考虑粗粒土应变软化特性和剪胀性的本构模型

在传统细粒土本构模型的基础上进行了改进,建立了一个能较好地描述粗粒土应变软化特性和剪胀性的弹塑性本构模型.该模型采用双屈服面形式,克服了单屈服面模型存在的一些不足,可同时反映剪切变形和压缩变形机理.模型在应变软化特性描述方面,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,较为合理地反映了粗粒土的应变软化现象.在剪胀性描述方面,考虑了状态转换应力比与初始有效围压的相关性.数值模拟结果与试验结果较为接近,表明该模型描述粗粒土在低围压和相对中高围压下的应变软化特性和剪胀性方面具有一定的优越性.     

考虑扰动影响的地基非线性沉降分层总和分析方法

为预测工程地基土体沉降,针对受到施工扰动影响的地基土,基于扰动状态概念分别以抗剪强度和相对密实度为扰动参量建立扰动因子函数,从而提出能够考虑扰动影响的地基土修正Duncan-Chang模型.首先,考虑地基土实际应力状态,将地基土沉降变形视为由附加静水压力和附加偏应力引起的两部分变形之和,建立地基土沉降变形分析模型;其次,考虑地基土的应力历史并采用分级加载分析方法,给出了不同埋深地基土初始变形模量的确定方法;然后,基于虎克定律和修正Duncan-Chang模型并采用分级加载分析方法分别建立由附加静水压力和附加偏应力作用下的地基沉降变形计算模型,给出了考虑附加应力影响的地基土变形模量的确定方法;最后,将本文方法应用于工程实例并进行了沉降变形分析.研究结果表明:本文方法在反映地基土扰动程度、应力状态和应力历史等方面具有一定的优越性和可行性,其计算结果符合沉降预测规律.     

基于SFG模型的非饱和沉积土本构模型

为使修正后的模型能够更好地反映非饱和沉积土的持水和力学性质,对SFG (ShengFredlund-Gens)模型进行修正.用平均骨架应力代替净应力作应力状态变量,考虑饱和度对非饱和土变形的影响.通过分析泥浆固结土(沉积土)在等吸力条件下等向压缩和三轴压缩试验数据,得出饱和度和孔隙比的关系,并把变形考虑到持水曲线模型中.由修正后的体变方程以及持水曲线方程推导出加载湿陷屈服面方程,在修正剑桥模型基础上推导出三轴应力状态下的本构方程,并采用能统一描述剪缩剪胀性的硬化参数.基于同一模型参数,模型可以统一预测吸力控制下各向等压和三轴剪切路径下非饱和沉积土的持水和力学特性.     

地震强度对Upper San Fernando土坝流动变形的影响

对UpperSanFernando土坝进行一组抗震性能分析，采用基于与状态相关的剪胀性理论的临界状态砂土模型，描述土在所有可能加载条件下的响应。除了给出土坝的总体位移及变形状况外，还提供了土在局部位置的应力路径和应力应变关系。堤坝变形的计算值与现场观测的结果非常接近。     

旋转硬化与统一硬化参量在修正剑桥模型中的应用

针对修正剑桥模型不能模拟土体剪胀性、应力路径转折时土体的应力应变特性以及应力引起的各向异性,将旋转运动硬化理论引入到修正剑桥模型中,给出了椭圆屈服面的旋转运动硬化机制,把等向硬化的修正剑桥模型扩展为旋转运动硬化模型.同时,为了能够反映砂土和超固结土的剪胀等本构特性,用统一硬化参量H代替修正剑桥模型中的等向硬化参数一塑性体积应变εpv,建立了一个新的基于旋转硬化与统一硬化参量的改进的修正剑桥模型.对修正剑桥模型、旋转运动硬化修正剑桥模型和新模型进行了定性对比,结果表明,新模型不但能够反映应力路径转折时土体的特性,也能描述土体的剪缩和剪胀.     

