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.     

改良粗粒土填料大型三轴试验

为了解路基填料级配改良后的物理力学特性,向素土中掺加3种粒径范围内不同质量比的碎石,制成4种具有不同颗粒级配的改良填料,采用大型三轴剪切仪对素土和复合砾进行三轴剪切试验。在试验基础上提出轴向应变与侧向应变的二次函数关系,建立体积应变与轴向应变的函数方程,并对试样三轴试验的体积应变和切线泊松比进行预测。研究结果表明:粗颗粒质量分数较高的试料在低围压下出现剪胀现象,在高围压下出现剪缩现象;在低围压下,随着粗颗粒质量分数升高,试样体变由剪缩趋势逐渐转为剪胀趋势;应用邓肯-张模型并求得其参数,得出试样的黏聚力c、内摩擦角φ及切线弹性模量Et随粗颗粒质量分数的增加而增大;邓肯-张模型不能很好地反映粗粒土填料的变形特性;预测结果表明改进模型能较合理地描述粗颗粒土填料的体积应变特性。     

“南水”双屈服面模型的两点修正

基于堆石料大型三轴试验数据,分析研究了其切线模量和切线体积比与应力状态的关系,建立了切线模量和体积比与应力比之间的函数关系式,并将其引入"南水"双屈服面弹塑性模型中.运用修正模型对不同应力路径下堆石料的大型三轴压缩试验结果进行了模拟,结果表明,修正模型在未增加参数的情况下较好克服了原模型在描述堆石料应力-应变关系,特别是剪胀(缩)特性方面的不足,可更好地模拟堆石料的强度和变形特性.     

粉煤灰的力学特性及其弹塑性模拟

粉煤灰是一种不同于粘土的散粒状材料, 其应力比应变关系与平均应力和初始孔隙比有关. 对不同初始孔隙比的粉煤灰试样在不同围压下实施三轴固结排水剪切试验, 测得其应力应变关系, 并对考虑平均应力和初始孔隙比影响的临界状态模型进行部分修正, 模拟不同初始孔隙比粉煤灰试样的三轴固结排水剪切试验结果. 结果表明, 修正模型对粉煤灰临界状态线进行了简单的修正, 并且模型中状态参数和硬化/软化参数的应用较好地描述了粉煤灰的剪胀/剪缩和应变硬化/软化等特性.     

土体非线性模型的分段切线模量研究

结合大量实验数据,基于原邓肯非线性模型,建立了土体达到抗剪强度之前分段切线模量的非线性模型,其轴向应变εa与轴向压应力(σ1-σ3)的比εa/(σ1-3σ)~aε曲线包括向上弯折和向下弯折2种,均由两折线组成.硬化型曲线一般可用向下弯折的折线进行拟合,而软化型且剪胀比较明显的应力-应变关系用向上弯折的折线进行拟合.试验结果表明,该模型较原邓肯非线性模型能更好地模拟土的应力、应变发展情况,与实际更加吻合.     

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,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黏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地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。     

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.     

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。     

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。     

一种胶凝砂砾石坝坝料非线性K-G-D 本构新模型

基于胶凝砂砾石坝坝料大三轴试验改进非线性解耦 K-G 模型,提出一种可反映胶凝砂砾石坝坝料应变软化特性和剪胀特性的非线性 K-G-D 本构模型;结合试验结果及回归分析方法确定模型的体积模量、剪切模量、剪胀模量及其包含的重要参数;最后对非线性 K-G-D 本构模型进行了验证,得出数值模拟结果与试验采集的数据基本吻合,表明该模型可为胶凝砂砾石坝的计算分析及设计提供参考。     

基于近场动力学的岩石不同应力路径损伤演化

加卸载效应普遍存在于各类岩土工程中,为研究岩体在不同应力路径下加卸载的力学响应和损伤演化规律,通过在传统键型近场动力学本构模型中引入键的损伤变量函数,以反映岩石材料应力应变曲线中先应变硬化再应变软化的非线性阶段,采用改进键型近场动力学模型数值模拟与室内细砂岩加卸载试验对照的方法研究了细砂岩在不同加卸载路径下的力学、损伤演化规律。结果表明：改进的键型近场动力学本构模型能够较好地模拟岩石材料先应变硬化再应变软化力学性质和在不同应力路径下的力学响应及损伤发展趋势;在常规三轴路径下,岩石的抗压强度与围压呈较严格的正相关变化;定义的损伤值可直观的对比出不同加卸载路径与常规三轴压缩下岩石的损伤发展情况,相对常规三轴压缩,卸荷路径加快了岩石材料的破坏,且升轴压破坏程度>恒轴压破坏程度>卸轴压破坏程度。     

考虑颗粒破碎的堆石料大型三轴试验

通过高应力下的三轴剪切试验,分析了堆石料在不同孔隙率、级配及应力状态下的颗粒破碎情况,研究峰值点处颗粒破碎与其剪胀性、软化性及强度特性的关系。结果表明:颗粒破碎以60～20 mm粒径含量降低、小于5 mm粒径含量增加为主,20～5 mm中等粒径颗粒含量变化较小;颗粒破碎率与塑性功之间存在良好的双曲线关系,在当前试验围压范围内存在极限颗粒破碎率;应力-应变曲线中峰值点对应的剪胀率与颗粒破碎率在倒数轴坐标中近似线性相关,与对应的最大主应力比呈线性关系;峰值内摩擦角与对应处颗粒破碎率存在良好的线性关系。     

磁流变阻尼器的实用计算模型

针对磁流变阻尼器,介绍了Bingham塑性模型和非线形滞回双粘性模型,提出了一种新的计算模型-双曲正切滞回模型.对三种计算模型进行了仿真分析,并与试验结果进行对比研究.结果表明,双曲正切滞回模型能很好地描述磁流变阻尼器的力学性能,且形式简单、概念明确,适合实际应用.     

