基于伊留辛公设的Q_2原状黄土弹塑性本构模型

为了较好地模拟非饱和Q2原状黄土的剪胀性和软化性,进行了一系列非饱和Q2原状黄土室内试验,获得非饱和Q2原状黄土的物理及力学参数。结合应变空间的塑性力学理论,推导出Q2原状黄土的屈服函数和以塑性功为硬化参数的硬化规律。根据伊留辛公设和相关联流动法则,建立了应变空间的Q2原状黄土弹塑性本构模型。通过计算与试验实测值的比较,表明该本构模型能反映Q2原状黄土的剪胀性和软化性。     

基坑数值分析中HSS模型参数试验及应用

小应变土体硬化(Hardening Soil Model with Small-strain Stiffness)模型作为一种能够考虑土体小应变阶段非线性特性的高级本构模型,在基坑数值分析中有着特有的优势。通过开展系列三轴试验、标准固结试验及共振柱试验,获得了常州地区典型土体的HSS模型相关参数,建立了模量参数之间的比例关系,并与现有研究成果进行了对比分析。最后借助大型岩土工程有限元分析软件Plaxis 3D,以实际工程为背景进行分析,通过比对模拟结果与监测数值,验证了试验获得模型参数方法的适用性及参数的可靠性。相关成果可为该地区及其他地区的基坑工程分析提供参考。     

基于胶结破损机理的非饱和结构性黄土本构模型

非饱和结构性黄土本构模型需同时考虑非饱和性和结构性,为简化建模过程,基于实用化宏微观土力学研究思路,以岩土破损力学及临界状态土力学为框架,建立了非饱和结构性黄土的本构模型.通过三维离散元法开展不同含水量结构性黄土数值试验,基于离散元和前人试验结果建议采用幂函数描述吸应力和初始饱和度的关系,从而建立非饱和黄土有效应力公式,进而将临界状态线、扩展椭圆屈服面和临界Lade-Duncan强度准则推广到非饱和土体,以考虑黄土的非饱和性.通过定义与重塑黄土屈服面形状相似的结构性黄土屈服面反映结构性的影响,鉴于室内试验无法直接获取土体胶结破损演化规律,基于离散元分析结果和胶结颗粒材料力学理论,得到具有微观机制的胶结破损规律,该演化规律建立在等效塑性应变上,可以很好地反映结构损伤过程;通过将其引入到硬化规律考虑黄土的结构性演化,从而建立了非饱和结构性黄土本构模型.将该模型应用于Q3天然非饱和结构性黄土三轴试验及人工制备结构性黄土侧限压缩试验和三轴试验模拟,初步验证了该模型的合理性及适用性.     

小型预制混凝土管桩基础抗拔承载特性数值模拟

采用HS硬化土土体本构模型,通过PLAXIS 3D有限元软件,针对浙江省软土地区试验工况,建立单桩、群桩的数值计算模型,研究不同布桩参数和不同水平载荷的作用对其抗拔承载力的影响,最后结合工程实例验证了硬化土本构模型的优越性及参数选取方法的有效性.结果表明:硬化土本构模型及参数取值方法在小型桩承载特性分析方面更加全面和准确;小型桩群桩基础存在最优桩距,合理桩间距为5d左右;水平载荷在桩正常工作载荷条件下对其上拔承载力影响较小,但在加载后期会使抗拔承载能力有所降低.数值模拟所得相关结论对小型预制混凝土管桩基础的设计具有一定指导意义.     

上海临港砂质粉土硬化土小应变模型参数研究

硬化土小应变模型(HSS模型)考虑了土体在小应变区域内刚度随应变的非线性变化,是土工数值分析中应用较为广泛的软土本构模型之一。上海地区软土的特性研究已取得了较为丰富的成果,但关于浅层砂质粉土的研究还不够全面。通过三轴固结排水剪切试验,三轴固结加卸载试验,固结试验以及共振柱试验,获得上海临港地区浅层砂质粉土的硬化土小应变本构模型的试验参数,包括土体的初始剪切模量、土体强度参数和加卸载模量等。将试验结果与已有文献的相关数据进行对比分析,试验结果可为上海地区浅层砂质粉土的深基坑工程数值分析提供参考数据,具有工程参考价值。     

两种常用本构模型在基坑开挖数值模拟中的适用性

针对基坑分析中难以选择土体宏观本构模型的现状,通过数值模拟研究2种常用本构模型对基坑开挖问题的适用性。首先,基于双轴压缩试验,求解与离散元试样在力学特性上相匹配的M-C和D-P模型参数;其次,进行基坑开挖模拟,以离散元的应力、应变路径分析结果为参考,讨论2种本构模型在基坑分析中的特点及适用性。结果表明:M-C和D-P本构模型能够较好地反映开挖过程中土体的复杂应力发展,难以表征土体的变形发展;2种模型的基坑开挖分析结果相差不大。     

直剪试验中接触面渐进破坏的数值模拟

岩土工程中不同材料间的接触面力学性质是热点研究课题之一.为了研究不同接触面本构模型适用性,对室内接触面直剪试验进行有限元数值模拟,并采用刚塑性模型对接触面破坏过程进行了分析.数值模拟结果表明,计算与试验结果基本一致,不同本构模型计算结果相差不大;直剪试验剪切过程中,接触面上应力应变分布不均匀,导致接触面单元渐近破坏,使得接触面应力-相对位移关系呈非线性;刚塑性模型可以合理描述接触面本构关系,其模型参数较少且容易确定,可用于工程计算.     

