基于统计损伤修正的冻结砂—黏混合土改进Duncan-Chang模型

为描述冻结砂—黏混合土的偏应力—应变关系,进行不同含砂量冻结砂—黏混合土的冻土三轴压缩试验。基于改进的Duncan-Chang模型(D-C模型),引入统计损伤理论,拟合三轴压缩试验结果,分别建立以Mises强度准则和应变发展为微元强度变量的统计损伤修正模型,对比计算结果与试验数据。结果表明:冻结砂—黏混合土偏应力峰值随含砂量的增加而增加,偏应力—应变曲线由应变硬化型逐渐过渡到应变软化型的临界含砂量为50%。当含砂量介于20%~60%时,基于统计损伤理论的修正改进D-C模型能有效拟合应变硬化型曲线和具有轻微应变软化现象的偏应力—应变曲线。当含砂量为90%时,基于应变发展的统计损伤修正模型的偏应力峰值与试验结果相差3%,具有较强适用性。该结果为不同微元强度变量的统计损伤修正模型提供参考。

在ABAQUS中开发实现Duncan-Chang本构模型

美国 HKS 公司开发的软件产品 ABAQUS 是目前世界上最强大的非线性有限元分析工具之一。该软件包括了众多材料本构模型,但尚缺少国内外土工数值分析中广泛采用的 Duncan-Chang 本构模型。这一缺憾影响了 ABAQUS 软件在土工分析中的应用范围。本文旨在介绍 ABAQUS 中开发 Duncan-Chang 材料本构模型实现方法,给出了开发过程的概要,完成了两个典型常规三轴压缩模型问题数值测试。结果表明:在 ABAQUS 中增加 Duncan-Chang 材料本构模型后,不仅可以充分地利用该软件强大的非线性求解平台,而且还有可能完成复杂土工应力应变的有限元数值分析问题,同时,具有计算速度快、计算精度高和前后处理快捷方便的优点,极大地降低了土工分析程序开发的难度,并减少了维护工作量。

考虑扰动影响的修正Duncan-Chang模型

根据中国ISO标准砂在不同条件下的三轴试验资料,发现相对密实度对砂土强度和变形特性有显著影响.基于扰动状态概念(DSC)理论,以砂土相对密实度为扰动参量,建立统一扰动度函数表达式;根据试验结果,建立参数K和峰值强度与统一扰动度之间的函数关系式,提出考虑扰动影响的修正Duncan-Chang模型.给定砂土材料参数d、g以及初始状态下的Duncan-Chang模型参数,通过该修正模型可以对任意扰动度下的砂土应力-应变关系进行预测.试验验证表明,修正Duncan-Chang模型可以较好地反映相应扰动状态下砂土的应力-应变关系.

Duncan-Chang非线性地基模型的反演分析

在弹性半空间Boussinesq理论解基础上,推导得到了地基中的应力解,并给出了用应力表示的地基沉降计算公式。对于给定的q–s曲线,按照最小二乘法,用解析方法对Duncan-Chang模型参数进行反演分析,工程算例显示了该方法的正确性和实用性。反演得到的地基参数能很好地反映现场沉降试验结果。

新岩滑坡膨胀性软岩Duncan-Chang模型及归一化特性研究

延边地区公路沿线广泛发育一种膨胀性较强的软岩,具有较强膨胀性,致使这一地区公路边坡出现了多处滑坡现象,带来了较大的危害。为了描述该地区岩土介质材料的强度及变形特征,分析吉林省在建汪延高速公路上的新岩滑坡的稳定性并为支护设计提供基本参数,通过现场取样,进行室内固结不排水剪切试验。试验表明:试样的应力-应变关系曲线为典型的双曲线,在低围压下,土体表现出弱应变硬化型,在高围压下,土体呈现明显的应变硬化型。结合Duncan-Chang模型,对实验结果进行分析,得到了D-C模型参数,并在此基础上,研究该地区膨胀土的归一化特性,结果表明,当归一化因子为(σ1-σ3)ult时,归一化程度最好,同时建立了应力-应变关系特性的归一化方程,能较好预测应力-应变关系。

基于Duncan-Chang模型的高层建筑物分层总和法沉降计算与场地变形分析

为研究某新建高层建筑物的沉降变形受场地条件差异及相邻既有建筑物的影响,基于Duncan-Chang模型计算地基沉降分析的方法和分层总和法规范修正公式,对该建筑物的沉降变形进行了对比计算;通过广泛布设沉降监测点,进一步分析了场内建筑物在建设不同阶段的沉降时空规律。结果表明,采用筏板基础的建筑物受荷载及不均匀沉降影响,存在"中间下凹,四周上翘"的挠曲变形特点。同时,在既有建筑物阻挡下,建筑物不同位置的沉降大小受到不同程度"抑制"。随着时间推移,沉降绝对值逐渐减小并在某一时期沉降趋于停止。

