动态空心圆柱扭剪仪模拟椭圆应力路径能力分析

为论证动态空心圆柱扭剪仪实现椭圆形应力路径的可行性,推导典型荷载加载曲线,通过试验与数值结合的方法予以分析。结果表明：双向加载时,保持内外围压恒定且相等,可实现椭圆应力路径;保持内围压恒定,三向变载时,可实现保持中主应力系数恒定或平均主应力恒定的椭圆应力路径加载;四向变载时,可实现对中主应力系数、平均主应力的同时控制。空心圆柱扭剪仪可以很好地实现椭圆形应力路径,且可以对主要应力参数进行控制。试样变形将引起实际应力误差,导致应力路径偏移,因此加载前应对试样刚度合理估计以提高加载质量。     

砂土非共轴特性的本构模拟

传统的本构理论隐含了应力和塑性应变率的共轴条件,无法客观描述主应力轴旋转试验中的非共轴现象。因此,在已有的本构模型中引入非共轴塑性流动理论来描述这种非共轴现象,并对形状函数进行了修正。通过对真三轴试验、单剪试验和空心圆柱试验进行数值模拟,表明修正后的形状函数能够更好地描述砂土在真三维状态下的变形特性,更重要的是非共轴理论的引入使得模型能够合理预测主应力轴旋转过程中主应力和主应变率的方向变化规律。     

砂土的非共轴临界状态本构模型与数值模拟

传统的砂土本构理论不适用于密度和围压变化较大的情况,并且由于隐含了应力和塑性应变率的共轴条件,无法客观描述主应力轴旋转试验中的非共轴现象。本文基于材料状态相关砂土临界状态概念,将Pietruszczak和Stolle(1987)所提出的砂土本构模型进行了改进,并在模型中引入非共轴塑性流动理论来研究砂土的非共轴变性特性。通过对常规三轴试验和空心圆柱试验的数值模拟,表明模型不但能够合理反映初始密实度及有效围压对材料变形特征的影响,还能有效预测主应力轴旋转过程中主应力和主应变率的方向变化规律。     

基于模型试验的柔性桩轴力分布函数修正

桩基计算中的弹性理论法、荷载传递分析法和剪切变形传递法都是从单桩分析开始,然后基于一定的假设或重复使用应用于群桩,由此可见对单桩进行研究的必要性。本文采用室内模型试验的方法,利用自行加工设计的模型箱,对柔性桩的轴力和桩侧摩阻力等特性进行了研究。结果表明:长径比L/D对桩身荷载传递影响很大;在此基础上通过引入桩端土与桩侧土刚度比,对现有的轴力分布函数进行了修正,并利用修正后的分布函数对模型桩的轴力进行了计算。计算结果与试验结果较为一致,表明修正后的轴力分布函数能够更为准确地反映出单桩的轴力变化规律。     

纯主应力轴旋转条件下粉细砂的变形特性研究

采用空心圆柱扭剪仪对汶河粉细砂进行了一系列不同中主应力系数和初始剪应力的纯主应力轴旋转试验,研究了主应力轴沿同一方向纯旋转条件下粉细砂的变形特性。研究表明,主应力轴的旋转会使粉细砂产生一定的塑性变形,且变形的发展受中主应力系数和初始剪应力的影响;纯主应力轴旋转条件下砂土的非共轴变形特性较为明显,且非共轴角的峰值点出现在大主应力方向角为0°和90°的两个位置处;同时,中主应力系数对非共轴角的变化有着较为明显的影响,非共轴角会随中主应力系数的增大而减小。     

粉细砂的三维弹塑性本构模型与试验验证

合理的砂土本构模型不仅要能够描述砂土的剪胀性和应变软化,同时还要能反映土体三维应力空间的真实特性,因此不能只建立在代表轴对称状态的常规三轴试验基础上.在室内真三轴试验的基础上,对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进,可以更准确地反映砂土三维应力状态下的变形和强度特性.同时考虑应力水平相关剪胀性与应变软化...     

考虑主应力偏转影响的基坑开挖应力路径

针对目前基坑开挖应力路径研究中缺乏对主应力偏转影响的考虑,引入主应力方向角的概念并推导了其计算方法,建立了p-q-α三维应力状态体系。以黏土超深基坑开挖工程为算例,采用有限元软件ABAQUS模拟基坑开挖全过程,对基坑不同区域关键位置点在开挖卸荷过程中的三维应力路径进行了研究。结果表明,坑底土体平均压应力p减小,广义剪应力q先减小后增大,主应力方向角α偏转幅度较大;坑侧土体主应力方向角α有明显偏转,但应力路径的发展与支撑的设置密切相关,基坑坡顶土体则几乎不发生主应力轴偏转。     

主应力旋转条件下粉细砂的非比例加载变形特性

对粉细砂进行一系列空心圆柱扭剪试验,研究土体在经历含主应力轴偏转的非比例加载路径时的变形特性,重点分析偏应力水平、中主应力系数对土体变形产生的影响。试验中发现弹性剪应变在总剪应变中所占比例较大。在此基础上重新定义了非共轴角,并对饱和粉细砂的变形特性及其影响因素进行研究。结果表明,纯主应力旋转过程中,不同偏应力比、中主应力系数的土体,广义剪应变的整体发展规律相似,偏应力比与中主应力系数对加载末期的土体应变硬化产生较大影响;偏应力比与广义剪应力相同时,中主应力系数的差异使得土体的各向异性在变形响应中得以体现,从而表现出广义剪应变的差异;主应力旋转将使粉细砂产生明显的塑性变形,相较于中主应力系数,偏应力比对于砂土非共轴变形特性的影响更大。     

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。     

主应力轴往复循环旋转下砂土的变形特性研究

针对波浪、交通等动荷载下土体所受应力状态往往具有主应力轴循环旋转这一特性,本文对粉细砂进行了一系列主应力轴往复循环旋转应力路径下的空心圆柱扭剪试验,分析了粉细砂在主应力轴往复循环旋转条件下的基本变形规律,并重点研究了粉细砂的非共轴变形特性。通过试验发现,在主应力轴往复循环旋转的应力路径下,粉细砂会产生明显且随旋转次数增加逐渐累积的塑性变形;中主应力系数和循环起始角度对粉细砂轴向应变、剪切应变及体应变等的变化有着明显影响;主应力轴往复循环旋转过程中砂土的非共轴角不可忽略,其变化规律受循环起始角度的影响;主应力轴旋转方向相反时,对应于同一主应力方向角非共轴角会相差90°左右。