黄土非线性弹性本构模型

文章采取陕西泾阳第5层黄土(Q_2,L_5)样,分别做了不同含水率的原状和重塑土的三轴固结排水剪切试验和k_0固结试验,得到有效强度参数及变形参数与含水率的关系,利用邓肯-张模型对试验数据进行拟合,得出切线变形模量和切线泊松比与含水率的关系,获得原状和重塑黄土非线性弹性本构模型中的相关参数。     

初始温度条件下全尾胶结膏体损伤本构模型

膏体充填料到达采场初始温度不同是矿山存在的普遍现象,不同初始温度条件下膏体力学特性及应力-应变关系直接影响到矿山采充周期及相邻采场开采时贫化指标.通过对初始温度为2、20、35和50℃的硬化膏体进行单轴抗压强度试验,获得不同初始温度下充填体应力-应变演化曲线.根据理论推导和试验结果,建立了不同初始温度下膏体损伤本构模型,通过本构模型参数回归,提出膏体温度-时间耦合损伤本构模型.最后,采用Comsol数值模拟软件,将温度-时间耦合损伤本构模型嵌入solid mechanics模块,对单轴抗压试验进行数值模拟,模拟应力-应变曲线与试验结果较为吻合,验证了所提出本构模型的可靠性.     

土体热力学模型的改进及三轴试验有限元分析

基于土体本构模拟的热力学方法,分析了Collins土体热力学本构模型,针对其硬化定律的不足,引入统一硬化参量进行改进,将其扩展为能反映砂土和黏土变形特性的统一热力学模型.运用建立三维临界状态模型的方法将改进模型三维化,并针对常规三轴实验试样的轴对称变形特点,编制了改进前、后的土体热力学模型的有限元程序.对上海粉细砂常规三轴实验的有限元模拟分析表明模拟与试验变形一致,初步验证了模型的合理性和有效性.     

结构性黄土的修正Duncan-Chang模型

为了实现原状湿陷性黄土结构性与其本构模型研究的统一,解决软化型应力-应变曲线的切线刚度矩阵正定性问题,通过研究原状结构性黄土在不同含水率和固结围压条件下由增湿、固结作用和剪切变形引起的结构性损伤规律,建立可以反映结构性变化的修正非线性Duncan-Chang模型.该模型考虑了增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,把含水率作为一个重要的变量,用一族具有相同初始切线模量和不同极限强度的双曲线来求取当前应变状态处的切线模量,能够统一描述结构性黄土的应变软化和硬化型应力-应变关系曲线,形成解决原状湿陷性黄土增湿和应力耦合条件下变形及强度计算问题的新方法.     

结构性Q2,Q3黄土的力学特性对比研究

通过时Q2和Q3黄土的单轴压缩和常规三轴试验研究，对两种黄土单轴压缩曲线和CU剪切的应力应变曲线特征进行分析比较，探讨了两种黄土应力应变本构模型。研究表明：强软化型Q2黄土应力应变关系，可采用强软化型模型进行描述，并对其模型参数进行了分析；弱软化-硬化型Q3黄土应力应变关系可用两参数的指数模型描述，也可用强软化性模型描述。     

三轴试验确定邓肯-张模型参数及其在 FLAC3D中的应用

目前在工程中广泛采用邓肯-张双曲线模型进行土体的应力和应变分析。邓肯-张E-B模型共有8个参数,并且其各项参数易于从常规三轴试验求得。通过三轴试验确定试验土的各项参数,运用FLAC3D实现该三轴试验数值模拟与试验结果对比验证,并应用于实际工程的数值模拟中。路基竖向位移计算值和监测值的对比验证了邓肯-张E-B本构模型在有限差分程序中的准确性和适用性。     

考虑小应变下刚度衰减特征的软土本构模型

针对上海软土统一本构模型不能模拟小应变情况下土体剪切模量的衰减特征问题,结合小应变下经典刚度理论对小应变范围内的上海软土统一本构模型进行改进,以使软土本构模型能够模拟土体在小应变下的刚度变化规律,并将模拟结果与上海浅层软土在小应变下的三轴剪切试验结果进行对比,以验证改进的软土本构模型的合理性.结果表明,改进的软土本构模型能够模拟小应变情况下土体较高的初始切变模量及其非线性衰减特征,并能够较好地表征自然黏土体的结构和超固结特性.     