基于对数正态分布的岩石损伤统计分析方法研究

以Mohr强度理论为基础,利用岩石微元强度服从对数正态随机分布的特点,得到了三轴压缩条件下的岩石损伤统计本构模型,并根据试验曲线采用最小二乘法确定出模型参数.与试验结果比较,该模型可以很好地模拟岩石破裂过程的全应力应变关系,真实反映了岩石软化特性、岩石强度随围压变化等特性.在此基础上,讨论了对数正态参数F0,S0对岩石应力应变全过程曲线的影响.结果表明,参数F0值的变化对岩石的强度有影响;参数S0值的变化对岩石的脆性有影响.     

结构性Q2,Q3黄土的力学特性对比研究

通过时Q2和Q3黄土的单轴压缩和常规三轴试验研究，对两种黄土单轴压缩曲线和CU剪切的应力应变曲线特征进行分析比较，探讨了两种黄土应力应变本构模型。研究表明：强软化型Q2黄土应力应变关系，可采用强软化型模型进行描述，并对其模型参数进行了分析；弱软化-硬化型Q3黄土应力应变关系可用两参数的指数模型描述，也可用强软化性模型描述。     

延安Q3黄土应力应变特性及其归一化性状研究

为研究延安原状Q3黄土应力应变关系特性,并总结其在不同含水率不同围压下的归一化性状,进行了一系列固结不排水三轴剪切试验。试验结果表明:延安原状Q3黄土的应力应变关系整体上随围压增大由弱硬化型向强硬化型转变,但在含水率极低且低围压条件下会呈现出一定的软化特性;基于Kondner双曲线模型,对原状Q3黄土进行应力应变归一化分析,含水率为5%和10.2%的Q3黄土在400 kPa以下的围压下不存在归一化性状,含水率为17%的Q3黄土在300 kPa以上的围压下存在归一化性状,含水率为22%、27%和32%的Q3黄土在200 kPa以上的围压下归一化性状较显著;通过比较,选用初始切线模量或极限偏应力作为延安原状Q3黄土的归一化因子,归一化效果较好;建立了不同含水率下延安原状Q3黄土应力应变关系的归一化方程,其预测值与试验值较接近。该方程对延安Q3黄土相关工程设计及工程经验的验证有一定参考价值。     

Q1黄土的弹塑性软化本构模型

通过对陕西洛惠渠五洞简易盾构法施工现场取样试验，在对试验Q1黄土的应力应变曲线特性进行分析的基础上，根据弹塑性理论提出了黄土的弹塑性软化本构模型，并将模型计算与试验结果进行比较。结果表明，该模型能够较好地模拟Q1黄土的软化和剪胀性。     

干密度对黄土强度及其切线模量的影响

针对黄土土样进行了不同干密度条件下的室内静三轴试验研究,并用Duncan—Chang模型分析了实验结果,讨论了黄土的强度及其切线变彤模量与十密度的内在联系。结果表明：在其他条件相同时,黄土的粘聚力、内摩擦角及抗剪强度均随千密度的增大均呈增大趋势,且在干密度较大时表现为略微的应变软化,干密度较小时表现为应变硬化;黄上的切线变形模量随干密度的降低而减小,随应变的增加而减小,当轴向应变达到0．03左右时,切线变形模量几乎减小到零。     

煤矿立井井壁与围土相互作用的实验研究

在自行改造、加工的高应力单剪仪试验系统上对饱和砾砂、粗砂、中砂、细砂同混凝土界面的剪切特性进行了一系列试验研究.通过对试验数据的分析发现,高应力下界面的本构关系可以采用非线性弹性-理想塑性模型,非线性弹性阶段与双曲线模型较一致,界面的强度准则符合无粘聚力的库仑公式,在此基础上导出了界面单元的弹塑性矩阵.对包括弹性和塑性2个变形阶段的情况,采用初应力法得到了修正的弹塑性矩阵.     

骨料形状对混凝土拉伸强度的影响

运用Monte-Carlo方法模拟产生了由骨料、水泥砂浆基体和两者之间的胶结带组成的三相复合材料混凝土试件,采用各向同性的Mazars损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化过程,利用有限元方法分别进行了混凝土二、三、四级配圆形、多边形骨料试件的单轴拉伸数值模拟.试验结果表明:同一级配任意多边形骨料试件的极限承载力总体上要大于圆形骨料试件的承载能力;二、三、四级配混凝土试件强度依次递减;在应力-应变曲线的软化阶段,圆形骨料较多边形骨料试件软化曲线平缓;多边形骨料混凝土试件的脆性指数较圆形骨料混凝土试件的脆性指数高.