改进Duncan-Chang模型及其在基坑开挖数值模拟中的应用

利用岩土弹塑性理论将非线性弹性Duncan-Chang模型改进成一种弹塑性土体模型,推导了相应的弹塑性矩阵。将改进模型应用到某基坑开挖模拟,并与观测值比较,验证了改进模型的合理性。

Duncan-Chang E-υ模型在ADINA软件中的开发与应用

ADINA软件具有计算速度快、精度高和前后处理简单方便的优点,广泛应用于各类工程领域.然而,ADINA软件中没有岩土工程领域常用的Duncan-Chang模型.以土工数值分析中广泛应用的Duncan-Chang E-υ模型为例,介绍了ADINA软件中进行本构模型二次开发的方法,并给出了模型开发的方法和步骤.基于ADINA软件,以Duncan-Chang E-υ模型对某土石坝工程填筑过程进行了三维有限元计算,根据计算成果对坝体竣工期位移变形规律进行了分析.

基于均匀化理论的水合物沉积物修正Duncan-Chang本构模型

为了精确地描述水合物沉积物在外荷载作用下的变形,首先,基于Mori-Tanaka均匀化理论提出一种水合物沉积物等效弹性参数的有效预测方法;其次,考虑水合物胶结对沉积物侧向应变的影响,采用岩土复合体理论建立水合物沉积物的修正Duncan-Chang本构模型;最后,探讨模型参数对材料的宏观本构响应的影响,并将模型预测结果与室内三轴试验结果进行对比。研究结果表明:基于Mori-Tanaka均匀化理论的修正Duncan-Chang本构模型不仅能够较好地模拟在低饱和度高围压条件下的应变硬化现象以及在高饱和度低围压条件下的应变软化现象,也能够较好地预测水合物沉积物的侧向变形。水合物沉积物在外荷载作用下的变形主要受到与水合物饱和度和有效围压有关的模型参数的综合影响,模型参数a,b和c分别反映了水合物沉积物的刚度、强度和脆性。而侧向应变的取值主要受到模型参数f,m和n的综合影响,模型参数g的影响并不明显。

基于Duncan-Chang模型的水泥土搅拌桩复合地基试验研究

通过室内三轴试验对水泥土桩的本构关系进行了研究,探讨了围压、水泥掺入比等因素对水泥土桩复合地基应力—应变、孔压变化规律的影响。通过对经典的Duncan-Chang模型进行修正,获得了水泥土搅拌桩复合地基的Duncan-Chang模型参数,为今后的有限元分析提供参考。

麦秸秆加筋石灰土的应力应变和Duncan-Chang模型参数研究

为增强石灰固化滨海盐渍土的抗变形能力,提出了麦秸秆加筋辅助处理的设想.考虑Duncan-Chang双曲线模型能较好地反映土的非线性特征,将Duncan-Chang模型和三轴压缩试验结果相结合,以加筋长度、质量加筋率、养护时间和围压为影响因素,探讨了不同条件下麦秸秆加筋石灰土的应力应变特性和相关模型参数.试验结果表明:1)养护初期,麦秸秆加筋石灰土和石灰土的应力应变曲线均表现为应变硬化型.养护21 d时,石灰土在4个围压下呈应变软化型,而麦秸秆加筋石灰土仅在100kPa围压下表现为应变软化型,在其他围压下依旧为应变硬化型.2)麦秸秆加筋石灰土的峰值主应力差和破坏应变均大于石灰土的,采用麦秸秆加筋可有效地提高石灰土的强度和抗变形能力.3)麦秸秆加筋石灰土在4个围压下的应力应变曲线的间距小于石灰土的,加筋技术更适用于在较低围压下改善土的强度和抗变形能力.4)麦秸秆加筋石灰土的强度增幅与加筋条件有关,对于直径61.8mm试样,圆柱形麦秸秆的适宜加筋长度和质量加筋率分别为20mm和0.25%.5)Duncan-Chang模型可较好的反映石灰土和麦秸秆加筋石灰土的应力应变的非线性特征.研究结果对实际工程中合理选择麦秸秆的加筋条件具有指导作用.

考虑温−压耦合影响的水合物沉积物宏细观Duncan-Chang损伤模型

为了反映温−压环境对水合物沉积物力学特性的影响,定义新的温−压状态参数.从温−压环境对沉积物细观结构的作用机制出发,采用三相球模型提出考虑温−压环境对水合物沉积物细观各组分和各组分间接触界面影响的多尺度弹性参数预测模型.基于传统Duncan-Chang模型与统计损伤理论,引入极限损伤值,建立Duncan-Chang统计损伤模型.对比在不同温−压环境条件下水合物沉积物的三轴试验结果与模型预测结果,验证所提模型的有效性和合理性.结果表明:该模型能够考虑水合物饱和度、温−压环境以及沉积物骨架的粒径级配影响,能够较好地模拟水合物沉积物在不同温−压环境下应力−应变全过程.

