粗粒土初始各向异性弹塑性模型

基于黏土的初始各向异性研究成果,提出一个适用于粗粒土的弹塑性模型.该模型屈服面为旋转的椭圆,采用考虑塑性体应变和塑性剪应变耦合的两个硬化参数,即表示屈服面大小的硬化参数κ0和旋转硬化参数α.模型能较好地反映初始及后续各向异性状态下粗粒土的剪胀性.利用双江口堆石坝覆盖层砂卵砾石料,进行了岛固结排水剪和K0固结不排水剪大三轴试验,并用试验结果对模型进行了初步验证.研究结果表明:模型能够合理地预测粗粒土的变形和强度特性.     

粗粒土的动力行为特征及永久变形特性研究

通过对粗粒土填料开展动三轴试验,分析了不同围压、轴向动应力作用下粗粒土的轴向永久应变发展规律.依据安定理论和累积应变速率随累积塑性应变的变化趋势,对粗粒土试样的永久变形行为进行了划分,建立了考虑应力状态及动荷载次数的永久变形预测模型,并给出了不同动力行为类型的参数取值范围.结果表明:轴向应变速率随累积应变的变化规律可作为划分粗粒土动力行为类型的依据;粗粒土试样的受力状态(围压、动应力幅值)对永久应变速率的影响显著;可用幂函数来描述粗粒土永久变形随动荷载的累积特性,函数参数可反映围压和动应力幅值的影响.研究结果有助于加深对粗粒土填料变形响应特性的理解.     

质量密度及围压影响的堆积碎石土变形特性分析

考虑质量密度(不同含石量、含水率)及围压对碎石土变形特征的影响规律,对具有级配代表性的湖南昭山区某斜坡堆积碎石土进行试验研究。研究结果表明:质量密度和围压有着联合影响,堆积碎石土在不同质量密度下应力-应变曲线表现为台阶状,即应变先硬化再软化,对于7%含水率的则只出现应变软化;随着围压的增大,初始切线模量和剪切峰值都增大,但不随质量密度的变化而线性增长,屈服轨迹成平行线;在低围压下发生剪缩,高围压发生剪胀;堆积碎石土压硬性对含石量更敏感,剪胀性对含水率更敏感,存在一个最佳含水率和最佳含石量;剪胀率及有效应力比可以成为剪胀性的判断依据。同时发现不同质量密度及围压下的体应变主要集中在2条曲线之间,可以作为连续强降雨雨后滑坡失稳临界状态的一个判断依据。     

基于细观理论的粗粒土剪胀性及本构模型

基于能量守恒原理和Rowe提出的最小能比原理从细观角度建立了考虑颗粒破碎的剪胀方程,并对不同围压下颗粒破碎耗能因子在试验过程中的变化趋势进行了归一化.为了验证该剪胀方程的正确性,引入修正硬化准则,建立了相应的弹塑性本构模型,然后将该模型用于2种不同形状粗粒土室内大三轴试验的数值模拟,对比分析表明,该模型能够较好地描述粗粒土的剪胀特性和应力应变关系.     

胶凝砂砾石料剪胀特性试验

为探究弹性和塑性对胶凝砂砾石料(CSG)应力应变特性的影响,建立了适用于CSG的剪胀方程,参考粗粒土或堆石料剪胀特性的研究方式开展了一系列不同掺量和围压下的三轴压缩试验、三轴等向加卸载试验和三轴轴向加卸载试验,对CSG的剪胀特性进行了系统研究。试验结果表明：CSG加载过程中弹性和塑性应变都不可忽略,CSG在低围压下具有剪胀性,随着围压的增大逐渐向剪缩性过渡;由试验数据得到CSG的弹性体积应变和弹性剪应变,对比分析了考虑和不考虑弹性应变的CSG剪胀特性曲线,发现弹性应变对CSG剪胀特性影响较大,仅在高掺量、高围压、大应力条件下可以忽略弹性应变的影响;二次函数可以很好地描述CSG的剪胀特性。     

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.     

粗粒料幂律模型研究

粗粒料在三轴试验过程中常表现软化和剪胀性质,而应用较广泛的双曲线模型不能反映这些性质。幂律模型既能反映硬化特性又能模拟双曲线模型不能反映的应变软化关系,因而能合理地反映粗粒料的应力应变关系。本文先叙述了粗粒料常规三轴试验剪切过程中应力应变和体变的基本特性,然后简要介绍了幂律模型的基本性质。在幂律模型概念的基础上,建立了粗粒料幂律模型。该模型既能反映应变硬化和软化性质,又能模拟剪切过程中体应变的剪缩和剪胀性质,因而能合理地反映粗粒料基本特性。并根据提出的模型推导了切线弹性模量和切线体积模量的公式。最后通过实例进行分析,验证了模型的合理性。     

