主应力轴旋转下原状软黏土的变形及强度特性

为研究主应力轴旋转情况下饱和软黏土的变形及强度特征,采用先进的空心圆柱扭剪仪(HCA)对软黏土进行了一系列不排水剪切试验。试验采用等压固结模式对软黏土空心薄壁试样进行固结,并在3种不同中主应力系数情况下,对试样进行不同主应力轴旋转角度下的不排水剪切试验;剪切过程中保持平均应力、中主应力系数及主应力轴旋转角度不变,只增加偏应力,研究不同中主应力系数情况下主应力轴旋转角度对软黏土应力应变特征以及强度特性的影响。研究结果表明:不同主应力轴旋转角度下天然软黏土的变形及强度特征存在明显的差异,在中主应力系数b=0.5的非轴对称加载情况下,不排水剪切强度随着主应力轴旋转角度的增大呈勺形变化;在b=0的轴对称压缩条件及b=1的轴对称拉伸条件下,随主应力轴旋转角度的增加,不排水剪切强度均呈递减趋势。     

应力旋转条件下软黏土非共轴角计算方法

基于空心圆柱扭剪仪对软黏土开展主应力纯旋转、往复旋转及旋转同时增加剪应力这3类典型应力旋转路径下的不排水试验,重点分析应力旋转引起的应变增量方向的变化规律及其影响因素。研究结果表明:3类应力旋转路径引起的应变增量方向与主应力方向之间存在显著的非共轴现象;随着主应力轴的连续旋转,非共轴角基本以90°为周期波动变化,当旋转方向反向时,应变增量方向也跟随突变,应力旋转同时增加剪应力,非共轴角有减小的趋势;剪应力水平、应力旋转方向及应力路径对非共轴角的变化规律影响较显著,中主应力系数对非共轴角的影响则很小。基于Gutierrze提出的应力映射方法建立的非共轴角计算方法能较好地模拟应力旋转路径下软黏土非共轴角的变化规律,并能反映剪应力水平、应力旋转方向及应力路径的影响。     

双向耦合剪切条件下砂土的变形特性

采用空心圆柱扭剪仪对粉细砂进行一系列偏应力幅值和大主应力角同步增大条件下的剪切排水实验,研究该双向耦合条件下饱和砂土的变形规律和非共轴特性,分析中主应力系数等因素对砂土变形特性的影响。结果表明:砂土在该椭圆应力路径条件下产生了一定的塑性变形,并表现出明显的非共轴特性;随着中主应力系数的增大,土体径向应变和体应变逐渐减小,而环向应变由压应变逐渐转变为拉应变;初始偏应力和偏应力增长幅度对土体变形也有明显的影响,随着这两者的增大,土体的剪应变明显增大,体应变也呈现出由体胀向体缩转化的趋势,非共轴角则呈现减小的趋势。     

TJ 1模拟月壤承载特性物理模型试验研究

借助现代土力学试验技术研究月壤工程特性,是解决月球上岩土工程问题的一个可行方法.室内载荷物理模型试验是研究土体承载特性的重要方法.本研究自行设计加工了一套可以实现加载速率控制的加载装置,采用试验材料为Tongji-1(简称TJ-1)模拟月壤,对4种不同尺寸的圆盘载荷板进行加载速率控制条件下的载荷模型试验,同时测定了基底土压力分布.试验结果表明:在相同载荷板条件下,TJ-1模拟月壤的地基极限承载力和变形模量随加载速率的增加而增加;在相同加载速率条件下,TJ-1模拟月壤的地基极限承载力和变形模量随载荷板尺寸增加而增加;加载时基底中心土压力最大.     

堆石体在真三轴应力状态下的非共轴性与剪胀特性

基于连续-离散耦合分析方法,发展随机颗粒不连续变形分析方法。采用不规则多面体模拟实际堆石颗粒,制备初始各向同性的堆石料数值试样,进行等平均静水压力p、等中主应力系数b应力路径的真三轴数值试验。分析堆石料在真三轴应力状态下的剪胀特性,以及应变增量与应力增量的非共轴性。研究结果表明:刚开始加载时,应变增量与应力增量共轴,随着加载的进行,应变增量的方向发生偏转,偏转量与中主应力系数b有关,在三轴压缩应力路径(b=0)和三轴拉伸应力路径(b=1)时,几乎不发生偏转;对比Rowe,Roscoe,改进的Roscoe以及Lagioia剪胀模型,改进的Roscoe剪胀模型预测的剪胀曲线与数值试验结果较吻合,在改进的Roscoe剪胀模型上引入1个角隅函数,以反映中主应力对剪胀特性的影响。     

考虑非共轴特性的吸力桶基础竖向荷载-变形特性研究

土体在剪切变形过程中会产生较为显著的主应力方向旋转,主应力方向与塑性主应变增量方向将呈现出显著的差异即非共轴现象.采用砂土非共轴弹塑性本构模型,以吸力式桶形基础为研究对象,研究土体主应力方向旋转和非共轴角度的变化规律,探讨非共轴特性对地基荷载-位移关系的影响.研究结果表明:在竖向荷载作用过程中,土体主应力方向处于单调旋转状态,吸力桶形基础高径比对土体主应力方向的旋转规律(方向、速率和极值)有显著影响.非共轴特性对荷载-位移关系的发展趋势有显著的减缓滞后作用,该作用在地基变形中期比较显著.随着高径比的增加,非共轴特性逐渐显著,该特性对地基竖向荷载-位移关系的影响逐渐明显.     

