论岩土塑性体应变与剪应变的相互作用原理

对岩土塑性变形过程中体应变与剪应变的相互作用原理的内涵做了深入的阐述，特别对塑性体应变和剪应变之间的相互作用方式，塑性体应变对抗剪能力的直接控制作用，剪缩和剪胀发生的条件，应力路径相关性是这种相互作用的综合体现及实例验证，临界状态是塑性和弹性体应变都保持不变的纯粹剪切变形过程等方面进行了论证；根据这个相互作用原理，在理论上证明了空间临界状态线的存在性和唯一性以及它与应力是无关的。     

岩土材料屈服轨迹的弯曲及相关问题

基于岩土材料塑性体应变与剪应变之间的相互作用原理,讨论了岩土材料屈服轨迹的弯曲原理,并构建了本构场方程.在此基础上研究了塑性体应变和剪应变增量的方向性、非关联流动法则及应力路径相关性等问题.研究发现:由三轴实验获得的体积和剪切屈服轨迹都是弯曲的,证明了塑性体应变和剪应变之间的相互作用存在且是岩土材料变形特性产生的主要原因,塑性体应变和剪应变增量方向不再分别与p-q应力平面中P和q轴的方向始终重合;无须使用非关联流动法则.     

非饱和土有效应力原理的探讨

通过对饱和土和非饱和土的有效应力原理的对比分析，以及非饱和土的土颗粒模型研究，总结了非饱和土的Bishop有效应力公式在理论上和应用上的不足。提出应当分别考虑外加应力和吸力对土样变形与强度的影响，推导出非饱和土的广义有效应力原理，并提出试验验证的基本思想。     

非饱和土力学行为的三维离散元分析

基于离散单元法颗粒流理论,土体颗粒单元间采用Hill接触模型来考虑非饱和土中吸力的作用,建立了非饱和土的颗粒流模型。根据室内试验结果对模型细观参数进行标定,开展了固结排水三轴剪切试验离散元数值模拟,揭示了在不同围压和吸力下,模型试样的应力-应变关系与强度特性等宏观力学性质以及细观信息平均配位数的变化规律。根据不同吸力下的莫尔-库伦破坏包线,建立了吸力与抗剪强度参数之间的关系。此外,通过标定室内试验结果中不同含水率下的应力-应变曲线,建立了Hill模型中吸力与含水率的关系。研究结果表明：Hill接触模型可以较好的模拟非饱和土的力学行为,可为非饱和土的离散元模拟提供参考。     

黄河冲积粉土的吸力和强度特性关系

采用GDS非饱和三轴仪对黄河冲积粉土击实土样进行同时控制净室压力和吸力的三轴剪切试验,研究了吸力和土样强度之间的关系.试验结果表明,非饱和与饱和土样均呈现出应变硬化的双曲线形应力-应变关系;非饱和状态下土样的内摩擦角近似等于饱水状态下的有效内摩擦角,同时总黏聚力随吸力增加而线性增大;随着吸力的增大,土样的强度提高,说明吸力对土体具有强化作用;土样临界状态线的斜率是一个与吸力无关的常数,临界状态线在q轴上的截距μ反映了吸力对强度的贡献,对该击实粉土,μ和s呈线性关系.     

吸力控制下非饱和粉土的动力变形特性

利用美国GCTS公司生产的吸力可控USTX-2000全自动非饱和土/饱和土动三轴仪, 在控制吸力条件下对非饱和粉土的动力变形特性进行试验研究. 开展循环荷载下的动力变形试验, 得到了非饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比. 试验结果表明: 在动荷载作用下, 吸力控制下的非饱和粉土动应力应变关系骨架曲线呈双曲线形, 且吸力越大, 骨架曲线越高; 非饱和粉土的动弹性模量随吸力的增大而增大, 但没有净围压增大效果显著; 非饱和粉土的阻尼比随吸力的增大而减小, 但减小幅度没有净围压增大那样显著; 非饱和粉土的动应力应变关系骨架曲线、动弹性模量以及阻尼比随吸力的变化规律可用非饱和土的平均骨架应力值的变化解释.     

