扰动状态概念方法的参数标定及应用初探

扰动状态概念为工程材料提供统一的本构关系模拟方法．当材料受荷时，其响应是由处于相对完整状态下和处于完全调节状态下的材料响应以一个加权函数组合起来，构成材料的真实响应．响应和扰动因子是相互关联的，需要用直接迭代法求解．解决工程问题时，可以选择简单的参考状态，并用拟合岩石单轴受压的全过程应力应变关系曲线确定扰动因子的参数．该方法在描述材料软化阶段时效果会更好．     

岩石的弹塑性扰动状态本构模型

假定岩石的相对完整状态符合分级单屈服面(HISS)模型并考虑其各向同性硬化,岩石的完全调整状态对应于理想刚塑性,通过定义扰动函数,则岩石应力峰值后的软化行为可用HISS模型叠加扰动进行描述,从而建立基于扰动状态概念理论的岩石弹塑性本构模型.利用RMT-150B对焦作砂岩进行单轴、三轴压缩破坏试验,以确定本构模型中的材料参数.应用建立的弹塑性本构模型,对岩石在单轴应力状态下的力学响应进行了描述.研究结果表明,建立的弹塑性本构模型能描述单轴下岩石的应力-应变全过程.     

基于扰动状态概念的煤蠕变本构模型

针对煤矿井下条带法开采留设的煤柱在覆岩压力作用下随着时间推移易发生蠕变现象,考虑到传统蠕变模型难以描述煤体蠕变各个阶段的损伤特性,基于扰动状态概念的理论,选用Kelvin模型描述材料的相对完整状态,将Burgers模型中的黏壶元件用非线性黏壶元件代替描述材料的完全调整状态,引入Weibull分布函数,选取以时间为自变量的扰动因子函数,建立了以扰动因子为权函数的煤体蠕变全过程的本构模型.同时,利用煤样室内蠕变试验数据对基于扰动状态概念下煤体的蠕变模型参数进行了辨识,验证了该模型的合理性,且相对于传统模型有较好的协调性,能够更有效地描述煤体的初始、稳定和加速蠕变阶段的蠕变规律.     

k0固结饱和黏土的循环强度特性

通过k0固结饱和黏土的循环三轴试验,研究了固结压力、不排水增量静偏应力对k0固结饱和黏土循环强度的影响.结果表明,同一增量静偏应力比下,不同固结压力对应的循环强度曲线有良好的一致性;当增量静偏应力比从0.15增至0.7时,同一循环破坏次数下的循环强度增大18%左右;由于土样破坏时的应力圆与Mohr-Coulomb强度包线之间有良好的相关性,所以可利用Mohr-Coulomb强度关系描述无应力反向时k0固结饱和黏土循环强度的变化;若略去增量静偏应力的影响,则按照较小增量静偏应力对应的Mohr-Coulomb循环强度指标分析循环荷载作用下土体的稳定性可以得到偏于安全的结果.     

基于能量耗散的应力引起的土体各向异性模型

从热力学定律出发,介绍了土体受力变形过程中能量耗散函数的合理表达形式,据此导出耗散应力空间中的屈服函数及流动法则.分析迁移应力,确定了真实应力空间中的屈服函数,并采用旋转硬化规律考虑应力引起的土体各向异性.这种模型以自由能函数和耗散函数为基础进行整体构造,自动满足热力学第二定律,不需要引入其他假定.提出了利用弹塑性本构模型计算三轴试验曲线的方法.采用遗传优化算法拟合了某土料三轴排水剪切试验结果,确定了模型参数.用得到的模型参数计算绘出其他固结应力下三轴排水剪切曲线,并与实测曲线比较,验证了模型的有效性.     