一种非共轴应变硬化本构模型数值应用及离心机试验验证

在土体的剪切变形过程中,当主应力方向产生旋转时,主应变增量方向与主应力方向之间存在显著的非共轴现象.同时,机动摩擦角、膨胀角随着累积塑性偏应变的增长而增加,土体具有应变硬化的特点.传统的弹塑性本构模型不能够反映上述现象对地基承载力特性的影响.为了能够对地基承载力问题进行合理的分析,建立了一种非共轴应变硬化模型,并将该模型运用到有限元计算中.通过与三轴试验和离心机模型试验结果进行对比,对该模型在数值应用中的合理性进行了验证.研究结果表明,该模型能够对不同围压下的应力-应变关系进行预测.对浅基础承载力问题进行研究时,非共轴应变硬化模型的计算结果比传统弹塑性本构模型更加接近于离心机试验结果,验证了该模型的数值应用合理性.     

定轴剪切实验中砂土的非共轴变形特性

针对目前主应力轴固定单调剪切情况下砂土是否存在非共轴性这一争议,以山东汶河粉细砂为研究对象,采用空心圆柱仪对砂土进行一系列不同大主应力方向角的定轴剪切排水实验,对饱和砂土的强度、应力应变以及非共轴变形特性进行研究。结果表明:大主应力方向角对于砂土的强度特性具有明显的影响,随着大主应力方向角的增大,强度呈现先减小后增大的规律,同时变形表现出明显的各向异性;更为重要的是,在不同大主应力方向角下进行主应力轴固定单调剪切时,主应力方向与主应变增量方向存在明显的非共轴角,这种非共轴现象不可忽略。     

基于广义位势理论的非共轴本构模型验证

基于广义位势理论提出的考虑拟弹性塑性变形的弹塑性模型,把塑性应变增量分解为满足弹性分解准则的拟弹性部分和符合传统塑性理论假设的纯塑性部分,这样得到的塑性应变增量方向不仅与应力状态有关,而且与应力增量相关,为解决土的非共轴性问题提供一种有效的方法。通过单剪试验结果及含主应力轴旋转的土体平面问题数值模拟对模型的合理性进行检验。研究结果表明:本文模型计算结果与试验结果吻合较好,且能够描述单剪试验过程中的非共轴现象;此外,与共轴模型数值模拟结果相比,本文模型能够考虑主应力轴旋转产生的土体塑性变形,计算结果更符合实际。     

竖向偏心荷载作用下吸力桶荷载-变形特性非共轴本构数值分析

在竖向偏心荷载作用下建立吸力式桶形基础数值分析模型,采用砂土非共轴弹塑性本构模型研究土体主应力方向旋转和非共轴角度的变化规律,探讨非共轴特性对吸力桶力学特性的影响.主要研究结论表明:在地基变形过程中,非共轴角度呈现先增大后减小的发展趋势.随着偏心距的增加,等效塑性应变在地基中的分布范围逐渐减小,非共轴特性也将减弱,非共轴特性对荷载-变形特性的影响逐渐减弱.对于桶壁端部阻力和桶壁外侧摩擦阻力,非共轴特性的影响随着偏心距的增加而减弱.对于桶体顶部阻力和桶壁内侧摩擦阻力,非共轴特性的影响随着偏心距的增加而逐渐显著.     

土的应力短时型非线性本构模型

提出了一种新的、适用于正常固结土在静荷作用下的应力矢量型非线性本构模型、该模型不仅能够同时考虑应力的大小和方向变化对变形的作用效应,而且能够很好地描述土的非线笥、硬化性、剪胀剪缩性、非共轴性以及变形与应力路径的相关性等多种主要变形特性。     

20CrMnTiH本构模型的建立及验证

以高温压缩实验为基础,分析了变形温度1 123~1 423 K、应变速率0.01~10 s-1条件下20CrMnTiH的流动应力行为,并引入Zener-Hollomon参数,根据蠕变理论回归确定变形激活能、硬化指数、材料相关常数,构建了材料的本构模型.以Z参数作为本构模型准确性的衡量标准,根据Arrhenius指数方程建立了峰值应力、峰值应变关于Z参数的表达式并求出估算值,代入基于应变软化的应力应变方程,采用整个应变区间上的非线性拟合求解待定参数.方程计算值与实验数据具有良好一致性,平均误差为6.84%,证明Z参数的精度较好,从而间接验证了该模型的准确性.
     

