土效应分析

基于统一强度理论和圆孔扩张理论对管桩的挤土效应进行分析,考虑了中间主应力的影响,并得出了相应的桩周土体弹塑性阶段的应力场和位移场等的解析表达式.通过算例分析,探讨了中间主应力对管桩挤土效应的影响程度.结果表明:与Mohr-Coulomb强度理论结果对比,中间主应力对计算结果有显著影响,随着中间主应力参数b的增大,塑性区半径明显减小,孔内最终压力则明显增大,在相同半径处,孔内的径向压力也增大.强度理论中的参数b对塑性区半径、径向位移及应力分布等均有影响.     

土体中间主应力确定及其对临界值影响

分析比较平面应变状态下中间主应力的各种形式,根据侧限压缩试验的特殊应力应变条件,推导了一个 与土性参数有关的中间主应力表达式. 该表达式可简单地通过三轴压缩试验所得的参数来确定,同时还可以简 单反映土体应力历史对土体强度的影响. 将该表达式与SMP 准则和Lade 准则结合,建立了平面应变状态下土 性参数与三轴压缩状态土性参数的关系,通过试验数据的分析比较看出,所得的中间主应力能更好地反映土体 的实际性状,对于SMP 准则和Lade 准则均有很好的适用性.     

基于全量理论的洞室围岩抗力系数计算

视衬砌在内压力作用下与围岩共同承载联合工作,采用全量理论将岩体单轴应变非线性软化本构模型推广,得到复杂应力状态下岩体等效应力和等效应变关系,将围岩划分为松动区、塑性区、弹性区,对衬砌压力隧洞在等压荷载作用下进行弹塑性分析。在推导出围岩松动区、塑性区、衬砌内任一点的应力和位移解析计算公式基础上,得出了不同工况下围岩抗力系数计算公式,该围岩抗力系数计算公式不仅考虑了中间主应力的影响,而且与已有的围岩抗力系数计算公式相通。     

考虑应变软化的单桩桩周土固结解

基于一维固结理论,假定桩壁为不透水边界,引入了考虑应变软化和桩径大小影响的超静孔隙水压力的解析解作为初始条件,并考虑了弹性区超静孔隙水压力对桩周土固结的影响,采用数学物理方法推导出桩周土的固结解。理论计算值和现场孔压监测成果吻合较好,表明该解析解对预测沉桩后桩周土中孔压消散过程具有一定实用价值。     

软土的真三轴试验研究

对上海淤泥质软土进行真三轴试验，研究土在三维应力状态下的应力和应变的变化规律，试验结果表明：固结压力和中主应力对土的性质有很大影响，特别是中主应力对土的影响大。在试验基础上，建立了考虑中主应力影响的非线性模型。     

主应力方向角对重塑黄土各向异性的影响研究

为探究主应力轴循环后不同主应力方向角对青海重塑黄土各向异性的影响,对取自青海西宁地区的黄土进行了主应力循环后的定向剪切试验。试验结果表明:主应力方向角对重塑黄土各向异性具有显著影响,不同主应力方向角下重塑黄土的八面体剪应力-应变曲线和偏应力-主应变曲线均表现出很大差异,且不同主应力方向角下土体归一化强度不同;当主应力方向角超过60°时,土样剪切破坏的八面体剪应变变小;土体大主应变曲线的发展趋势与八面体剪应变相似,主应力方向角不超过75°土体中主应变不断向正向发展,主应力方向角为90°时,中主应变有着不同变化趋势,不断向负向发展,土体小主应变的总体变化趋势为负向;重塑黄土归一化强度随主应力方向角增大呈非线性降低,且主应力方向角为90°时土体归一化强度最小。