基于应力应变曲线类型的邓肯张模型修正

邓肯张模型应用于钙质结核土三轴试验的分析时,发现部分应力应变曲线不能有效地被预测。文章基于本构模型所具有的特性,结合土的结构性及应力应变曲线的特性,分析本构方程参量的作用并引进能有效描述S型应力-应变曲线的参量(密实点D为切线弹性模量为最大值时对应的应力应变点)。通过推广邓肯张模型、建立和修正反正切模型,结合钙质结核土应力应变曲线类型,探究本构模型各自的实用性与适应范围。结果表明:应用于应变硬化的反正切修正模型与邓肯张修正模型,由于变量的增加,而使得对应力-应变曲线的拟合度有所增加;邓肯张修正模型适应于反映应变软化岩土的性质,但其表现岩土物理性质的形式随着参量增加而更加复杂;反正切修正模型能较为简单地体现S型应力应变曲线的性质,表达密实点D的位置。     

考虑参数简化的修正邓肯-张模型

邓肯-张非线性弹性模型被广泛应用于计算围堰修筑、土石坝等水利工程中粗粒土的应力-应变关系。然而,邓肯-张模型参数相对较多、计算结果往往不能充分体现土的剪胀特性。为解决上述缺陷,本文以邓肯-张模型为基础,提出了参数形式更为简化的应力-应变表达式,并基于沈珠江模型采用二次抛物线形式对应变进行描述,同时对该模型参数形式进行了改进,建立了反映土体体应变-轴向应变关系的体积比表达式。最后通过采用粗粒土和粘性土的试验结果对改进模型进行验证。结果表明：理论计算结果与试验结果吻合较好,改进的模型能够更好的反映土的体应变特征和应力-应变关系,为实际工程中土体的应力-应变关系计算提供了参考。     

含瓦斯煤体非线性应力-应变模型研究

含瓦斯煤体的应力-应变本构模型是煤岩工程领域研究的一个重要课题。结合不同含水率与围压下的含瓦斯煤体应力-应变曲线发展特点,采用邓肯-张双曲线模型、指数模型以及修正的邓肯-张模型对含瓦斯煤体常规三轴压缩试验的应力-应变曲线进行了拟合,并从强度与变形特征角度展开了对比分析。研究结果表明:相对于邓肯-张模型及指数模型而言,修正的邓肯-张模型能更好地反映含瓦斯煤体强度随围压与饱和度变化的规律,破坏强度理论值与实测值的相对误差都在5%以内;模型切线模量理论值虽较实测值偏低,但作为材料变形参数设计值是偏安全的。     

黄泛区粉砂土Duncan-Chang双曲线模型参数确定

黄泛区粉砂土具有特殊性,其力学性能也为工程界所关注.本文以开封地区粉砂土为研究对象,在GDS三轴仪上通过控制不同的围压对土样进行固结不排水静三轴剪切试验,得到了土的应力随轴向应变的变化规律;通过试验数据分析和理论计算,对黄泛区饱和粉砂土的Duncan-Chang双曲线模型参数进行了系统研究.研究结果表明,土的应力随着轴向应变增加呈现递增趋势,黄泛区粉砂土的应力-应变曲线表现为应变硬化型;通过利用邓肯-张双曲线模型计算得到的黄泛区粉砂土应力-应变值,与试验测定的结果进行对比,经分析其误差在允许范围内.本文研究内容可为黄河两岸及周边地区的工程施工和设计提供参考依据.     

本构模型对黏性土侧向卸荷路径下应力应变关系适用性研究

为研究侧向卸荷应力路径对黏性土应力应变特性的影响,首先介绍了2种典型的修正邓肯张模型和三参数模型,然后分析比较了这3种模型反映侧向卸荷应力路径条件下土体应力应变特性的能力。即分别利用这3个模型模拟普通三轴侧向卸荷条件下的试验结果,得到相同条件下各种模型的应力应变特性曲线。并与试验结果进行对比发现：3种模型均能在不同程度上反映侧向卸荷应力路径对黏性土应力应变特性的影响,其中修正3的效果更明显一点,3种模型存在一定的联系,即参数值达到特定的情况时3种模型退化成为同一模型。     

基于车辆地面力学沙漠沙结构性本构模型的建立

结合沙漠土壤的三轴试验资料,将岩土力学研究中描述土结构性的定量参数(应变综合结构势)引入土的强度变形特性分析. 根据该参数对同一围压下不同含水率沙的应力-应变曲线具有较好的归一化作用,用类似邓肯-张模型的处理方法构造沙漠沙结构性本构模型,并提出获得模型参数的试验方法. 试验与仿真结果表明该结构模型能较好反映不同含水率下沙漠沙的应力-应变关系.      