海南有机质浸染砂变形特性研究

选取海南文昌某工程中遇到的有机质砂土为研究对象,通过电镜扫描探究土样中有机质的存在形式。对土样进行一系列三轴固结排水剪切试验。基于试验数据总结该有机质砂土的变形特性;并探讨邓肯-张模型的适用性。结果表明:该砂土中有机质浸染到土颗粒中并与土颗粒较好地结合在了一起;三轴剪切过程中,土样表现出微弱的软化特性和明显的剪胀性;邓肯-张模型不能很好地反映有机质浸染砂的剪胀特性。最终,提出能反映土剪胀性的修正邓肯-张模型并对该土样进行参数标定。结果表明,新的模型对于试验土样具有较好的适用性。     

基于粘塑理论的岩石流变本构模型研究

基于热力学框架下的Perzyna粘塑理论,推导了适用于岩石的流变粘弹塑性本构模型,结合砂岩的三轴蠕变试验数据,对推导的本构模型的合理性与正确性进行了验证.结果表明:基于粘塑理论的流变本构模型可以较好地反映岩石的流变力学特性,对室内试验结果拟合得到的相关力学参数可以作为现场岩体流变力学特性评价的参考依据.     

基于扰动状态概念的颗粒材料应变局部化行为模拟

基于经典连续体的Duncan-Chang模型缺少用于表征材料破坏程度的参数及与应变局部化带宽相关的特征长度,且无法反映材料的软化特性.为此,基于扰动状态概念,引入Cosserat连续体理论作为正则化机制,以Duncan-Chang模型描述相对完整状态下材料的响应,以临界状态模型描述完全调整状态下材料的力学行为,并分别基于常规三轴试验曲线与体积应变阈值、形状改变能极限状态概念提出两种扰动因子演化方式.利用数值算例考察了扰动对材料承载力、应变局部化行为的影响.模拟结果表明:两种演化方式均能描述材料的软化特性,第二种方式在预测剪破角变化规律方面更为合理;所发展的扰动状态模型在模拟应变局部化问题时可以在一定程度上消除对有限元网格密度的敏感性.     

基于广义塑性力学的Cam-clay模型的改进

针对Cam-clay模型计算中存在没有充分考虑剪切变形的缺点,首先采用理论分析的手段,指出产生此现象的原因,同时提出由剪应力和体应力引起的应变分量分别采用不同的分配比例系数的思想。在此基础上采用南京水利科学院的剪切试验对Cam-clay模型进行改进,给出了基于不同分配比例系数的、改进后的Cam-clay模型的应力与应变关系的计算式,最终得到改进了的Cam-clay模型含有4个独立的试验参数。通过算例对改进后的模型与Cam-clay模型进行比较,揭示了改进后的模型能够有效地考虑剪切变形。     

由试验数据拟合天然砂土的屈服面

根据广义塑性力学原理，介绍了屈服面的物理意义，直接从三轴试验的试验数据拟合天然砂土的屈服面，给出了天然砂土的2个屈服面(剪切屈服面和体积屈服面)，并结合数值算例，初步验证了双屈服面表达式的合理性．     

基于扰动状态概念的桩-土接触面荷载传递模型

基于扰动状态概念(DSC),假定桩-土接触面单元中相对完整(RI)状态部分的抗剪强度服从线弹性理论,完全调整(FA)状态部分的抗剪强度服从理想塑性理论,进而建立桩-土接触面荷载传递模型.针对桩-土接触面进行了大型直剪试验,试验结果表明:桩-红黏土接触面剪切过程中,接触面表现出应变软化特性,且随着法向应力的增加,软化现象越明显;桩-粉质黏土接触面剪切过程中,接触面表现出轻微应变硬化特性.利用桩-土接触面荷载传递模型计算得到的剪切应力-剪切位移曲线(τ-s曲线)与直剪试验得到的τ-s曲线吻合较好,验证了基于DSC的桩-土接触面荷载传递模型具有较好的准确性与适用性.     

