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。     

广义塑性梯度模型的理论框架

广义塑性力学不适宜于解释岩土应变局部化现象。为了较全面地反映岩土的基本力学性质,同时合理解释应变局部化现象,本文基于广义塑性力学的理论框架,在双重屈服函数中考虑了塑性应变的梯度依赖,建立了广义塑性梯度模型的理论框架,并给出了广义塑性梯度模型的一种可能的具体形式,分析了该模型的各个模型参数,尤其是其中的“局部化参数”的物理意义和可能对其产生影响的因素。     

基于广义热力学改进的超固结黏土本构模型

统一硬化模型假设体积塑性功一半耗散,一半储存。如果定义同一回弹线与等向压缩线和临界状态线交点对应的有效体积应力比值为间隔应力比,则统一硬化模型间隔应力比为2,但不同土的间隔应力比并不总是为2。基于广义热力学理论,引入间隔应力比对塑性功的耗散和储存进行重新分配,提出了一个基于统一硬化参数改进的超固结土本构模型,并通过与饱和藤森黏土三轴压缩和拉伸试验进行对比,验证了模型的有效性。     

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。     

冻结黏土分数阶损伤蠕变模型参数确定及验证

为表达介于理想固体和理想流体之间的人工冻土蠕变特性,常用弹簧元件、黏壶元件与滑块元件间的复杂组合来实现。基于分数阶导数理论则可用较简单的模型来表达人工冻土蠕变性质。分析山西某矿井井筒检查孔黏土不同冻结温度下的单轴抗压、蠕变试验曲线,得到温度对冻结黏土单轴抗压应力应变及蠕变特性的影响规律。在Singh-Mitchell模型的基础上,引入分数阶导数理论,建立受冻结温度、加载等级影响的分数阶冻土蠕变模型。通过分析蠕变与时间取对数的拟合曲线发现两者具有线性关系,进而得出与温度有关的模型参数。鉴于建立的分数阶冻土蠕变模型不能反映冻土蠕变加速阶段,将损伤因子引入建立的分数阶蠕变模型,建立人工冻土分数阶损伤蠕变模型。对比分析分数阶蠕变模型计算值与试验值,表明该模型能够很好地反映人工冻结黏土在稳定蠕变阶段、加速蠕变阶段变形发展特点。建立的S-M分数阶蠕变模型参数少、易于确定且有一定的物理意义,便于工程应用。     

基于广义塑性力学的无单元法

在广义塑性力学中应用无单元法，得到了适用于无单元法计算的本构方程，计算了土体在均布荷载和偏荷载共同作用下的弹塑性变形。实例证明了该方法的可行性和有效性。     

粘弹性广义Kelvin模型的FLAC~(3D)二次开发

针对不同力学特性的岩土体材料,基于现有的商业数值分析软件进行本构模型的二次开发,可以更为科学地模拟工程实际问题。根据FLAC3D提供的程序接口,以广义Kelvin模型为例,探讨了粘弹性模型开发的基本原理,同时给出了程序代码编写中的几个关键函数,并通过圆柱体的压缩试验对自定义本构模型进行验证。结果表明,试验曲线与广义Kelvin模型模拟曲线相吻合,验证了文中采用的开发思路是正确的,可为其他本构模型的开发提供参考。     

基于蠕变全过程的广义凯尔文体力学损伤模型改进与验证

岩石的蠕变在岩石力学研究中至关重要,岩石的蠕变表现出明显的阶段性。为了完整准确地描述岩石蠕变的全过程,在广义凯尔文模型的基础上定义了一个作用函数,串联一个非线性粘性原件并引入损伤因子,分别描述稳定蠕变和加速蠕变阶段,建立了广义凯尔文体力学损伤模型。利用Origin软件对绿片岩和盐岩的蠕变曲线进行分段拟合,并将实际蠕变曲线和改进后模型计算值进行比较。结果表明:岩石的损伤会加快岩石在加速蠕变阶段的变形,引入损伤因子之后,模型能较好的描述加速蠕变阶段的变形;改进后考虑损伤的广义凯尔文体模型能完整描述蠕变全过程,新模型的计算值与实验值拟合程度较高,验证了模型的合理性。反映出改进后的模型对三轴压缩实验和单轴压缩实验均适用,并且适用于刻画高围压下的岩石蠕变变形。为岩石蠕变的研究提供了一种新的力学模型。     

广义塑性力学的硬化理论

对广义塑性力学的硬化理论进行了系统而深入的剖析 ,阐明了硬化模型和硬化定律的基本概念和物理意义及其区别和联系 ,并指出应根据不同的土性、屈服面以及苛载类型恰当地选取硬化模型和硬化定律 ,进一步完善了广义塑性力学的硬化理论     

粗粒料广义塑性模型对不同应力路径适应性研究

结合两种不同岩性的粗粒料在等σ1、等σ3、等p以及等应力比应力路径下的大型三轴试验和侧限压缩试验成果,研究了粗粒料广义塑性模型对不同应力路径的适应性.结果表明:广义塑性模型很好地反映了粗粒料变形的应力路径相关性.同时根据Roadford坝坝料的三轴试验结果得到的模型参数,对大坝进行了有限元数值模拟,计算得到的大坝填筑后的变形与实际监测结果吻合较好.表明广义塑性模型也能较好地反映土石坝施工期应力路径对坝体变形的影响.     

软土弹粘塑性模型在FLAC3D中的二次开发及其应用

依据FLAC3D所提供的二次开发平台,结合软土弹粘塑性流变模型,给出了具体实施的程序框图及编写概要.通过对侧向卸荷蠕变试验的数值模拟,并与FLAC3D内置的修正剑桥模型的计算结果作比较,结果表明,弹粘塑性流变模型所得到的结果更能反映软土的蠕变规律,从而验证了二次开发的可行性.     