不同应力路径下粘土的本构关系验证

本文通过对小浪底土坝心墙粘土等应力比和变应力比的固结排水剪切试验,研究了不同应力路径下粘土的应力应变特性。结果表明,应力路径对土的应力应变关系有显著的影响,而对强度指标则影响很小;在一定的等应力比范围内,土的应力应变关系具有较好的归一性。对邓肯-张模型、修正剑桥模型和双屈服面弹塑性模型进行了验证,这些模型对应力路径的适应性各不相同。根据几种基本试验,利用插值方法推求了等应力比路径下土的应力应变关系曲线,取得了较为满意的结果。     

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。     

基于扰动状态理论的沈阳砾砂修正邓肯-张模型

目的研究沈阳地区砾砂受扰动影响的应力-应变关系,以相对密实度为媒介,推导出考虑扰动影响的修正邓肯-张模型,为实际岩土工程问题的计算提供理论依据.方法针对沈阳地区砾砂进行三轴固结排水剪切试验;并基于扰动状态理论,采用相对密实度Dr为扰动参量,提出能考虑扰动影响的统一扰动度函数,并将其引入Duncan-Chang模型中,结合三轴试验结果,提出适用于沈阳地区砾砂的修正D-C模型;最后将试验曲线与理论计算曲线进行对比分析.结果中密或密实状态砾砂,应力-应变关系呈应变软化型;峰值强度会随围压增大而增大;峰值强度也会随Dr的增大而增大.传统D-C模型中的参数K和峰值强度(σ1-σ3)f受扰动影响程度较大,而参数n和Rf在扰动过程中变化微小.结论采用笔者提出的考虑扰动影响的修正模型计算结果较传统D-C模型更接近于真实的试验结果.因此,该修正模型可更好地模拟沈阳地区粗颗粒土的强度与变形特性.     

考虑3种因素影响的硫氧镁水泥固化土修正邓肯-张模型

为了研究初始含水量(w)、固化剂掺量(Wg)和龄期(T)对硫氧镁水泥固化土力学特性的影响规律,开展不同初始含水量、固化剂掺量和龄期下硫氧镁水泥固化土的不排水三轴试验,并根据试验结果建立邓肯-张模型参数K,c,φ与w,Wg,T关系的经验公式,提出考虑初始含水量、固化剂掺量和龄期影响的硫氧镁水泥固化土的修正邓肯-张模型,通过算例分析验证修正模型的准确性。研究结果表明:硫氧镁水泥固化土的破坏形式主要分为侧向鼓胀破坏和斜向剪切破坏,应力-应变关系主要分为加工硬化型和软化型2种形式。随着初始含水量的减少、固化剂掺量的增大和龄期的增长,硫氧镁水泥固化土的强度和刚度(初始切线模量)显著提高,修正邓肯-张模型准确可靠。     

纤维煤矸石改良膨胀土强度特性及邓肯-张模型参数

为了改善膨胀土胀缩性能和强度特性,本研究以煤矸石和纤维为固土材料,研究聚丙烯纤维和煤矸石对膨胀土的强度影响及本构关系。首先将不同质量比的煤矸石掺入到膨胀土中,通过无荷载膨胀率试验和收缩试验,分析煤矸石掺量对膨胀土胀缩性的影响,确定煤矸石的最佳掺入比为40%;在此基础上掺入不同掺量的聚丙烯纤维,进行三轴固结排水试验,研究纤维对煤矸石改良膨胀土强度及其邓肯-张模型参数的影响。研究结果表明,掺入纤维后改良土的抗剪强度随着纤维掺量的增加呈先增大后减少的趋势,最佳纤维掺量为0.3%,并且周围压力越高,纤维对改良土强度提高越显著;通过对纤维煤矸石改良膨胀土应力应变的分析,得到了材料的邓肯-张模型参数,采用Matlab软件获取纤维掺量和围压对模型参数a,b的拟合函数,将其代入邓肯-张模型中,模型能较好地模拟试验获得的应力-应变数据。     

