粗粒料广义塑性模型对不同应力路径适应性研究

结合两种不同岩性的粗粒料在等σ1、等σ3、等p以及等应力比应力路径下的大型三轴试验和侧限压缩试验成果,研究了粗粒料广义塑性模型对不同应力路径的适应性.结果表明:广义塑性模型很好地反映了粗粒料变形的应力路径相关性.同时根据Roadford坝坝料的三轴试验结果得到的模型参数,对大坝进行了有限元数值模拟,计算得到的大坝填筑后的变形与实际监测结果吻合较好.表明广义塑性模型也能较好地反映土石坝施工期应力路径对坝体变形的影响.

广义塑性模型在海洋砂土中的适用性研究

为研究广义塑性模型在海洋砂土中的适应性,采用静、动三轴仪对海洋砂土进行了固结排水剪切及固结不排水循环剪切试验,根据试验结果拟合出砂土的广义塑性模型参数,并利用此参数对动模量和阻尼比试验进行了数值模拟,比较了试验结果与模型拟合结果的差异。结果表明,计算结果与试验测定的动模量、阻尼比与动应变的变化规律一致,该模型能很好地反映砂土单调加载的应力-应变特性及小应变阶段的循环加载条件下的变形特性。

基于广义塑性模型的沥青混凝土心墙坝性态分析

鉴于非线性弹性模型无法精确模拟出水工沥青混凝土非线性、剪胀性、压硬性等特性,提出使用筑坝堆石料的统一广义塑性模型来描述沥青混凝土的应力应变关系。以克孜加尔沥青混凝土心墙坝为例,建立了三维有限元模型,分别使用E-ν模型和广义塑性模型对其应力变形特性进行了分析对比。通过分析及与监测值进行比较,结果表明,广义塑性模型的预测结果能更好地吻合原型监测结果,尤其在沥青混凝土心墙的应力变形中优势更为明显。

广义塑性模型在面板堆石坝静力计算中的应用

为了探讨广义塑性模型在土石坝仿真分析中的适用性,分别采用广义塑性模型和邓肯E-B模型对卡基娃堆石坝进行三维有限元静力计算,并结合现场监测资料,对比分析了不同本构模型下堆石和面板应力变形的差异。结果表明,两种模型计算的堆石应力变形规律相似,广义塑性模型计算的水平位移和沉降远小于邓肯E-B模型,更符合实际观测资料;第一主应力比较接近,第三主应力相差较大;竣工时面板变形规律基本一致,蓄水期时面板坝轴线方向位移分布差别较大,邓肯E-B模型计算的面板挠度大于广义塑性模型。与广义塑性模型相比,邓肯E-B模型计算的面板压应力偏大、拉应力区域较大。

基于广义塑性模型的高面板堆石坝应力变形数值模拟

基于大型静力三轴压缩试验、等向压缩和卸载试验,构造了简捷的塑性模量表达式,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型。堆石料的本构模型模拟和三轴压缩试验的对比结果表明:广义塑性模型不仅能反映堆石料在低围压下的剪胀性和高围压下的剪缩性,而且能反映堆石料因颗粒破碎而引起峰值应力比和剪胀应力比的非线性变化特性。此外,有限元静力计算结果表明,坝体水平位移和沉降特性均符合高面板堆石坝的一般变形规律,量值在合理范围内。

堆石料广义塑性模型研究

通过分析试验资料和以往研究成果,修正了堆石料不同围压下剪切过程峰值应力比表达式,论述了塑性模量对平均应力的依赖性。基于广义塑性理论框架,借鉴Lade-Duncan单屈服面模型中引入塑性功定义硬化规律的思路,对塑性模量进行了修正,提出了一种改进的广义塑性模型。为了验证改进方法的合理性,塑性模量改进方法被应用于刘恩龙模型,同时使用提出的修正广义塑性模型预测了另外两种堆石料试验。不同围压下模型的预测结果与试验结果吻合较好,表明修正的模型可以较好地预测堆石料的应力–应变特性。

一个改进的堆石料广义塑性模型

在广义塑性理论框架下,通过引入两个修正系数修正塑性模量,增强了广义塑性模型在高围压条件下的适应性,成功地将砂土广义塑性模型改造成堆石料广义塑性模型。提出的修正广义塑性模型参数较少,容易确定,具有一定的实用性,并且可以推广至状态相关情况。模型中塑性模量公式简洁,可以退化成等向压缩塑性模量。模型可以很好地预测堆石料常规三轴加载应力应变关系,对等P以及等应力比路径也具有一定适应性。

