土体动本构模型研究评述

回顾和总结了国内外关于土体动本构模型研究与应用的现状 ,着重对复杂荷载下动力弹塑性模型进行了较详细的介绍 ,并对各种模型的优缺点进行了比较和讨论 ,最后提出了土体动本构模型未来发展的一些方向和有待进一步研究的苦干问题 .     

边界面及多重剪切机构模型研究现状

简述了目前国内外土体动力本构模型研究的现状和进展，着重对复杂荷载下的动力弹塑性模型中的边界面模型和多重剪切机构塑性模型研究作了较详细的介绍，并对各种模型的优缺点进行了比较和评述.     

中国土体动力学研究进展概述

近年来,动力荷载引起的新工程问题,推动着土动力学进一步发展和完善。回顾在土体动力学领域所取得的研究成果,从土体动力特性及测试技术、土体的液化、土体动力本构模型和土-结构的动力相互作用几个方面,对学者们所展开的研究做了简要综述,并对今后的研究方向进行阐述。     

土体本构模型评述

从理论上和实际应用上评述了土体本构模型中的弹性本构模型、弹塑性本构模型及流变本构模型的建立、应用范围和局限性,认为：目前的土体本构模型,便于计算的,过于简化而不实用,而符合实际的,参数较难测定且复杂,难于推广;当前,还没有一种能全面、正确地表述任何加载条件下的各类土体本构特征的本构模型,有必要进一步发展准确实用的土体本构理论。     

基于Hardin骨架曲线的粗粒土非线性动本构模型

为研究高速铁路路基粗粒土填料在列车荷载作用下的动力特性,使用大型动三轴实验仪对粗粒土填料开展了动力变形特性试验研究。以Hardin-Drnevich骨架曲线为基础,采用Masing准则构造了粗粒土加载、卸载的动应力动应变关系滞回曲线;推导了粗粒土的Hardin-Drnevich骨架曲线和加载、卸载滞回曲线上增量剪切模量表达式。利用ABAQUS软件的UMAT子程序编制了基于Hardin-Drnevich骨架曲线和广义Masing准则的粗粒土非线性动本构模型子程序。通过与三轴试验结果比较,验证所建立粗粒土非线性动本构模型的正确性。将该本构模型应用到高速铁路路基动力响应分析中,模拟结果与模型试验数据吻合较好。相对于摩尔库伦本构模型,该本构模型能够更好地反映铁路路基动力响应特性。     

西宁地区原状黄土三轴试验及数值模拟

在数值模拟中合理选取土的本构关系与模型参数,对模拟的合理性和可靠性十分重要。为研究西宁地区LNG储存罐基础原状黄土数值模拟中本构关系与模型参数选取的合理性,采用三轴试验与数值模拟相结合的方法,分别对Mohr-Coulomb、土体硬化及修正剑桥模型3种本构模型进行分析研究。结果表明:西宁地区原状黄土采用土体硬化双曲线本构模型与试验结果吻合程度较高,其模量随应变增大而减小的特征与原状黄土实际力学特征相似,土体硬化本构模型更加符合土体的实际力学特性。     

不同固结程度海洋软土动弹性模量试验研究

为研究固结程度对软土的动弹性模量的影响,对珠江海洋软土进行室内动三轴试验,并对试验结果进行拟合分析。试验结果表明:土体剪应变随着剪应力的增大而增大,随着频率和超固结比的增大而减小;采用Hardin双曲线模型对动剪应变-动剪应力曲线进行拟合,拟合度较高;动弹性模量随着频率和超固结比的增大而增大;通过对1/E_d-动应变幅值关系曲线进行分析,得出1/E_d关于频率和超固结比的动本构关系。     

上部结构与地基基础共同作用下的土的本构模型综述

土的本构模型即表示土体在受力状态下的应力应变关系。自20世纪初以来,国内外学者对上部结构与地基基础共同作用下的土的本构模型进行了大量的研究,整理这些本构模型对工程实践及以后的研究有着重要的意义。文章基于以前的上部结构与地基基础共同作用下的土的本构模型的研究,简述了土的本构模型的发展,列出了几种应用广泛的土的本构模型。最后对土的本构模型的发展趋势作了展望。     

沉桩挤土作用的有限元分析

进行了沉桩挤土效应的有限元计算，考虑到桩周土体由于桩桩贯入引起的挤土效应，选和了修正剑桥模型作为土体本构模型，通过相应的试验，拟合出挤土作用对土作用土体初始弹性模量影响的计算公式，确定了土体本构模型和其他相关的计算分析参数，对2个试验进行了分析计算，结果表明，考虑土体的塑性性质和桩体贯入过程的挤土效应对分析桩周土体的应力和变形是必要的。     

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。     

粉土动态回弹模量试验研究

利用动三轴试验,研究粉土动态回弹模量的影响因素及其规律,分析动态回弹模量对偏应力、侧应力和体应力的依赖关系,在回弹模量本构预估模型的基础上,采用偏应力和体应力为变量的动态回弹模量本构模型对试验数据进行回归分析.结果表明:动态回弹模量随围压和压实度的提高而增大,随循环偏应力和含水量的增大而减小.所选模型具有较高的决定系数,证明所选模型具有较高的合理性与可靠性,同时获得了不同含水量和压实度下粉土的动态回弹模量预估模型,可为基于动力学的路面结构设计提供参数.     