非饱和土特性对朗肯土压力的影响

为研究非饱和土物理力学性质,进行了粉质黏土的物性指标试验、饱和三轴试验和土-水特征曲线试验。基于Fredlund非饱和土抗剪强度准则和饱和土朗肯土压力理论,得到非饱和土土压力计算方法和公式。运用所得公式和试验成果分别研究基质吸力、地下水位和渗流状态对非饱和土土压力的影响,分析土压力变化规律。研究结果表明:基质吸力对总主动土压力、总被动土压力的作用相反,在基质吸力影响下,被动土压力变化幅度可达300 k N/m;考虑基质吸力作用时,地下水位变化对土压力影响明显增大;从蒸发到入渗状态,被动土压力下降幅度大于主动土压力增长幅度。     

吸力控制下非饱和土的动力特性

以非饱和粉砂为研究材料,利用非饱和土动三轴仪,在3种不同净应力和5种不同基质吸力的工况下,对试样进行循环荷载下的动三轴试验,得出了非饱和粉砂的动弹性模量与阻尼比,并讨论了它们随着动应变、净应力、基质吸力的变化规律:1)在净应力和基质吸力一定的情况下,动弹性模量随着动应变的增大而减小,阻尼比随着动应变的增大而增大;2)在净应力和动应变一定的情况下,动弹性模量随着基质吸力的增大而增大,阻尼比随着基质吸力的增大而减小;3)在基质吸力和动应变一定的情况下,动弹性模量随着净应力的增大而增大,阻尼比随着净应力的增大而减小.     

考虑体积质量变化时非饱和土的土压力系数

利用非饱和土的双应力状态变量表示方法，各向同性和线弹性非饱和土的本构方程以及饱和度与基质吸力之间的关系，建立了非饱和土在考虑基质吸力和体积质量沿深度变化时的静止．主动和被动土压力系数表达式。通过数值积分求出了考虑不同因素作用时的三种土压力系数，并得到以下一些结论：非饱和土的土压力系数不仅与相应的饱和土参数有关，还与深度和基质吸力的分布有关；压力系数在较浅处一般较小，随深度的增加而增大，且三种系数均有在一定深度范围内为零即在地面产生裂缝的可能，主动情况下裂缝深度最大；基质吸力沿深度线性减小时的土压力系数最接近饱和时的土压力系数，且基质吸力减小的越快。两种压力系数越接近。     

阿勒锦岛岸坡非饱和土土-水特性曲线实验研究

研究基质吸力与含水率或饱和度的关系,对天然岸坡无堤利用具有重要意义。采用TFB-1型非饱和土应力应变控制式三轴仪,对阿勒锦岛天然岸坡非饱和原状土土-水特征曲线及变化规律进行实验研究。运用两种实验方法进行对比,采用轴平移技术控制基质吸力,用Van Genuchten模型对土-水特征曲线作拟合分析。结果表明:非饱和土体积含水率随着基质吸力的增加而递减,逐渐趋于稳定值,约为15%,当体积含水率小于15%后,非饱和土的抗剪强度将逐渐提高;整个土-水特征曲线呈现"S"形,符合经典土-水特征曲线大致趋势,且具有明显的阶段性特征。     

The Principle of Interaction between Plastic Volumetric and Shear Strains for Unsaturated Soils

The principle of interaction between plastic volumetric and shear strains for rock and soil has been extended to the field of unsaturated soils. Two new interactions of suction-plastic volumetric strain and pore air pressure-plastic volumetric strain appear in the unsaturated state of a soil except the interaction between plastic volumetric and shear strains. It is very important to find that the suction possesses a dual property, which is the origin of generating its special functions. Thereby the effect of the suction on volumetric strain includes two opposite aspects. By means of this property of suction, the physical significance of effective stress parameter, effects of suction on volume change and preconsolidation pressure, and the mechanism of collapse upon wetting all can be explained. In addition, it is theoretically proved by application of this principle of interaction that the critical state line for unsaturated soils exists, and is unique and independent of the stress history.     

Principle of Interaction between Plastic Volumetric and Shear Strains and the Constitutive Model for Geotechnical Materials

Here is proposed the principle of interaction between plastic volumetric and shear strains, revealing the main origin of generating the complexity and variety of deformations for geotechnical materials. Here are also explained the manners of the interaction between plastic volumetric and shear strains and the conditions of generating shear dilatancy. It is demonstrated that dependency of the stress path exists and is a combination of effects of this interaction. According to this principle, it is theoretically proved that the space critical state line exists, and is unique and independent of the stress history. Based on this principle, the constitutive models that are able completely and accurately to characterize the basic behavior features for geotechnical materials have been constructed within the framework of thermodynamics. What is determined is a general expression of the constitutive relation as well as the inequality of the dissipative potential increment for obeying the second law of thermodynamics.     

