基于粘弹塑性模型的高边坡蠕变分析

文章基于Burgers蠕变模型与带拉伸截止限的Mohr-Coulomb塑性屈服准则组合而成的复合粘弹塑性模型--Cvisc模型,建立某水库大坝左坝肩高边坡的三维边坡有限差分法分析模型。分析某蠕变体边坡长期蠕变的变形监测资料,并反演分析得到计算模型各岩层蠕变参数,据此研究蠕变体边坡的变形,为边坡的加固处理提供基础资料和参考依据。

基于弹塑性模型的某舰炮抽壳力仿真计算

舰炮射击后药筒贴膛力对抽壳初速存在重要影响,贴膛过程药筒表现出弹塑性大变形特性,且沿口部至底部贴膛极不均匀,简化的二维模型及薄壁圆筒解析模型已经不能满足定量的分析需求。建立了基于弹塑性抽壳过程动力学仿真模型,采用Johnson-Cook本构模型描述药筒弹塑性大变形行为,通过仿真计算获取药筒及炮膛动态应力应变、接触力及摩擦力等参量,分析了药筒动态贴膛规律及受力特性。仿真结果表明,舰炮射击过程药筒经历贴闩、径向自由膨胀至贴膛、贴膛后与炮膛协同变形及回弹至平衡态四个阶段,平衡状态后抽壳阻力不再变化,保持在13320N左右,抽筒子作用于药筒后抽壳初速最高达到18.9m/s,该抽壳初速满足了舰炮高速连发的设计性能要求。

一种状态变量相关的非饱和接触面弹塑性模型及验证

为研究非饱和土与结构的接触问题,基于状态相关概念和临界状态理论,以净法向应力和吸力为应力状态变量,在考虑吸力对屈服函数、流动法则和硬化定律等影响下,建立了非饱和土-结构接触面的弹塑性模型。通过砂土-钢和砂土-土工织物两种接触面的剪切试验结果,对模型的可靠性进行了验证。结果表明:该模型可描述不同初始状态的土-结构接触面力学行为,还能预测不同边界条件下(常法压、常刚度和常体积)接触面的剪应力、法向位移和应力路径变化。在此基础上,对不同吸力下的非饱和粉土-钢和风化花岗岩土(CDG)-混凝土接触面的剪切结果进行预测,发现随着吸力的增大,接触面峰值强度增大,应变软化和剪胀特征愈加明显,且由剪缩到剪胀转换的相变点所对应剪切位移减小。与已有模型相比,该模型参数更容易确定,计算的峰值强度和临界应力更接近实测值,且能反映峰值强度对应剪切位移随吸力减小的趋势,说明该模型能更好地考虑吸力对接触面峰值强度、临界状态和硬化特征的影响。

岩石粘弹塑性模型的研究

根据岩石粘聚力在流变中的作用提出了新的流变机理,建立了新的一维粘弹塑性本构模型,推导了相应的一维蠕变本构关系和相应的一维松弛本构关系,并对蠕变实验结果进行了模拟,结果表明该模型能够反映岩石流变的全过程和模拟岩石蠕变中的第三蠕变,可以避免建模中的模型识别过程,反映岩石流变的机理,物理意义明确,适用范围广。实验证明该模型是合理的。

门架式双排抗滑桩的弹塑性模型与计算分析

门架式双排抗滑桩的计算模型大部分将桩排间岩土体视为弹性材料,而岩土体为弹塑性材料,使得抗滑桩内力、位移计算结果与实际情况相差较大。假设桩排间岩土体为弹塑性材料,提出一种弹塑性计算模型,该模型将桩排间岩土体看作线弹性单元和塑性单元的组合,根据结构力学知识、土的本构关系和数值分析方法建立一种计算前后排抗滑桩内力的计算方法。首先,由已知的桩顶位移,并结合结构力学位移法求出桩间土总应力。根据Lade-Duncan模型导出这两个单元的基本参数,然后,结合数值分析方法计算出抗滑桩的内力,最后,结合工程实例,运用ANSYS有限元软件进行计算分析,得出门架式双排抗滑桩的内力图。对比监测数据和弹性模型计算结果表明,弹塑性模型的计算结果比弹性模型更加接近监测值。

