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.     

考虑固结路径影响的天然沉积土不排水剪切试验研究

针对传统等向固结剪切试验不能反映实际工程中的非等向变形和强度特性的局限,采用GDS应力路径三轴试验仪,对天然沉积结构性软黏土进行了不同固结条件下的不排水剪切试验,探讨不同应力路径对天然沉积土不排水剪切特性的影响.结果表明:相同的平均有效固结应力下土体偏压固结后剪切阶段应力-应变关系曲线的峰值强度大于等向固结的峰值强度;固结过程偏应力的存在提高了土体的总应力强度指标,当控制固结压力终值的剪应力相同时,偏压固结的强度包线相对于等向固结将平行上移;等向固结下当固结压力大于结构屈服压力时,有效应力路径与屈服面具有相似性,剪切屈服破坏后有效应力路径沿着临界状态线下滑;偏应力固结后剪切过程中有效应力路径的走向相对于等向固结发生了向右偏转.     

排水循环剪切条件下砂土体变特性试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对饱和福建标准砂,在各向均等与三向非均等固结条件下,进行了排水循环扭剪试验.通过试验讨论了初始主应力方向、相对密度和剪应变幅度对排水条件下饱和砂土体积变化特性的影响.研究表明:循环剪应变幅度和相对密度显著地影响饱和砂土体积变化规律,循环剪应变幅度越高,相对密度越大,越易于发生剪胀.在三向非均等固结情况下,饱和砂土在排水循环剪切条件下的体变特性密切地依赖于砂土的初始主应力方向.不同初始主应力方向时应力-应变关系表现出不同的变化模式,体积变化累积规律的具体模式取决于正应力水平与垂直平面上所存在的初始剪应力.     

多种应力路径条件下上海粉细砂的室内试验

通过多组排水条件下不同应力路径的平面应变压缩试验对上海粉细砂的变形强度特性进行了研究,试验结果表明:上海粉细砂的剪应变、体应变、塑性剪应变、塑性体应变、塑性功受应力路径的影响都比较明显,不能作为合适的硬化参数.根据多应力路径平面应变压缩试验结果提出了与应力路径不相关的修正塑性功参量及上海粉细砂本构模型的剪切硬化函数.     

超弹性形状记忆合金简化多维本构模型

建立简单有效的多维本构模型是形状记忆合金(SMA)工程应用的关键问题之一.在NiTi形状记忆合金丝拉伸实验的基础上,根据Brison模型的相变动力学方程,得出了相变应力与加载条件的关系. 借助线性化方法,建立了SMA超弹性简化一维本构模型;基于塑性理论,将马氏体体积分数作为状态变量之一,推导了SMA超弹性简化多维本构模型,应用该模型对超弹性SMA进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较.分析结果表明:理论模型曲线与实验曲线接近,理论模型能够较为准确地模拟形状记忆合金的屈服机制和耗能能力.该本构模型可以用于模拟复杂荷载条件下的SMA超弹性特性.     

上海粉细砂修正塑性功双硬化弹塑性本构模型

基于多组排水条件下不同应力路径的平面应变压缩试验结果,结合等向加载—卸载的三轴试验数据,提出了上海粉细砂应力路径不相关的修正塑性功剪切—体积双硬化函数,并在此基础上构筑了上海粉细砂的双硬化弹塑性本构模型.数值计算与试验结果的比较表明,所提出的双硬化本构模型能比较合理地反映上海粉细砂的变形和强度特性.     

基于热力学方法的甲烷水合物沉积物本构模型

甲烷水合物沉积物的力学特性研究尚处于起步阶段,较系统的试验数据仍然不够充分,能够描述甲烷水合物沉积物力学特性的本构模型也不多.基于热力学原理和临界状态的概念的本构模型,可以自动满足热力学定律,其流动法则和屈服函数都可以很自然地从耗散函数中导出.首先介绍了基于热力学方法的甲烷水合物沉积物本构模型,并利用已有的甲烷水合物沉积物的三轴试验数据对模型进行了验证,进一步地应用该模型分析应力间距比对甲烷水合物沉积物力学特性的影响,强调应力间距比和屈服面形状在模型构造中的重要性.模型参数分析表明,应力间距比对甲烷水合物沉积物排水和不排水应力-应变关系、有效应力路径以及剪胀关系都有明显的影响.     

基于修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法及其验证

提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替扩展Masing法则中的"上大圈"准则,并通过南京细砂原状土样的共振柱试验,提出了考虑初始有效围压对初始剪切模量和参考剪应变的修正公式.利用ABAQUS显式开发模块,实现了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法.对饱和南京细砂进行排水循环三轴试验,给出了南京细砂的Byrne孔压增量模型参数;对饱和南京细砂进行了不排水循环三轴试验和三维数值仿真的比较研究,发现该子程序能够较好地模拟南京细砂的振动孔压发展过程,合理地反映土体的液化特性,从而验证了本文提出的有效应力算法的合理性.     