基于ADINA的塌陷区立交桥设计

运用非线性有限元软件ADINA数值模拟与理论公式计算相结合的手段,以枣木高速公路木石公铁立交桥为原型对采空区上桥梁进行分析研究.分别研究多种不同情况下桥梁应力、应变和稳定性的变化规律,并提出相应的应对措施.设计出最安全可靠,是最适合采空塌陷区的桥梁结构形式.该成果对相近工程具有一定的参考价值和指导意义.     

基于ANFIS神经网络的红黏土蠕变模型

为更好地评价红黏土边坡的蠕变特性和长期稳定性,必须建立合理的红黏土蠕变模型.首先利用自行设计改装的红黏土三轴蠕变试验装置,采用分级加载,对在不同围压下固结完成的红黏土试样进行室内排水三轴蠕变试验,获得了不同围压下的红黏土蠕变全过程曲线.然后采用"陈氏加载法"将分级加载曲线转化为不同偏应力水平下的分别加载曲线,利用等时曲线法获得红黏土的长期抗剪强度.选用不同围压、不同偏应力水平下的部分蠕变试验结果进行样本训练,建立了基于ANFIS神经网络且考虑围压及偏应力影响的红黏土蠕变模型.最后,利用训练完成的本文模型对其他蠕变试验结果进行预测,结果表明本文模型的拟合及预测精度均较高.     

基于渗透吸力的侵蚀黏土强度模型

为定量研究孔隙流体化学性对黏土力学特性的影响,针对构成土体单元的土颗粒、孔隙流体和结合水膜三相开展受力平衡分析,通过理论推导证明渗透吸力可作为控制土体力学性状的独立应力状态变量。采用不同质量浓度CuCl₂溶液与贵州黏土拌合制成的重塑土样作为研究对象,开展室内三轴固结不排水剪切实验,并测定试样孔隙液的电导率,计算渗透吸力。基于三轴实验结果,拟合得到法向应力和渗透吸力两个独立应力状态变量共同作用下的扩展摩尔-库仑强度模型。结果表明:随着重金属Cu²⁺质量浓度的增加,孔隙流体对土颗粒的渗透吸力增大,土体的抗剪强度降低,有效抗剪强度指标黏聚力和摩擦角均呈现降低趋势。所得强度模型能够有效地评估地基承载力,对解决场地污染土体引发的工程问题具有参考价值。     

刚塑性广义变分原理的新形式及应用

本文推广了S.Kobayashi提出的刚塑变形时外力边界条件与相对速度有关的广义变分原理,给出了严格的理论证明,同时用对应的刚塑性有限元,分析计算了在二种不同的摩擦条件下的圆环镦粗过程。     

基于DivinE的分布式模型检测及协议验证

模型检测是一个高效且简单的方法来检测一个并发程序是否满足一个时序逻辑公式,它基于对系统状态空间的穷举搜索,通常采用深度优先搜索算法(DFS)。然而由于DFS算法固有的连续性,并且需要用到某些数据结构和同步机制,使得计算机的资源被大量的消耗,因此长期存在状态空间爆炸的问题。本文通过改进传统的DFS算法,利用DivinE工具,使状态空间爆炸问题能够在分布式环境下得到缓解。     

地基稳定性的广义粘塑性分析

通过增广拉格朗日法将广义粘塑性引入极限分析，对土质地基的稳定性进行模拟。     

考虑初始渗透压力的裂隙岩体本构模型二次开发及其验证

为充分研究含水裂隙岩体的力学特性,在摩尔库伦模型的基础上,充分考虑初始渗透压力的作用.对本构方程中的柔度张量进行适当的修正,生成考虑初始渗透压力的裂隙岩体本构模型.为了增加对比性,按照同样的理论推导方法及二次开发流程,在不考虑初始渗透压力的影响下,成功地生成未考虑初始渗透压力的裂隙岩体本构模型.在此基础上,利用C⁺⁺语言,将以上两种模型编译成可运行的动态链接库文件.为验证自定义本构模型的准确性,在FLAC3D中建立同一个50 m×50 m×1 m的圆形隧道数值模型进行对比分析.通过分别求解计算3种本构模型,分析各圆形隧道上4个对称点的位移变化情况.结果表明:将初始渗透压力直接引进本构方程中,利用C⁺⁺二次开发出来的本构模型是成功的.     

基于神经网络的模型验证方法

通过对传统模型验证方法在应用中所存在问题的详细分析,提出一种基于神经网络的模型验证方法.该方法利用神经网络强大的非线性映射能力,通过对各种模型关键行为特性的学习,将实际系统行为归类为其中的一种模型,从而对模型的可信性做出评估.首先利用仿真模型的输入输出作为训练集充分训练神经网络,再使用实际系统参数作用于训练好的神经网络,通过神经网络的输出值(概率向量)确定模型与实际系统的匹配程度.最后的图像目标识别模型验证数值仿真实例,说明了该方法的可行性和有效性.基于神经网络的模型验证方法能够很好地验证模型对复杂不确定系统的建模准确程度.     

基于热力学的混凝土塑性和粘塑性本构模型研究

建立了具有实用意义的基于热力学能量耗散函数的混凝土率无关和率相关塑性模型.基于热力学原理,构造了混凝土在主应力空间中的能量耗散函数,并根据此函数推导出了耗散应力空间和真实应力空间中的混凝土模型.推导过程中不需引入其他假定,所得模型能自动满足热力学定理.拟合参数后,计算了多种受力状态下混凝土试件和构件的静动态响应.计算结果符合试验结果,验证了模型的正确性和实用性.