粗粒料颗粒破碎特性研究述评

从颗粒破碎的度量指标、影响因素、对土体强度特性的影响和本构模型4方面对粗粒料在高应力条件下的颗粒破碎特性研究进展进行评述,并就其中存在的问题进行探讨,指出今后的研究方向:分形理论在颗粒破碎度量中的应用;初始应力状态对颗粒破碎率的影响;土体结构性对颗粒破碎的影响;土体尺寸效应对颗粒破碎的影响;考虑微观力学机理的颗粒破碎本构模型。     

干湿循环下水泥-磷石膏稳定红黏土的动力特性研究

为了解决贵州省内磷石膏大量堆积问题,考虑将磷石膏用于公路建设中,基于路基在运营过程中会受干湿循环及车辆荷载的影响,探究了干湿循环下水泥磷石膏稳定土动力特性。通过动三轴试验,以水泥质量分数为5%,SCA-2型固化剂质量分数为5%,磷石膏∶黏土=1∶1的质量比为配比,分析了干湿循环下磷石膏稳定红黏土在不同围压、频率及干湿循环次数下的动力特性。结果表明：分析Hardin-Drnevich模型和Monismith模型的缺陷,建立了新的经验动本构模型,混合料动应力-动应变和动切变模量-动应变可以用本文提出的本构模型来拟合;混合料动应力与围压、频率成正相关,随着土体经历干湿循环次数增加,动应力逐渐减小。动切变模量随着围压、频率的增加而增大,随干湿循环次数的增加而降低;影响混合料最大动切变模量的因素显著性由强到弱的顺序为干湿循环次数、围压、频率。混合料动态长期回弹模量满足《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)交通荷载等级为中等、轻、重的要求和《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2011)轻交通荷载等级的要求。     

黄泛区粉土动力特性及动本构模型适用性研究

黄泛区土质以粉土为主,对比黄泛区不同区域粉土动力特性差异,研究其动剪切模量和阻尼比的变化规律,探寻适合黄泛区粉土的动本构模型,可以为建筑基础、机器基础和土石坝的动力分析提供必要的依据.对开封、新乡和中牟三个区域粉土的动三轴实验,测得不同荷载下动剪应力、动剪应变以及应力-应变滞回曲线,并计算出动剪切模量及阻尼比.分析了三个区域粉土动力特性的差异,得出了固结围压、制样含水率对动剪切模量、阻尼比以及骨干曲线的影响规律,并通过Hardin-Drnevich等效线性模型拟合黄泛区粉土实测动本构数据,验证了实验数据的正确性和该模型对黄泛区粉土的适用性.     

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.     

三种黏弹性本构模型描述的土中单桩的扭转振动

针对土体中单桩的扭转振动问题,分别采用Kelvin黏弹性模型、三参数固体黏弹性模型和分数阶黏弹性(FDV)模型描述桩周土体的本构关系,对黏弹性土体和土体中单桩的扭转振动进行了求解,并对3种模型描述的黏弹性土中单桩的扭转振动进行了分析,讨论了有关参数对单桩扭转振动的影响.结果表明:三参数固体模型描述的土中单桩扭转振动的复刚度实部和虚部随频率变化曲线较其他两个模型波动要小,黏弹性土体中单桩的扭转振动特性与本构模型有关,经典黏弹性模型的桩顶扭转复刚度要比分数阶模型的复刚度大.     

煤矸石的动力特性试验研究

为了分析煤矸石用作高速公路路堤填料的技术可行性,采用固结不排水中型动三轴试验,对煤矸石的动强度、动应变、阻尼比及循环荷载下的动力特性等进行了试验研究.结果表明, 煤矸石的动应力-动应变曲线可用双曲线拟合,试验还获得了双曲线动力本构模型的具体形式及参数;根据循环荷载下轴向变形的累计特性,提出了改进的渐近屈服面弹塑性模型.该试验成果可用于煤矸石路堤的动强度、动变形及循环荷载下累计变形的计算.     

黄泛区粉砂土动剪切模量和阻尼比试验研究

为研究黄泛区粉砂土的动剪切模量和阻尼比,通过动三轴试验,分别选择3种不同的含水率、围压和固结比作为影响因素进行研究.选用Hardin-Drnevich、Ramberg-Osgood和Davidenkov 3种常用的动本构模型对黄泛区粉砂土的G_d/G_(max)-γ_d关系进行拟合,并将拟合结果与试验结果做对比分析.结果表明:粉砂土的动剪切模量比随动剪应变的增加而减小;阻尼比随动剪应变的增加整体上呈现上升的趋势;修正参数的Ramberg-Osgood动本构模型对粉砂土G_d/G_(max)-γ_d关系曲线拟合效果最好.     

基于FDV模型的土体中部分埋入端承摩擦桩的水平动力阻抗

利用Winkler弹簧-阻尼器来描述桩土之间的动力相互作用,得到了分数导数黏弹性(FDV)模型描述的土体的刚度系数和阻尼系数.利用传递矩阵法并考虑埋入部分和外露部分桩基的连续性条件,求解了基于FDV模型的土体中部分埋入端承摩擦桩的水平振动,得到了桩顶的水平动力阻抗.研究了分数导数的阶数、外露部分桩长和土体本构模型参数对桩水平振动的影响.研究表明:分数导数的阶数和本构模型参数对部分埋入桩的水平动刚度有一定的影响,而对其等效阻尼的影响很小;外露部分桩长对水平动力阻抗的影响较大.     

一种新型超固结土三维本构模型

本文在Nakai等基于应力张量tij和修正剑桥模型的基础上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提出了适用于描述超固结土强度和变形规律的新型超固结土三维本构模型。通过对粉质黏土和砂土的三轴排水压缩及三轴排水拉伸试验的结果与应用提出的新型超固结土三维本构模型进行模拟计算结果进行对比,验证了提出的超固结土三维本构模型的可行性。