岩体弹塑性模型力学参数对位移的影响度研究

弹塑性位移反分析可归结为对一个极值问题的优化求解。但在求解该极值问题前,须先确定其目标函数的影响因素,即确定弹塑性位移反分析问题的可反演参数。采用连续介质快速拉氏分析(FLAC)对地下采场进行数值模拟计算,采用正交试验设计法确定模拟计算方案,采用数理统计分析法研究岩体弹塑性模型力学参数对地下采场顶板中点坚向位移及侧帮中点水平位移的影响度,建立了影响度评价方法,确定了弹塑性位移反分析问题的可反演参数。

卸载岩体脆弹塑性模型在高边坡开挖分析中的应用

基于岩体开挖的卸载特性,引入岩体的加卸载判断准则,建立了卸载岩体的脆弹塑性本构模型,并应用于小湾水电工程坝肩槽开挖高边坡的稳定性分析,揭示了该边坡的开挖卸载效应,以及工程的整体稳定性。

非饱和土的清华弹塑性模型

为研究土在非饱和增湿情况下的应力、应变和强度关系,提出将含水率引入清华模型的硬化参数中建立非饱和土的清华弹塑性模型。通过在干土中掺加冰屑的方法进行增湿试验,表明该模型可以预测不同含水率的非饱和土的应力-变形和强度关系,从天然风干状态增湿到其他含水率的应力-应变全过程的计算结果也与试验结果相符合。将含水率直接引入弹塑性模型而不去研究复杂的基质吸力,可能是非饱和土本构模型工程应用的一条简便途径。

初始应力各向异性土的弹塑性模型

剑桥模型沿球应力轴 ( p轴 )等向塑性体变硬化 ;在日本广泛采用的关口—太田模型沿初始固结线 (K0 线 )不等向塑性体变硬化。三轴试验数据表明 :自K0 状态向伸长方向剪切时 ,前者方法计算的体积应变偏小 ,而后者方法计算的体积应变偏大。作者提出一种介于上述两者之间、考虑初始应力各向异性 (如K0 固结 )的不等向塑性体变硬化弹塑性模型。为了使模型在三维应力下较好地反映土的强度和变形特性 ,模型的剪切屈服准则使用SMP准则。模型的土性参数与剑桥模型一样 ,其预测值与粘土实测值的比较表明 ,提出的模型是简单合理的 。

井壁稳定的弹塑性模型及其应用

建立了直井在均匀水平地应力作用下的弹塑性模型 ,并推导了坍塌压力、破裂压力的计算公式。在此基础上编制了井壁稳定弹塑性分析软件 ,并在江苏油田盐城地区盐城 3井中进行了初步应用 ,结果表明 ,地层坍塌压力的预测结果与现场实际非常一致。

三维弹塑性模型在路堤软基固结分析中应用

针对基于SMP准则改进的剑桥模型(MCC-SMP),采用弹性预测和塑性修正两阶段的回映算法,给出了应力更新算法,根据其算法编制了非线性有限元子程序,进行了三轴压缩、三轴伸长及平面应变等单元试验问题的数值模拟,通过数值分析和试验结果的对比,验证了子程序的精度;采用该本构模型,对澳大利亚某试验段路堤软土地基固结进行了三维有限元分析,重点分析和对比了孔压、沉降及水平位移的变化规律。

基于无损弹塑性模型的混凝土损伤定量分析

通过对混凝土σ-ε全曲线的损伤机理分析,比较了理想无损弹塑性模型与实际混凝土材料的σ-ε全曲线,并基于此得到了一种简便的混凝土损伤演变方程,在此方程中损伤量仅取决于相对应力水平.算例结果表明,本文方法不但具有较高的计算精度,而且具有较广的使用范围.