粗粒土初始各向异性弹塑性模型

基于黏土的初始各向异性研究成果,提出一个适用于粗粒土的弹塑性模型.该模型屈服面为旋转的椭圆,采用考虑塑性体应变和塑性剪应变耦合的两个硬化参数,即表示屈服面大小的硬化参数κ0和旋转硬化参数α.模型能较好地反映初始及后续各向异性状态下粗粒土的剪胀性.利用双江口堆石坝覆盖层砂卵砾石料,进行了岛固结排水剪和K0固结不排水剪大三轴试验,并用试验结果对模型进行了初步验证.研究结果表明:模型能够合理地预测粗粒土的变形和强度特性.     

铁电-铁弹材料的非线性本构关系及其有限元实施

分析了铁电-铁弹材料在极化过程中的滞回曲线, 根据以往的实验结果提出了一系列假设, 建立了电致屈服与应力屈服准则和等向强化模型, 提出了在屈服阶段增量形式的流动法则, 用唯象的方法提出了力-电耦合的非线性本构关系, 推导了适用于有限元计算的非线性本构关系的矩阵格式. 计算了矩形的铁电-铁弹材料试件在电场作用下从初始未极化状态至过极化状态, 然后在单轴压力作用下的去极化过程. 并与实验结果进行了比较.     

滨海软黏土蠕变特性的三轴试验

为探讨天津滨海典型软黏土的蠕变特性,利用英国GDS动三轴试验系统,开展了考虑围压、加荷比以及排水条件等因素下的三轴蠕变试验研究,得到了不同条件下滨海软黏土的应力．应变．时间关系曲线．试验结果表明：天津滨海软黏土具有非线性蠕变特性,其蠕变变形演化特征受结构性制约,低围压条件下,蠕变等时曲线近似为线性,无明显的屈服特性;当围压较大时,蠕变等时曲线呈现折线特性;排水条件下的蠕变等时关系曲线比不排水条件下的非线性程度明显,排水条件下其体变性状总体上表现为剪缩,蠕变变形速率和变形量均低于不排水条件;不排水条件下软黏土的初始蠕变变形速率和变形量与围压和加荷比有关,相同偏应力水平下,固结压力越大,初始蠕变速率越大,达到稳定蠕变阶段的时间越短,蠕变变形量越小;初始固结压力一致时,加荷比越大瞬时蠕变速率越大。破坏应力值越小．     

各向异性条件下深基坑抗隆起稳定性分析

考虑初始不等压固结状态引起的不排水剪强度的各向异性，反在本构方程基础上得到的正常固结和超固结粘土的不排水剪强度应用到深基开挖抗隆起稳定的分析中，得到稳定安全系数公式，针对典型上海软土进行分析，并以工程实例加以验证。     

不排水条件下全风化花岗岩残积土工程特性与本构模型

通过土工试验对不排水剪切条件下的饱和松散砂质土的工程特性进行了探讨 ,发现其在剪切时的应力 -应变关系呈现出加工软化特性 ,土体超过峰值强度后最终达到了变形的稳定状态 .基于稳定状态概念 ,将临界土力学理论与非线性应力 -应变关系相结合 ,建立了非线性应力 -应变 -临界状态本构模型 .采用香港钻石山地区全风化花岗岩残积土的不排水三轴试验结果 ,确定了有关模型参数 ,验证了所建议本构模型的合理性     

饱和软粘土固结、蠕变变形和应力松弛规律

本文通过室内试验着重研究饱和软粘土在排水和不排水条件下简单加载和重复加载时的固结、蠕变规律,在排水条件下土体静止侧压力系数K0(t)的历时降低规律．以及土体的剪应力松弛规律和松弛过程中侧压力系数历时增长的规律．并且介绍了以上这些规律的工程应用价值．     

基于上海软土模型暗挖法隧道施工的力学特性

为了将暗挖法推广至软土地层轨道交通车站建设,上海市以轨道交通14号线桂桥路车站渡线段为试验段,首创性地采用管幕暗挖法进行地铁车站的施工。依托此工程,将上海软土精细化本构模型用于暗挖法施工数值模拟中,研究了基于上海软土模型的暗挖法隧道施工位移、应力、应变等力学特性。结果表明：开挖阶段地层主要发生了沉降变形,最大变形发生位置基本保持在车站中心的位置,最终地表变形趋于对称分布;开挖完毕后,横断面上的剪应力分布呈现对称性,在开挖土体左肩和右肩部位易产生应力集中;开挖过程中,开挖土体周围的体积应变云图基本呈对称分布,开挖土体上方体积应变最大,表明开挖土体上方塌方风险极高;运用上海软土模型的模拟结果更加接近实测值,这是由于上海软土模型采用的参数能更精细地反映上海地区软土的超固结性、结构性、各向异性等特征。     

重塑非饱和黄土等p剪切试验

探讨了重塑非饱和黄土等p剪切试验过程的破坏特性、屈服特性和水量变化特性.做了2种不同干密度的净平均应力和吸力等于常数、偏应力增大的三轴排水剪切试验.结果表明:破坏应力随吸力增大而增大;得到了一种确定等净平均应力剪切条件下屈服应力的新方法,q-s平面上的加载湿陷屈服线形状与p-s平面相似;土-水特征曲线依赖于偏应力,建立了含水量-吸力-净平均应力-偏应力形式的土-水特征曲线.     

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.