湿陷性黄土的增湿结构性非线性本构模型

本文通过对西安青龙寺Q3黄土在不同含水率和固结围压时常规三轴剪切试验结果的分析,建立了能够反映增湿和加荷藕合以及剪切变形过程中结构性变化的非线性本构模型。     

基于综合结构势的黄土结构性非线性本构模型研究

非线性本构模型由于其原理简单,计算方便,所以是当前工程界普遍采用的本构模型之一;但是当其应用到黄土区域工程计算时,由于结构性的存在,使得采用非饱和本构模型模拟出的结果与实际存在一定的差距。为了解决上述存在的问题,以黄土为研究对象,基于综合结构势的思想,首先分析了三轴压缩应力作用下的黄土的结构性宏观应力应变特性及其综合结构势的变化规律;进一步将综合结构势引入引入现有的非线性本构模型,建立了考虑结构性的黄土的非线性本构模型;最后通过与试验数据的对比分析,验证了该模型的合理性及预测结果的准确性。     

基于塑性理论的湿陷性黄土本构模型

基于塑性理论,推导出湿陷性黄土湿陷变形本构模型,给出其矩阵表达式.基于ADINA分析软件,开发湿陷性黄土湿陷变形本构模型,给出湿陷性黄土湿陷本构模型开发方法及步骤.结合工程案例进行湿陷变形计算和固结分析,并用实测结果与大型非线性有限元软件ADINA模拟值进行比较.结果说明,该湿陷本构模型用于大厚度湿陷性黄土地区的分析和湿陷变形计算是可行的.     

考虑蠕变损伤的Q_2黄土流变本构模型

根据Q2黄土的流变特征,其粘弹性特性可采用五元件广义的Kelvin模型来描述,其线性粘塑性特性可用与一滑块并联的Maxwell模型来描述,而非线性粘塑性特性,可通过损伤与塑性应变的耦合作用来反映。在考虑黄土瞬时损伤、蠕变损伤及黄土粘弹塑性组合模型的基础上,应用应变等效原理,建立了蠕变损伤流变本构模型,并通过拟牛顿法确定了相应的模型参数。该模型能够较好地描述黄土的加速蠕变过程,具参数少、适用性广的特点。     

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。     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度模型

为了后续研究工作能将原状黄土结构强度在实际工程中推广与应用,本文续增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究,力图建立其结构强度的劣化模型。研究工作如下：(1)依据原状黄土压缩曲线定义黄土结构强度、残余结构强度和结构强度损伤变量等概念,并分析损伤变量可表征黄土结构强度劣化过程;(2)基于Weibull分布和损伤力学应变等价性假设,建立了以体积膨胀率作为考察变量的黄土微观取样制样扰动、吸水增湿和增湿-冻融循环耦合统计损伤模型,统计损伤演化函数及黄土结构强度损伤基本方程。(3)在试验数据的基础上,确定了模型参数,并取西安北郊某基坑黄土对模型进行验证,与试验吻合性较好,研究成果能方便指导现场工程设计和施工。     

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。     

基于结构性参数的土本构模型研究

在结构性的作用下,结构性土的力学特性与重塑土相比存在显著区别.基于结构性土的变形特性,引入结构性土的本征压缩曲线,提出了表征土体结构性的结构性因子,通过该参量推导了结构性土的体变方程,并给出了结构性因子的发展准则,结合修正剑桥模型建立了结构性土的本构模型.该模型与原修正剑桥模型相比,增加了3个参数.最后通过两种结构性土的试验数据对所提模型进行了验证,证明了所提模型的合理性.     

含两类内变量的一种非线性粘弹性本构模型

提出了描述非线性粘弹性材料微损伤演化的两类内变量,一类是描述粘性耗散的内变量,它服从Ｏｎｓａｇｅｒ原理;另一类是描述损伤耗散的内变量,它不服从Ｏｎｓａｇｅｒ原理,而由细观力学的规律确定,并在此基础上构造了一个含两类内变量的自由能密度函数,由此导出一个新的含缶伤演化的非线性粘弹性本构方程。     

黄土湿陷变形本构关系研究

根据黄土湿陷变形的结构性原理,分析了湿陷变形的塑性特性,引用增湿软化模型ZSM体作为增湿变形的力学模型,应用常规三轴浸水试验研究了不同的应力状态下湿陷性黄土在水和力共同作用下的湿陷变形特性,将增湿含水量作为内应力考虑,并由试验拟台得出湿陷体积屈服面和剪切屈服面,基于广义塑性力学原理建立了湿陷变形的增量本构模型,该模型考虑了湿陷变形中的湿陷体积变形和湿陷剪切变形以及球应力和偏应力对湿陷体积变形和湿陷剪切变形的交叉影响,反映了黄土湿陷变形的特性。     

多孔介质的细观损伤本构模型

对于多孔介质损伤本构关系进行深入的研究 .介绍了多孔介质损伤本构关系与细观结构连接的原则和方法 ,提出了一个多孔介质非线性弹性损伤本构模型 .其次 ,在 Gurson理论已有工作的基础上 ,推出了一个规则多孔介质基体服从Drucker- Prager屈服准则的近似屈服面方程 ,进而得到了相关联的弹塑本构模型 .最后 ,以裂纹密度为细观损伤变量 ,修正裂纹密度细观损伤对屈服面中偏平面上 J2 的影响 ,推出了地基土弹塑性细观损伤本构模型 .图 1,参 1     

基于伊留辛公设的Q_2原状黄土弹塑性本构模型

为了较好地模拟非饱和Q2原状黄土的剪胀性和软化性,进行了一系列非饱和Q2原状黄土室内试验,获得非饱和Q2原状黄土的物理及力学参数。结合应变空间的塑性力学理论,推导出Q2原状黄土的屈服函数和以塑性功为硬化参数的硬化规律。根据伊留辛公设和相关联流动法则,建立了应变空间的Q2原状黄土弹塑性本构模型。通过计算与试验实测值的比较,表明该本构模型能反映Q2原状黄土的剪胀性和软化性。     

岩石损伤软化统计本构模型

假定岩石微元强度服从Weibull分布,Hoek-Brown强度准则作为岩石微元统计分布变量,利用等效应变假说,经过严格的数学推导,得到了岩石在三维应力作用下的损伤统计本构模型,并用试验资料对模型进行了验证.验证结果表明:模型理论曲线和试验曲线具有较高的吻合度,能够比较好地反映应变软化型岩石的应力—应变关系和破坏的全过程.从而证明了该模型的合理性和可行性,具有广泛的应用前景.     

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。     

高强混凝土的连续损伤本构模型研究

基于高强混凝土的拉伸应力与应变全曲线及其特征点相对应参数，建立了拉伸损伤本构模型；通过理论分析提出了高强混凝土在二向与三向应力状态下拉、压两类损伤时的损伤耦合模型；根据混凝土结构总是拉裂破坏的事实，提出了用拉应变与损伤度双参量描述的损伤断裂准则，具有重要实用价值