基于Weibull分布的石砌体单轴受压损伤本构模型

石砌体的本构模型是石砌体力学计算和有限元数值模拟的重要基础和前提条件。为了深入研究石砌体单轴受压下的本构关系,基于损伤力学理论,应用双参数Weibull分布函数反映损伤变量,根据石砌体单轴受压应力-应变全过程曲线的特征条件确定其参数,推导并建立了石砌体单轴受压损伤本构模型,将已有试验数据验证本构模型的正确性,并将本构模型与典型的砌体本构模型进行对比分析,最后应用本构模型对已有石砌体拱桥试验进行有限元分析以验证本构模型的适用性。结果表明：所建模型与已有石砌体单轴受压试验结果吻合良好;所建模型验证了石砌体损伤演化的一般规律,符合典型的砌体本构模型的一般趋势;所建模型可应用于石砌体结构有限元分析计算,适用性良好。     

基于GDS动三轴试验的西宁地区原状黄土微观结构研究

为了研究西宁原状黄土的动强度特性及受动荷载作用前后黄土微观结构的变化机理,文中利用GDS动三轴试验系统、扫描电子显微镜(SEM)和颗粒及裂隙图像识别分析系统(PCAS),结合原状黄土的动三轴试验结果和微观结构的定性、定量分析,结果表明:(1)西宁黄土随着深度和围压的增加其破坏动应力也在逐渐增大,受振动荷载前后黄土微观结构的变化主要体现在颗粒间的不同接触方式,接触方式的改变使得颗粒间由微胶结状态转化为试验后的镶嵌胶结状态;(2)西宁原状黄土随着围压、深度逐渐增大,土体孔隙的排列方式、形态、面积以及颗粒的分布变化方式均在朝着使土体颗粒密集、强度增加的趋势发展,土体强度越大则所需的破坏动应力也越大。通过对西宁地区原状黄土微观结构的研究,可以为本地区工程建筑抗震分析研究提供试验基础和理论依据。     

基于修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法及其验证

提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替扩展Masing法则中的"上大圈"准则,并通过南京细砂原状土样的共振柱试验,提出了考虑初始有效围压对初始剪切模量和参考剪应变的修正公式.利用ABAQUS显式开发模块,实现了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法.对饱和南京细砂进行排水循环三轴试验,给出了南京细砂的Byrne孔压增量模型参数;对饱和南京细砂进行了不排水循环三轴试验和三维数值仿真的比较研究,发现该子程序能够较好地模拟南京细砂的振动孔压发展过程,合理地反映土体的液化特性,从而验证了本文提出的有效应力算法的合理性.     

原状黄土的剪应变速率效应及数值模拟

为探究不同剪应变速率下非饱和原状黄土的变形性状与强度特性,利用南京土壤仪器SLB-1型三轴剪切渗透试验仪器,通过不同围压、不同剪应变速率条件下的室内三轴UU试验,对非饱和原状黄土在不同初始应力状态的剪应变速率效应进行分析,并结合PLAXIS 3D数值模拟研究,以期为数值模拟室内试验提供参考从而节约时间和成本。研究结果表明:非饱和原状黄土偏应力随应变的增加前期迅速增加,随后增加缓慢,呈现出应变硬化型,硬化程度随着围压的增大而增大,模拟结果的硬化程度小于试验结果的硬化程度。在试验范围内,原状黄土偏应力-应变曲线随着剪应变速率的增加不断上移,破坏强度随剪应变速率的增加而增大,模拟结果中剪应变速率对破坏强度的影响范围小于试验结果。     

粘弹性广义Kelvin模型的FLAC~(3D)二次开发

针对不同力学特性的岩土体材料,基于现有的商业数值分析软件进行本构模型的二次开发,可以更为科学地模拟工程实际问题。根据FLAC3D提供的程序接口,以广义Kelvin模型为例,探讨了粘弹性模型开发的基本原理,同时给出了程序代码编写中的几个关键函数,并通过圆柱体的压缩试验对自定义本构模型进行验证。结果表明,试验曲线与广义Kelvin模型模拟曲线相吻合,验证了文中采用的开发思路是正确的,可为其他本构模型的开发提供参考。     

沥青混合料单轴压缩试验的离散元仿真

沥青混合料是一种具有非连续性特征的道路材料,而当前的道路设计理论却将其处理成连续均质体系,这使得材料的细观力学性质得不到应有的考虑。为突破常规数值方法基于连续性的理想假设,进行了某级配的沥青混合料单轴压缩试验的离散元模拟,并将模拟试验与室内试验进行了比较。结果表明,离散单元数值方法能够通过改变计算模型中颗粒单元的性质给出与实际试验相符的本构行为。此外,还针对离散元仿真试件的细观力学特征对沥青混合料本构行为的影响进行了初步的参数研究,并揭示了一些规律,这对于离散元方法今后在道路材料和结构工程中的实际应用提供了有益的指导。