堆石料广义塑性模型对不同应力路径适应性研究

针对同一系列某花岗岩堆石料不同应力路径加载试验,进行了修正广义塑性模型与修正南水模型的应力路径适应性对比研究。研究结果表明:两类模型均可以很好地预测常规三轴加载试验结果;对于等p加载应力路径试验,二者可以很好地预测强度特征,但是预测的体变偏差较大,两类模型均低估了等p试验下堆石料的体缩特性;对于等应力比加载试验,南水模型预测结果优于广义塑性模型,对剪胀(缩)规律预测较好。广义塑性模型预测结果与试验值相差较大,主要原因在于常规三轴试验下的剪胀方程并不适用于等应力比试验,采用本文建议的修正剪胀方程后,广义塑性模型对等应力比路径试验预测精度明显提高。

基于ADINA的黏土广义塑性模型二次开发及验证

大型通用有限元软件ADINA具有强大的非线性计算能力,广泛用于岩土工程数值模拟分析中.ADINA不仅自带常用岩土类本构模型,同时用户可通过子程序实现本构模型的二次开发.本文详细介绍了一个黏土广义塑性模型及其在ADINA中的二次开发过程,通过三轴试验和土层受荷算例验证所开发程序的正确性和可靠性,所述的二次开发思路可供开发其他弹塑性本构模型时参考.

黏土广义塑性模型在FLAC^(3D)中的数值实现与应用

广义塑性模型(Pastor-Zienkiewicz Model)对遭受不同应力历史的砂土与黏土具有广泛适用性。然而有关黏土广义塑性模型的二次开发研究却鲜有进展,限制了该模型在求解初始边界值问题上的应用。利用FLAC^(3D)(7.0版本)软件提供的二次开发平台(UDM)成功实现了黏土广义塑性模型的二次开发,并给出了二次开发的主要流程。二次开发的验证工作分别围绕3组土样的常规三轴试验展开,通过与试验结果的对比,其正确性得到证实。单元试验对超固结黏土应力应变行为的模拟,一定程度上补充了黏土广义塑性模型在超固结土方面研究的不足,对广义塑性模型的研究具有促进作用。通过路堤填筑数值模拟,表明该模型具有工程适用性,为解决岩土工程问题提供了新的选择。

基于广义塑性模型的加筋面板堆石坝数值模拟

为研究地震作用对混凝土面板堆石坝采用的混凝土是否加筋有何影响,基于堆石料的静动力大三轴试验结果,构造了能考虑剪应力水平影响和堆石料颗粒破碎的一个简洁塑性模量表达式,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型。本构模型模拟曲线与三轴静动力试验曲线的对比结果表明:该模型能较好地模拟堆石料在低围压下的剪胀性和高围压下的剪缩性,以及在循环荷载作用下的滞回效应、硬化特性和循环致密性等复杂应力状态。此外,利用该模型的高面板堆石坝动力有限元计算结果表明:加筋前后地震加速度和永久变形的分布规律一致。加筋对大坝的地震反应加速度影响较小,却可有效地减小大坝的地震永久变形;加筋对顺河向地震永久变形的抑制作用大于震陷。加筋间距越小,大坝的地震永久变形越小,但地震永久变形的减小幅度逐渐降低。研究成果可为混凝土面板堆石坝的施工设计提供参考。

广义塑性模型在狭窄河谷面板坝中的应用

文章以黔中水利枢纽狭窄河谷面板坝为例,建立了相应的三维模型,采用广义塑性模型预测了堆石料三轴加载下的强度和变形特性,并将广义塑性模型嵌入数值模拟计算程序中计算了此面板坝的变形情况。预测结果表明:广义塑性模型可以较好地模拟堆石料三轴试验应力变形特性,计算结果可以反映堆石坝的变形情况,同样可以应用于土石坝工程变形计算。

广义塑性模型适用性初探

为验证筑坝材料广义塑性模型在土石坝数值仿真分析中的适用性,以四川猴子岩高面板堆石坝为例,分别采用邓肯E-B模型和广义塑性模型对面板堆石坝进行三维数值模拟计算,并与现场监测数据进行对比。结果表明,竣工期广义塑性模型计算所得堆石体水平向位移及竖向沉降均小于邓肯E-B模型,坝体第一主应力计算结果基本一致,第三主应力E-B模型计算结果小于广义塑性模型;正常蓄水位期,水荷载作用下广义塑性模型预测的坝体水平向变形及面板挠度较邓肯E-B模型小,面板应力较邓肯E-B模型大。两种模型计算所得坝体变形及应力分布规律基本一致,广义塑性模型计算结果比邓肯E-B模型更接近现场监测数据。两种模型的数值计算与实测资料基本吻合。

广义塑性本构模型三维化方法的研究与验证

在二维空间中基于p、q分量构建的广义塑性本构模型无法反映中主应力对土石料变形特性的影响,因此需要将其进行三维化以反映出一般应力状态下本构关系。研究了多种三维化方法,通过与真三轴试验对比,基于广义非线性强度理论(generalized nonlinear strength theory, GNST)的三维化方法可以使本构模型较好地反映土石料一般应力路径下的应力应变关系。对某面板堆石坝进行的数值计算,并与监测结果对比,表明三维化后的本构模型能更好地反映堆石坝的变形规律。因此,基于GNST的模型三维化方法可以应用于高土石坝设计中,并可以获得较好的预测结果。