往复荷载下软土的边界面广义弹塑性模型

针对往复荷载作用下软土变形和孔压发展的特点，应用能模拟低应力水平下塑性变形的边界面模型，将其线弹性卸载过程改进为弹塑性，建立了软粘土的边界面广义弹塑性模型。最后对该模型进行了试验验证，以表明其可靠性。

基于广义位势理论的土的数值弹塑性模型及其初步应用研究

广义位势理论从数学角度出发建立土的本构模型,可克服传统本构理论的不足,而又同时包含了传统理论作为其特例,从而为土的本构模型研究提供新的和适用性更广的理论。以广义虎克定律为基础的邓肯-张模型以其简单方便、参数确定容易且有明确的物理意义而得到广泛的应用,而其最大缺点则是不能反映土的剪胀性;此外,邓肯-张模型采用双曲线函数拟合试验曲线也有一定的局限性。为保留其参数确定简便的优点,并弥补其不足,基于广义位势理论建立了数值弹塑性模型。该模型保留了邓肯-张模型在参数确定方面的简单性,同时由于采用了广义位势理论来建模,不再受广义虎克定律的限制,因而可弥补邓肯-张模型在反映土体剪胀性方面的缺陷。此外,该模型采用数值手段来表示试验曲线的建模方法,可以克服邓肯-张模型采用双曲线函数表示试验曲线方法的局限性,具有更为广泛的适应性。通过对一碎石桩复合土体三轴试验结果的数值模拟表明:基于广义位势理论的数值弹塑性模型计算与试验结果吻合良好,且在反映碎石的剪胀特性方面优于邓肯-张模型,从而初步证明了该模型的合理性及优越性。

考虑孔隙水压力作用的岩土体弹塑性模型及其有限元实现

岩土工程中孔隙水的作用一直是工程安全稳定分析中不容忽视的问题。基于Viesca提出的考虑饱和孔隙水压力作用的孔隙弹塑性模型,推导其在满足D-P准则的理想弹塑性情况下的具体形式。对于不排水条件,饱水状态下材料强度参数被等效化,使得屈服面的形状发生改变,同时根据最近点投影法确定其在弹塑性计算中的本构积分策略。不排水孔隙水压力对岩土体的塑性响应的影响得以表达,而对结构的稳定性的影响通过基于过应力概念的不平衡力反映出来。基于该模型开发非线性有限元程序Pore Tfine,选取非均质边坡降雨入渗下的稳定问题作为算例验证其实用性,边坡随降雨作用的非平衡演化过程得到研究。Skempton系数的增大对连续降雨条件下边坡有弱化作用,对其稳定性不利。

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kp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K0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。

粒状材料的一个实用弹塑性模型

提出了一个适用于粒状材料的简单而实用的弹塑性模型。该模型通过对修正剑桥模型进行改进,能够反映三维应力状态下的剪胀剪缩性和变形、强度的平均应力依存性。模型参数可由邓肯-张模型参数换算。用建议模型对某土石坝的石渣料进行了预测和比较,结果表明,模型能够合理地预测粒状材料的变形和强度特性。

上海软土各向异性弹塑性模型

根据同济大学真三轴仪所做的上海典型软土的排水试验、Kirkgard和Lade真三轴仪所做的旧金山湾淤泥的不排水试验资料,以及日本太-关口(Ohta-Sikiguchi)模型,提出上海各向异性弹塑性模型(简称上海软土模型),该模型包括形状函数、屈服函数、应力-应变关系。为了证明模型的合理性,从理论和试验中对形状函数和屈服函数进行了检验。最后,提供了上海软土模型的有关参数。

岩土力学弹塑性模型参数反演中的灵敏度分析

参数反演是施工过程安全性分析的一个重要研究内容，而位移对参数的灵敏度计算是其关键。线性模型灵敏度分析早已有了成熟的研究，与线性模型相比，弹塑性模型参数的位移敏度分析却一直未得到很好解决。本文以能较好模拟土壤弹塑性力学行为的ＤｒｕｃｋｅｒＰｒａｇｅｒ准则为例，通过引入应力空间下的自然坐标系，将应力球量与应力偏量进行分解，从而导出一个有限元计算中位移对参数灵敏度的闭合形式公式。