粉煤灰掺量对含黏粒粉砂土力学性能影响

为提高粉砂土地基抵抗循环荷载的能力,采用工业废料粉煤灰对粉砂土进行改良实验。选用五种不同配合比的粉煤灰改良饱和粉砂土,对其进行直剪试验、动三轴试验和扫描电子显微镜（SEM ）试验,分析了粉煤灰掺入量对饱和改良粉砂土抗剪强度的影响,并将不同粉煤灰掺入量的饱和改良粉砂土的应力应变曲线用Hardin-DrnevichD-H 双曲线模型进行拟合,讨论粉煤灰掺入量对拟合参数的影响,随后提出了仅考虑粉煤灰掺入量影响的动弹性模量经验公式和阻尼比经验公式,最后通过SEM试验照片对素土和15%粉煤灰掺入量的改良土的微观结构进行对比。结果表明：在一定限度内,增加粉煤灰的掺入量可以有效提高土体抗剪强度、初始弹性模量,降低阻尼比的增长速度。     

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.     

含水率波动状态下公明公路路基土劣化微观机理与本构模型

通过固结排水三轴剪切试验、压汞试验和电镜扫描试验探究含水率波动对公明公路路基土力学特性的影响与其劣化微观机理,基于邓肯-张模型提出了一个能够考虑含水率波动影响的路基土经验本构模型。结果表明：含水率波动使得路基土中、大孔隙增多,同时微裂隙得到发展引起试样结构被分割,导致试样剪切应力-应变关系从应变软化向应变硬化型转变,试样剪缩特性提升、剪切强度降低;含水率波动程度越大,试样剪缩特性越明显,剪切强度则越弱;提出的路基土本构模型的计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的有效性和适用性。     

邓肯-张E-μ模型的改进

针对邓肯-张E-μ模型体变经验公式不能准确描述三轴剪切试验体积变形与轴向变形之间关系的问题,首先进行了粗粒土饱和样大型三轴剪切试验,并对试验结果进行了分析,提出了可以准确描述三轴剪切试验体积变形与轴向变形之间关系的体变经验公式,然后利用其他试验数据对该体变经验公式进行了验证,证明了该体变经验公式的通用性,最后基于该体变经验公式对邓肯-张E-μ模型进行了改进,提出了一种新的E-μ模型.     

木质素对红黏土物理力学特性的影响

为了研究木质素对于红黏土特性的影响,对不同掺量下的木质素改性土进行界限含水率试验、pH实验,探究pH和改性土稠度界限的关系.对不同掺量,不同养护龄期下的改性土进行无侧限抗压强度试验,得到其不同掺量下的抗压强度、不同龄期下的抗压强度及其应力-应变曲线关系.试验结果表明:界限含水率、pH随着掺量的增加而增大,并且和掺量之间存在相应的曲线关系.无侧限抗压强度则随着掺量和龄期的增加而增大,当养护28 d,掺入量为8％时,相对于素土抗压强度提高2.93倍,并且养护龄期下的抗压强度和木质素的掺量存在线性关系,改性红黏土的破坏形态也由脆性破坏向塑性破坏发展.     

考虑材料应变硬化和包辛格效应的厚壁筒自增强理论模型

提出了一种以材料的实际拉-压应力应变曲线为基础，考虑材料应变硬化行为和包辛格效应的厚壁管自增强理论模型．本模型通过直接对实际材料拉-压应力应变曲线进行四段拟合得到所需参数，因此能更好地反映材料的应力-应变特性，给出更精确的残余应力计算结果．模型预测的残余应力和实验测试结果与其他3种自增强理论模型预测结果进行了比较，结果表明，该模型的预测结果和实验测试值吻合，比其他理论模型给出了更精确残余应力预测结果．讨论了包辛格效应和屈服准则对筒壁残余应力的影响．理想弹塑性模型、线性强化模型以及幂硬化模型等都是本模型的特例．