基于广义塑性模型的高面板堆石坝静、动力分析

考虑筑坝砂砾料的压力相关性,对广义塑性模型的弹性模量、加载塑性模量和卸载塑性模量进行了修改,并根据筑坝砂砾料静、动力试验确定了修改后的模型参数。采用修改后的广义塑性模型,进行了200m级砂砾石面板坝的有限元静、动力反应分析。计算结果表明:采用修改的广义塑性模型,可以直接得到坝体在地震荷载作用下发生的永久变形;弹塑性分析得到的大坝静力变形、动力反应和地震永久变形规律合理;合理考虑压力相关的广义塑性模型用于高面板坝静、动力有限元分析是可行的。

考虑临界状态的堆石料广义塑性本构模型

基于大型静力三轴剪切试验结果,构造了考虑颗粒破碎的塑性模量表达式和考虑临界状态的剪胀方程,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型,并利用本构模型对堆石料三轴试验进行预测。结果表明,考虑和不考虑临界状态的本构模型均能较好地模拟堆石料在高围压下的剪缩性、在低围压下的剪胀性以及由于颗粒破碎引起峰值和剪胀应力比的非线性特性;考虑临界状态的本构模型能模拟应力——应变曲线逐渐逼近临界状态的规律,但其对三轴试验的预测精度略低于不考虑临界状态本构模型。

基于临界状态理论的尾砂广义塑性模型研究及其应用

为了建立更加准确合理的尾矿砂材料本构模型,结合试验结果对一种弹塑性砂土本构模型进行改进。基于尾矿砂三轴剪切试验结果,引入基于临界状态理论和状态参数,提出一种适用于尾矿砂的改进Pastor-Zienkiewicz III广义塑性模型。三轴试验结果和模型拟合结果对比表明,模型能有效反映尾砂主要应力–应变特性,克服原模型不能反映围压影响的缺陷。与Duncan-Chang模型相比,改进模型可以描述尾矿砂抗剪强度的应变软化效应和低围压下的剪胀特性等。最后将提出的模型初步应用于尾矿坝的有限元应力变形分析,尾矿坝水平位移趋向下游,最大值位于坝坡中部,沉降最大值位于坝体中部。计算结果表明,尾矿坝应力变形规律性良好,符合一般规律,改进广义塑性模型可以应用于尾矿坝的应力变形有限元分析中。

基于广义塑性理论框架的堆石料变形计算

堆石料是土石坝工程中承受水压力的主要载体,构建合理描述其力学特性的本构模型对预测高土石坝坝体应力与变形具有重要意义。根据三轴排水试验结果,建立描述堆石料强度和剪胀特性的应力表达式;在分析流变和湿化试验结果的基础上,建立流变和湿化变形的流动准则,并构建流变和湿化模量表达式,从而在广义塑性框架内建立能够统一计算堆石料加载、流变和湿化变形的计算方法。通过模拟堆石料的三轴排水、流变、湿化及三轴流变湿化组合等试验资料验证了该方法的合理性。

基于广义塑性理论的尾砂本构模型在ABAQUS中的二次开发

建立尾砂的本构模型是开展尾矿坝数值模拟和安全评价的重要基础,而目前尾砂的本构模型研究多集中于非线性弹性模型,如Duncan-Chang模型,关于弹塑性模型的研究较少。结合尾砂的应力-应变特性,提出了一种适用于描述尾砂力学特性的改进广义塑性模型。基于用户自定义材料子程序UMAT,将提出的模型在ABAQUS中二次开发实现,应力积分采用Runge-Kutta显式积分。通过三轴试验模拟验证,偏差应力曲线表明,有限元计算结果可以反映围压对应力-应变关系的影响,抗剪强度随应变逐渐硬化,达到峰值强度,随后发生应变软化,抗剪强度有所下降。体应变曲线结果表明,广义塑性模型可以很好地描述体应变曲线的体缩-体胀发展过程,与试验曲线吻合较好。同时有限元数值模拟结果和理论值误差很小,且和试验结果拟合较好。该研究成果可进一步用于尾矿坝的应力变形计算和安全评价。

煤岩的广义弹粘塑性模型分析

通过现场工程调查、煤岩的显微结构实验和全应力 -应变实验分析 ,提出一种适宜于研究矿山煤岩流变力学问题的广义弹粘塑性模型 ,建立了模型的本构方程、简单应力状态下的蠕变方程和复杂应力状态下的蠕变方程 .最后 ,利用非线性回归分析法———最小二乘法中的Mar quardt法对蠕变实验结果进行分析 ,获得有关煤岩的流变力学参数 .理论分析结果和试验结果对比表明 ,两者之间具有较好的吻合性 .