水平地层地震动力反应分析

根据Iai多重剪切机构塑性模型及边界面塑性模型的特点,建立了一个砂土多机构边界面塑性模型.该模型将土复杂的变形机理分解为体积机理和一系列简单的剪切机理.用边界面弹塑性模型模拟多重剪切机构塑性模型中虚拟单剪机构,避免了Iai多重剪切机构塑性模型在利用修正Masing准则模拟虚拟单剪应力应变关系时,确定比例参数的复杂性.根据大量试验资料,建立了液化面参数与归一累积剪切功的关系,能够用较少的参数很好地建立有效应力路径.由于多重机理的特性,模型能够模拟复杂荷载作用下主应力轴偏转的影响.用多机构边界面塑性模型对饱和砂土水平场地进行有效应力分析,对水平场地的地震反应特性进行了分析,由于多机构边界面塑性模型能同时考虑振动孔隙水压力的发展引起的有效应力降低导致饱和砂土抗剪强度和模量的降低.分析表明,结果是合理的.模型简单实用,将方便在工程实践中的应用.     

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。     

冻融循环作用下城市污泥固化土长期力学性能

采用自主研发的新型固化剂对城市污泥进行固化处理，通过对污泥固化土进行冻融循环作用下的不固结不排水蠕变试验，探讨其在气候环境影响下的长期变形和强度发展特性.试验结果表明，污泥固化土抗剪强度随冻融循环次数的增加呈现先明显降低后趋于稳定的趋势.当施加偏应力小于污泥固化土结构屈服应力时，其蠕变历时曲线呈现衰减型蠕变形态，各级应力水平下的曲线整体态势相近；当偏应力水平达到破坏应力时，蠕变变形急剧增长.在其他条件相同的情况下，冻融温度越低，蠕变变形的速率越快，每级蠕变稳定时的变形量也越大.污泥固化土等时曲线具有显著的屈服点，t=0h时刻等时曲线与其他时刻曲线簇相比存在明显的离散现象，在此基础上，基于应力-应变对数曲线和等时曲线拐点法，先后建立了能够考虑冻融循环作用影响的污泥固化土蠕变模型及其长期强度预测公式，可为相关工程实践提供参考.     

考虑模量变化与三维应力影响的地基沉降分析方法

鉴于三维应力作用下土变形模量变化的根本原因在于体积变化,首先视地基土是由孔隙与土颗粒骨架组成的两相介质,将地基土单元抽象为空心球壳单元,利用Walsh公式及体积应力作用下的球壳位移计算公式,导出了地基土变形模量、土颗粒骨架变形模量与地基土孔隙率之间的关系模型,在此基础上,考虑地基土变形模量变化的非线性特征,引进分级加载思想,建立了增量体积应力作用的地基土变形模量变化的递推关系模型,然后,考虑三维应力影响,联合引进分层总和与分级加载的思想,利用前述地基土增量体积应力作用的地基土变形模量变化的递推关系模型,建立了新的地基沉降分析方法.该方法不仅能反映三维应力及变形模量变化对地基沉降分析的影响,还能有效避免地基土压缩试验曲线或地基静载试验曲线的使用.通过工程实例计算,并与现有同类分析方法进行比较分析,表明了本文模型与方法的合理性与优越性.     

饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨

主要根据饱和土的有效应力原理及应力历史，探讨饱和粘性土的抗剪强度及应力路径，讨论了不同边界条件下饱和粘性土的抗剪强度及相互关系，给出了不同的应力路径，指出了不同边界条件具有不同的应力状态，应力状态不同具有不同的应力路径，土体变形强度与应力有关，与应力历史有关。     

应力旋转对TJ-1模拟月壤变形特性的影响

登月成功后月球车辆的行驶以及月球基地的建设均涉及到主应力轴旋转问题,为此采用空心圆柱扭剪仪进行了两个系列的主应力轴旋转试验,以研究中主应力系数和平均应力对主应力轴旋转条件下同济一号(TJ-1)模拟月壤变形及非共轴特性的影响.试验系列I中保持平均应力、偏应力比不变,进行了不同中主应力系数的主应力轴旋转试验;系列II则是保持偏应力比、中主应力系数不变,进行了不同平均应力下的主应力轴旋转试验.结果表明中主应力系数、平均应力均对主应力轴旋转过程中TJ-1模拟月壤的变形特性影响显著.着重分析了中主应力系数、平均应力对TJ-1模拟月壤在主应力轴旋转过程中各应变分量、体变的发展趋势以及非共轴特性的影响,以期为登月成功后与月壤相关工程的设计提供参考.     