粗粒土剪胀特性研究现状与趋势

从粗粒土剪胀性的影响因素、剪胀机理、剪胀方程与本构模型等几个方面的研究进展进行了总结,并就其中存在的问题进行了探讨,指出了今后的研究方向：研究粗粒土临界状态存在性、定量描述;在考虑颗粒破碎等因素对粗粒土剪胀性影响的基础上,深入研究粗粒土剪胀性的状态相关性质,确定合理的状态参量,建立适用于粗粒土的剪胀方程;基于粗粒土剪胀方程,建立有效可靠的粗粒土本构模型．     

一种新的胶凝砂砾石坝坝料应变预测模型

为了研究胶凝砂砾石料的变形特性,对胶凝掺量60kg/m~3的胶凝砂砾石料在围压为300,600,900和1 200k Pa条件下进行三轴剪切试验,在此基础上,分别采用摩尔库仑准则、改进双曲线及抛物线描述胶凝砂砾石料的强度特性、应力-应变及体积应变-轴向应变关系,形成胶凝砂砾石料的应变预测模型。研究结果表明:高围压时峰值强度之前的应力应变曲线斜率比低围压时的斜率大,但软化不明显;与高围压相比,低围压下的试件会较早出现剪胀现象;轴向应变相同时,围压越高的试件主应力差与体积应变越大。模型计算结果与三轴剪切排水试验数据较为吻合,表明该模型能较准确地反映胶凝砂砾石料应力应变关系。     

粗粒土亚塑性损伤模型

为了反映粗粒土主要力学特性,建立了亚塑性损伤模型。结合对粗粒土力学特性及物态演化的认识,提出了粗粒土的损伤状态函数。基于亚塑性理论的基本框架和损伤状态函数,建立了损伤模型的公式及参数确定方法。采用该模型对三峡二期围堰等3种实际工程试验结果进行了模拟。模型预测与试验结果吻合良好。该模型无需判断加卸载准则,易于三维化,公式简洁且参数较少,能够较好地反映粗粒土的主要力学特性,包括强度与围压的非线性特征以及在低围压下剪胀显著、高围压下剪缩较为显著的体变特性。     

不排水条件下全风化花岗岩残积土工程特性与本构模型

通过土工试验对不排水剪切条件下的饱和松散砂质土的工程特性进行了探讨 ,发现其在剪切时的应力 -应变关系呈现出加工软化特性 ,土体超过峰值强度后最终达到了变形的稳定状态 .基于稳定状态概念 ,将临界土力学理论与非线性应力 -应变关系相结合 ,建立了非线性应力 -应变 -临界状态本构模型 .采用香港钻石山地区全风化花岗岩残积土的不排水三轴试验结果 ,确定了有关模型参数 ,验证了所建议本构模型的合理性     

冻融循环条件下粗粒料变形特性试验研究

为揭示粗粒料在冻融环境与复杂应力条件下的变形特性，采用大型三轴压缩试验与蠕变试验研究了粗粒料在不同冻融循环次数、围压与应力水平下的变形特性与蠕变特性。试验结果表明，未冻融粗粒料的应力-应变曲线为应变硬化型曲线，在试验围压100～600 kPa范围内粗粒料剪切过程中均表现为剪胀性；冻融循环后初始弹性模量与破坏应力均呈下降趋势，200 kPa围压时，初始弹性模量降低20%,破坏应力降低37%,600 kPa围压时，初始弹性模量降低5%,破坏应力降低25%;冻融循环后粗粒料轴向蠕变应变随时间的发展为衰减型蠕变规律，轴向蠕变应变随冻融循环次数和应力水平的增大而逐渐增大，8次冻融循环后轴向蠕变应变明显增大；应力水平影响下的粗粒料蠕变时间曲线可采用指数函数形式表达。     

Fe-6.5％Si钢中温变形过程本构方程

利用Gleeble 3500开展了Fe-6.5%Si(质量分数)钢在变形温度300,400,500,600℃及应变速率为0.05,0.5,5s^-1条件下的单道次压缩实验.在初始均匀塑性变形阶段,加工硬化作用使流动应力迅速增加,随着变形继续动态软化机制启动,流动应力增加量减弱.随着温度升高和应变速率降低,应变硬化指数减小.提出了通过变形温度、应变速率描述应变硬化指数的方法构建Fe-6.5%Si钢中温变形过程本构方程.构建的本构方程对不同变形条件的应力预测结果和实测值吻合良好,平均相对误差约为5.35%,预测精度较高.     

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.     