桩基荷载传递函数扰动状态模型及应用

基于扰动状态概念，认为桩土界面单元的状态有完整状态和临界状态，受力后界面中处于这两种状态的单元服从随机分布，荷载由它们共同承担．据此建立了相应的桩基荷载传递函数模型．结合不均匀化材料的均匀化理论与概率统计方法，以桩的塑性剪切位移为分布变量，提出了模型中扰动参数的计算原理与方法．模型中，完整状态时的桩土界面单元抗剪强度采用Duncan—Chang模型计算，临界状态时的桩土界面单元承担的应力可采用传统的摩尔-库仑强度理论计算．模型具有参数较少且确定简单的特点，能反映荷载传递函数的性质，如硬化与软化，以及围压的影响．通过与实测数据的对比，验证了本文模型的准确性．最后利用建立的模型，对某工程试桩进行了分析，阐述了本文模型的工程实用价值．     

粘性土微观结构与力学性质关系的研究

研究了粘性土微观结构与其力学性质的关系，论述了该关系的特征与规律，提出了控制这些关系的界限值与临界值。指出时间是转化微观结构与力学性质关系的重要隐含因素。认为用结构排列熵来评价微观结构与力学性质的关系是一重要方向和途径。     

剪切历史对砂土液化特性影响的模型试验系统

介绍了一种研究剪切历史对砂土液化特性影响的模型试验系统.通过倾斜模型箱,利用重力在倾斜方向上的分量给模型试样施加不同大小的预剪切应变.将模型箱恢复至水平状态,利用小型振动台加振使砂土达到液化状态,同时通过量测系统采集模型试样内部的超孔隙水压和加速度数据,对砂土的液化特性进行分析.试验结果表明,具有剪切历史的砂土在振动过程中超孔隙水压上升幅值更小,说明剪切历史可以增强模型地基的液化抵抗能力.     

强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学特性及本构模型

研究氧化铝陶瓷在强冲击加载下的力学响应和动态本构模型. 利用一级轻气炮对陶瓷靶板进行冲击加载,测量得到靶板内的应力-时间曲线,并分析得到氧化铝陶瓷的动力学特性. 结合陶瓷材料破坏特性分析,从脆性材料内翼型裂纹的产生和扩展机理出发,建立了微裂纹损伤本构模型,其中损伤参数通过微裂纹尺寸和微裂纹数2个变量进行描述. 实验与计算结果表明,该模型较好地描述了强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学行为.     

含水率对非饱和砂土似黏聚力影响试验研究

目前工程上对待砂土地基时,都是将其作为完全无粘性土来对待,也就是将其粘聚力笼统的作为零。这种方式在理论研究中,简化了很多问题;但是在工程应用中,忽视似粘聚力的存在,有时候会带来诸多的不便,甚至是工程造价的翻番。为了研究非饱和砂土的似粘聚力,本文以工程实例“西咸能源金融大厦的基坑支护项目”为依托,选取了西咸新区,沣河以东,渭河以南交汇区域的砂土,进行了多组不同含水率、相同干密度的砂土的三轴、直剪以及基质吸力试验。试验结果表明：砂土的似粘聚力随着含水率的变化,呈现出由零先急速增长、然后增速放缓、再增速变大增长至峰值,并可以短暂维持峰值阶段,最后逐渐降低为零的结果。同时验证了砂土的直剪试验在工程上的可用性及安全性。其结论可以为非饱和土的研究提供参考。     

Studying the Mechanical Properties of Jute/Cotton Blended Yarns Using the Weibull Model

The phenomenon of a material failure varies with its gauge length in use. In the present study,the breaking strengths of J30/C70 and J55/C45 blended yarns spun by the ring spinning technology were investigated with the employment of the equations derived from the Weibull theory. The four probability estimators of the Weibull distribution were also evaluated. The results showed that the estimator (2a) was acceptable for calculating the Weibull modulus of the jute/cotton blended yarns. With the exception of b...     

黏性土桩锚基坑冻胀模型试验及其响应分析

黏性土地区基坑的冻胀效应对于工程施工和支护方案设计影响至关重要.结合东北某基坑工程,现场取样,利用室内模型相似试验,得出了黏性土地区桩锚基坑冻胀的力学变形规律,以及冻土压力与位移的函数关系,在此基础上引入支护结构协调变形方程,应用有限差分原理,考虑桩土相互作用,得出冻胀桩锚基坑支护体系的计算结果.基坑冻胀实例表明,桩锚体系考虑冻胀力影响的基坑施加冻胀作用的计算方法,更接近工程监测实际情况,可以在类似工程中推广应用.