应力和应变控制下饱和砂土循环扭剪试验分析

针对某些动荷加载为应变控制的工程问题,如大型工业振动机械的工作平台基础,为研究其动力学性质,利用空心圆柱扭剪仪,分别采用应力和应变控制两种加荷方式,对处于复杂初始应力状态,即不同中主应力系数下的饱和福建标准砂进行小应变循环扭剪试验研究。结果表明,不同加荷方式对土的骨干曲线和剪切模量没有影响;同剪应变幅值时,应变控制下土的阻尼比较应力控制略大;两种控制方式下,试样振动过程中的轴向变形均随着中主应力系数的增大而减小。可见,加荷方式对土的动力特性影响甚微,针对动应变控制的工程问题,在设备有限时可采用应力控制试验模拟代替。     

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.     

中主应力对土体本构关系的影响

本文根据常规三轴试验和平面应变试验结果,对以常规三轴试验为基础的土体本构模型在平面变形问题中的适用性进行了研究.文中用双曲线模型和双屈服面弹塑性模型对两种试样的变形进行了计算比较.结果表明,两种模型用于平面问题都有误差,主要是由于两模型中所含破坏准则没有很好反映中主应力影响所致;中主应力主要通过对破坏准则的影响来影响本构关系.改进破坏准则,变形计算可得到很大改善.     

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.     

非饱和砂土有效应力增量的试验研究

为了解土层有效应力增量对地基沉降的贡献程度,进行了非饱和砂土在不同轴向荷载和围压作用下的饱和试验、静载试验和莫尔-库伦应力分析,得到了砾砂土和圆砾土在饱和状态下的天然重度、黏聚力及内摩擦角等主要物理力学指标,利用这些指标计算得到有效应力增量值及其沉降贡献量.试验结果表明:与砾砂相比较,圆砾土的饱和度更易达到100%,其饱和重度较砾砂大,孔隙率和含水量却较砾砂小.对于饱和砂土,由有效应力法计算出来的主应力值大于由总应力法计算出来的主应力值,所得内摩擦角和黏聚力比用总应力法得出的结果更加合理.另外,有效应力增量对基底沉降的贡献不可忽略.     

确定碎石桩复合地基桩土应力比的一种新方法

探讨软基处理碎石桩径向变形机理 ,提出碎石桩体变形模式的纵横向异性 ,并根据桩土变形协调引入魏西克圆孔扩张理论和 p- y曲线法得出桩土应力比计算式 .     

排水循环剪切条件下砂土体变特性试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对饱和福建标准砂,在各向均等与三向非均等固结条件下,进行了排水循环扭剪试验.通过试验讨论了初始主应力方向、相对密度和剪应变幅度对排水条件下饱和砂土体积变化特性的影响.研究表明:循环剪应变幅度和相对密度显著地影响饱和砂土体积变化规律,循环剪应变幅度越高,相对密度越大,越易于发生剪胀.在三向非均等固结情况下,饱和砂土在排水循环剪切条件下的体变特性密切地依赖于砂土的初始主应力方向.不同初始主应力方向时应力-应变关系表现出不同的变化模式,体积变化累积规律的具体模式取决于正应力水平与垂直平面上所存在的初始剪应力.     

An experiment study of quartz-coesite transition at differential stress

In order to study quartz-coesite transition under the conditions of differential stress, experiments of quartzite deformation were carried out using a triaxial testing system with a Griggs type solid medium pressure vessel. Analyses on the plastically-deformed samples under optical microscope and Raman spectra show that fine-grained coesite was present in the region of samples adjacent to the pistons at temperatures of 950--I000~C, confining pressure of 1.3 GPa, differential stress of 1.5--1.67 GPa, and total strain of 75%--81%. It is evident that the transition pressure of quartz-coesite at differential stress and intensely-strained conditions is far lower than the pressure for coesite stability at isostatic pressure. In other words, the stress condition of coesite occurrence is not unique. The decrease in confining pressure for quartz-coesite transition under differential stress conditions is controlled by a combined effect of the maximum principal stress that provides a high stress environment, and differential stress that causes sample deformation. Coesite was produced in the plastically-deformed samples in this study, but it can occur in both semi-brittle and plastic deformation regimes as seen in previous studies. Phase transition in semi-brittle deformation regime is caused by local mechanical instability induced by shear deformation, and phase transition in plastic flow regime is due to strain instability induced by the presence of a high dislocation density within intensely-deformed quartz crystals.     

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.