排水条件下饱和砂土单调剪切特性试验研究

应用大连理工大学研发的土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪,控制试验过程的平均主应力和中主应力系数保持恒定,改变主应力方向,针对相对密度为30%、60%的饱和福建标准砂,进行一系列排水单调剪切试验.主要探讨排水条件下主应力方向和相对密度对砂土应力-应变关系、有效内摩擦角及体变特性的影响.试验结果表明:主应力方向对饱和砂土的单调剪切特性具有显著影响;不同主应力方向对应的应力-应变关系所表现出的变化规律取决于水平面与竖直面上受到的剪应力作用,相变及峰值广义剪应力和有效内摩擦角与主应力方向角之间存在抛物线型关系.同时相对密度的影响也不容忽略;同中密砂相比,松砂的剪缩现象明显,其峰值抗剪强度降低.     

TJ-1模拟月壤颗粒几何特性

颗粒几何特性是颗粒材料的一个重要物理性质,是决定颗粒材料力学性质的一个重要因素.针对软着陆模型试验所用的TJ-1模拟月壤颗粒进行了体视显微镜扫描,获取数字图像后用图形处理软件对各粒径组的颗粒进行了几何特性各指标参数的量化统计,获得了模拟月壤颗粒在延伸度、圆度和凹凸度等的具体数值,为进一步研究TJ-1模拟月壤物理力学性质与颗粒几何特性的关系提供了相关试验数据.试验结果表明:TJ-1模拟月壤颗粒具有棱角、钩角、锯齿等不规则结构,表面相对凹凸,大粒径颗粒具有明显的蜂窝状气孔结构;颗粒形状各异,主要形状有长条状、类三角形和类四边形.最后对TJ-1模拟月壤颗粒和真实月壤颗粒在几何特性方面进行了对比分析.     

主应力轴旋转下饱和黏土动力特性的试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,对使用真空抽吸法制备的黏土试样,进行了耦合循环剪切试验.探讨了主应力轴连续旋转下,空心试样在微幅应变下的动力特性研究.试验结果表明:耦合试验得到的竖向分量动弹性模量和扭向分量动剪切模量的发展趋势与常规动力特性试验的动模量发展趋势基本一致:实测的竖向Emax比由扭向分量换算得到的Emax偏低,实测的扭向Gmax由竖向分量换算得到的Gmax偏高;竖向和扭转向阻尼比的结果比较接近.     

基于修正塑性功函数的砂土硬软化本构模型

基于与应力路径无关的修正塑性功函数,提出了一个新的可以考虑砂土变形强度应力路径效应的弹塑性硬化-软化本构模型.模型所采用的与应力路径不相关的修正塑性硬化函数是基于砂土多应力路径平面应变压缩试验结果、经过数学拟合而得到的.文中建议的本构模型属于等向硬化-软化、考虑非关联流动的弹塑性模型.有限元计算结果与室内试验结果比较表明,该模型不仅可以较好地模拟砂土变形强度的应力路径效应,同时也可以模拟砂土变形强度的应力水平依存性、强度的固有结构性各向异性、初始空隙比依存性,以及砂土伴随剪切破坏的软化效应.     

铁路路基粗粒土填料累积变形试验研究

为了研究粗粒土路基在长期循环荷载作用下的累积变形规律,开展了一系列动三轴试验,分析了不同动应力比、围压及压实度对粗粒土累积变形的影响。研究结果表明:循环次数为1 000次时的累积应变大约为总累积应变的75%,累积应变随着动应力比的增大而增大;当动应力比相同时,围压越大,累积应变越大;粗粒土累积应变随压实度的增大而减小,说明提高压实度能够有效抑制累积应变发展。基于试验结果,提出了能够反映动应力比、围压及压实度影响的粗粒土累积应变预测模型,与试验结果对比有较好的一致性,研究结果可铁路路基变形的预测提供参考依据。     

SS400钢低温区流变应力的预测

采用单道次压缩试验，研究了变形温度和变形速率对SS400钢热变形行为的影响．在此基础上确定了SS400钢Z-Hollomen参数方程，并建立了计算流变应力的模型．通过此模型计算了试验钢的流变应力，确定了动态软化过程激活能为290kJ／mol．结果表明预测结果与实测值吻合良好．     

筋箍碎石桩复合地基桩土应力比的计算与分析

针对筋箍碎石桩复合地基的受力变形特点,考虑桩-土的初始应力状态,假定桩为具有恒定剪胀角的弹塑性体,且满足摩尔库伦屈服准则与非关联流动法则,土体和加筋体为线弹性材料,考虑桩-筋材-土三者间相互作用,导得了筋箍碎石桩复合地基桩土应力比计算新公式.为验证本文计算公式的可行性,将本文方法计算结果与弹塑性极限分析方法结果进行对比分析,两者吻合良好.在此基础上,分析探讨了筋材刚度、桩周土变形模量、面积置换率等因素对筋箍碎石桩复合地基桩土应力比的影响.分析结果表明:筋材刚度是桩土应力比的主要影响因素,桩土应力比随筋材刚度、面积置换率、桩体内摩擦角的增大而增大,随着桩周土变形模量和桩体剪胀角的增大而减小.