基于土水特征曲线的非饱和土强度预测研究

土水特征曲线反映了非饱和土体中的基质吸力与含水量,或者饱和度之间的关系,在非饱和土的渗流、强度、扩散等诸多方面的研究都会涉及土水特征曲线的相关理论。在前人研究的基础上,分析了土水特征曲线产生滞回效应的微观机理,将基质吸力产生的负压力对应于土颗粒间所产生正应力的增量,将体积含水量引入抗剪强度增量公式。认为非饱和土的强度分为土体处在饱和状态时的强度以及由于基质吸力所引起的强度增量两个部分,提出了非饱和土的强度预测公式;并通过定义等效含水率对公式进行修正。通过选取的四种材料参数对所提出的公式进行验证,结果表明强度预测公式与实际情况吻合良好,所提公式具有一定的适用性。在此基础上较为系统地分析了基质吸力对非饱和土体强度的贡献。     

Theory of Numerical Modeling of Constitutive Relation for Geotechnical Materials

Under the direction of the principle of interaction between plastic volumetric and shear strains, the general expression of constitutive relation for geotechnical materials has been derived within the framework of irreversible thermo- dynamics. The constitutive modeling, in fact, is an inverse problem that belongs to the medium inverse problems of model identification, which is expressed as a reversion of coefficient of differential equation. Thus the constitutive modeling of geotechnical materials will become the reversion of coefficient functions of the general expression of constitutive relation, which is carried out in the stress field （p,q） by means Of numerical techniques, so that is called numerical modeling. Applying the numerical modeling, a number of plasticity-based models for clay and sand have been obtained, which are able to characterize the fundamental features of deformation for geotechnieal materials. In addition, the approach of numerical modeling also can be applied to the situation of unsaturated soils by means of the Bishop＇s effective stress formula and Khalili＇s expression of effective stress parameter.     

非饱和土强度非线性及对被动土压力的影响

为研究非饱和土强度的非线性及其对被动土压力的影响,文中在介绍非饱和土强度非线性研究进展的基础上,结合分段抗剪强度公式拟合了一个高吸力抗剪强度参数,并将这一参数应用于非饱和土被动土压力的计算。研究结果表明:高基质吸力具有双重影响,按减小影响和增大效应间的相对关系可分为3种情况,所对应的被动土压力随着基质吸力的增大,或逐渐减小并最终趋于稳定,或略有增加,或大幅度增加,这实际反映的是高基质吸力下非饱和土强度的非线性规律。     

非饱和土抗剪强度的研究

非饱和土强度一直倍受理论界和工程界的广泛关注.该文比较Bishop和Fredlund等常见的非饱和土强度公式的优缺点.基于Mohr-Coulomb准则,通过一种有效应力和土水特征曲线推导出一种新的非饱和土强度公式.该式既考虑吸力对强度的贡献,也兼顾了饱和度对强度的影响.由GDS三轴仪进行了非饱和膨胀土的剪切试验,并与相关的试验进行比较,结果表明该非饱和土强度公式是合理和有效的.     

厦门地区非饱和残积土抗剪强度的试验研究

非饱和残积土是厦门地区诸多填方工程的工程用土,而岩土工程的强度与稳定性问题都涉及到非饱和土的抗剪强度及其指标.采用滤纸法测定非饱和残积土的基质吸力,通过一系列的直接剪切试验,测定不同初始含水量状态下土的抗剪强度及其强度指标.试验结果表明:基质吸力随着含水量、体积含水量或饱和度的增加而减小.当含水量小于16%,体积含水量大于35%或者饱和度大于70%时,基质吸力对含水量的变化非常敏感.在低基质吸力区,抗剪强度随着基质吸力的增加显著增加,表观粘聚力随基质吸力的增大而线性增加;在高基质吸力区,强度随基质吸力的增加变化不大,表观粘聚力的增长速率减小.表观内摩擦角仅在基质吸力较小时增加而后可近似为某一定值.     

基于微结构定量分析的非饱和土广义有效应力原理

为解决各种概念分歧,采用神经网络方法建立了非饱和土的广义吸力模型．该模型理论突出了土的微结构效应,将微结构状态和含水量状态结合起来研究非饱和土的吸力和有效应力,认为广义吸力由土体微结构和含水状态惟一确定。