隧道工程围岩扩容和塑性软化的变形解析

系统考虑隧道工程建设过程中隧道围岩岩体的扩容和塑性软化特性,引入岩石扩容梯度和软化模量的概念,推导出均匀介质中软岩隧道围岩应力场和变形场的理论解析,与其他研究者理论模型进行比较,验证本文理论模型研究的正确性。通过算例分析了隧道工程岩体的扩容梯度和软化模量对围岩塑性区、破裂区半径以及围岩变形和压力的影响,研究结果对隧道支护设计与施工具有指导意义。     

考虑孔隙比影响的堆石料湿化试验及湿化模型

对某堆石坝的坝壳料进行了不同密实状态下的单线法三轴湿化试验,分析了湿化变形随围压、应力水平以及初始孔隙比的变化规律。结果表明：在围压和应力水平相同条件下,随着初始孔隙比的减小,堆石料湿化轴向应变和体积应变均明显降低;初始孔隙比对湿化应力剪胀规律影响不大,采用对数形式的湿化剪胀方程可对不同初始孔隙比条件下的湿化应力剪胀关系进行统一描述。对指数形式的湿化轴向应变经验模型进行修正,构建了考虑初始孔隙比及应力状态影响的湿化轴向应变计算模型,并联立湿化剪胀方程推导了湿化体积应变的计算公式,通过对三轴湿化试验结果进行模拟验证了该公式的合理性。     

压缩荷载作用下脆性岩石弹塑性损伤耦合本构模型研究

在压应力作用下,岩石的塑性变形和损伤演化是相互耦合的。在热动力学基本框架下,建立了一个用于描述在压缩荷载作用下脆性岩石非线性力学行为的弹塑性损伤耦合模型。模型采用基于Drucker-Prager线性屈服准则,并同时考虑损伤软化效应的函数作为加载函数。此外,为反映岩石在压应力作用下体积变形从压缩到膨胀的转化过程,引入非关联的塑性流动方程。基于已有的损伤理论,建立含有塑性剪切应变的损伤准则。通过联立屈服准则和损伤准则的一致性条件,建立塑性和损伤发展的耦合关系。运用建立的模型对不同围压下大岗山辉绿岩的常规三轴压缩试验进行模拟。模拟结果和试验数据具有较好的一致性,表明了模型的合理性和有效性。     

不同应力路径下卸围压流变试验分析及模型辨识

以大岗山水电站坝基的辉绿岩为研究对象,进行σ1恒定卸围压和σ1-σ3恒定卸围压流变试验,分析2种不同应力路径下辉绿岩的流变变形特征.引入屈服接近度指标来评价卸围压流变过程中不同三向应力状态下岩样临近屈服破坏的程度,并以此作为试验曲线中等速蠕变和加速蠕变的区分标准.最后对Burgers模型进行参数变异处理.研究结果表明:在2种方式下和在卸围压过程中,岩样的横向变形都表现为侧向膨胀,但轴向变形规律并不相同:σ1恒定时轴向变形一直轴向压缩,而σ1-σ3恒定时先是有微小增大再逐渐转变为轴向压缩.这说明随着围压的不断卸载,岩体变形逐渐由弹性向塑性转变并最终破裂,线弹性理论已不再适用.加速蠕变阶段的串联黏滞系数出现了非线性交化,以此来描述加速蠕变.参数变异的Burgers模型可以描述岩体的减速、等速和加速蠕变阶段,拟合结果与试验结果吻合较好.     

泥皮条件下土与结构接触面弹塑性本构模型

采用大型单剪仪进行粗粒土与混凝土接触面在膨润土泥皮条件下的剪切试验,揭示泥皮条件下接触面的力学特性与机理.结果表明,峰值强度以及发生剪胀所对应的位置与法向应力大小有关,峰值强度所对应的剪应变大于产生剪胀的位置.基于广义位势理论,建立了考虑剪胀以及应变软化的接触面弹塑性本构模,并将其推广到三维应力空间,拟合了相应的模型参数,并编制了有限元计算程序.结合室内防渗墙模型试验结果,并与Goodman模型进行比较分析,验证了模型的合理性.     

不同加载应力路径下饱和砂土力学特性试验研究

通过全球数字系统(global digital system, GDS)动三轴测试系统,对砂土进行了常规三轴压缩试验和偏压固结下的等p(平均应力)、等σ_3(围压)、等σ_1(围压)等不同应力路径的试验。通过对所有的实验结果进行了对比分析,研究了砂土材料在不同应力路径下的应力-应变、变形特性、强度特性。试验研究结果表明,等压应力路径试验中试样都是先体积收缩随后出现体积膨胀现象,这与高围压下砂土的剪胀性变化情况不一样;偏压固结试验中,整个加载阶段前期表现为应变硬化,但是后期的软化现象不是很明显,这与等压固结试验应变硬化-软化现象略有不同。虽然常规三轴和偏压固结下的σ_3等试验采用的是两种不同的固结方式,但是达到的峰值强度基本上是一样的,说明固结方式对于试样的强度没有太大的影响。偏压固结试验中,不同的应力路径达到峰值强度时所对应的轴向应变是不同的,而且峰值强度也不一样,说明不同的应力路径会对砂土的强度造成影响,同时也说明了砂土力学特性对于应力路径的依赖性。