土体破坏时Duncan-Chang模型应用的若干关键技术

由于土材料的实际性状非常复杂,并且随加载条件的不同而有很大变化。每一类型土的本构模型都有它特定的应用范围和局限性。1970年提出的邓肯-张(Duncan-Chang)模型是一种目前被广泛应用的非线性弹性模型,但在自然状态下,许多土的卸载-再加载性质是接近于线性和弹性的。为了反映土的这一特性,本文提出了在应用邓肯-张模型分析土体破坏时的若干关键技术供应用时参考。着重处理了不同于单调加载时的卸载-再加载变形模量和泊桑比,建议了判断土的卸载-再加载现象破坏准则。

基于固结试验的Duncan-Chang参数反分析方法

土体变形计算通常需要用到Duncan-Chang参数,而中小型工程受制于成本或工期一般不会开展三轴固结排水试验而无法获取这些参数,为解决此类问题,首先,采用有限元软件Ansys建立土体标准固结试样模型并将其导入有限差分软件FLAC3D中;然后,根据标准固结试验加载顺序和步骤对试样进行模拟加载计算,并利用Fish语句编辑土体孔隙比、压缩系数和压缩模量的计算公式;最后,根据标准固结试验数值计算结果(e-p曲线)和最小二乘法优化算法,建立Duncan-Chang参数反分析方法。计算结果表明该方法是合理可行的,能够满足相关计算要求。

玲珑金矿尾矿坝Duncan-Chang非线性静力计算分析

介绍了利用Duncan-Chang双曲线E-模型,对尾矿坝初始静力状态进行非线性计算分析的基本原理和计算过程。根据工程地质环境、土体物理力学特性,以主坝中心为剖面建立几何模型。采用GeoStudio软件Duncan-Chang双曲线E-模型,对玲珑金矿尾矿坝进行了非线性静力计算,得到了静力状态下坝内最大主应力、最小主应力、水平和垂直位移、应力水平、最大剪应力和剪应变、最大XY方向剪应力和剪应变,并结合计算结果,对玲珑金矿尾矿坝静力状态稳定性进行了细致分析。

基于Duncan-Chang模型的地基沉降分层总和分析方法探讨

地基沉降分析方法是土力学研究的重要内容。该文在地基沉降变形力学机理研究基础上,首先考虑埋深或初始地应力即先期固结应力对地基土变形模量的影响,并将其区分为初始地应力的体积应力和偏应力影响两部分,引进分级加载思想,建立出不同埋深地基土变形模量的确定方法;其次,将地基沉降区分为附加体积应力和附加偏应力引起的沉降两部分,建立出地基沉降分析计算模型;然后,考虑地基变形的非线性变化特征,引进增量分析方法、虎克定律和Duncan-Chang模型,建立出附加体积应力和附加偏应力引起的地基压缩层变形的分析方法,并利用地基沉降分层总和法分析原理,建立出基于Duncan-Chang模型的地基沉降分析新方法。该方法不仅可以反映初始地应力和附加应力对地基土变形模量的影响,而且,可避免地基土压缩试验曲线和地基静载试验曲线的使用;最后,通过工程实例计算与分析,并与实测沉降值和现有分析方法的计算结果进行比较,表明了该方法可以满足工程计算精度要求,具有一定的合理性与可行性。

ABAQUS有限元分析软件中Duncan-Chang模型的二次开发

以ABAQUS用户子程序UMAT为基础,利用Fortran编程语言,开发研制了Duncan-Chang模型接口程序。通过数值检验表明,所研制的接口程序开发思路正确,可以用于分析实际工程问题。

基于Duncan-Chang本构的非线性土压力模型

假设基坑工程中挡土结构的变形和土压力服从双曲线模型,类比Duncan-Chang本构建模思想,在前人关于基坑主动区和被动区变形假设的基础上,建立了可以考虑位移变化的非线性土压力模型。把非线性土压力模型和Duncan-Chang本构模型联系起来,使得本文非线性土压力模型参数确定有根据。把弹性地基梁模型和该非线性土压力联系起来,使得弹性抗力系数的概念更加明确。以m法为例,深入分析了m法的影响因素。

基于数字图像测量的Duncan-Chang模型参数研究

利用三轴土样变形数字图像测量系统进行研究，发现不同测量方式得出的Duncan—Chang模型参数的差别很大。分析得出，数字图像局部变形非接触式测量与传统整体测量方式是导致模型参数存在差异的主要原冈。数值算例说明了模型参数差别对位移计算结果的影响程度，变形数字图像测量得到的模型参数K和Kb比传统测量的结果高2～3倍，相应的位移计算结果是传统测量方法模型参数计算得到结果的一半。

Ansys中Duncan-Chang本构模型的二次开发

Ansys作为国际大型通用有限元软件,自带了许多本构模型,却并没有收入Duncan-Chang本构模型.为了弥补这一缺陷,拓宽其在岩土工程中的应用,以Ansys自带的UPFs二次开发平台成功开展了Duncan-Chang本构模型的二次开发工作,给出了基本步骤和编程要点,并在三轴压缩试验中采用100～400 kPa 4种不同围压,对模型的应力-应变关系及不同应力路径下的结果进行了准确性验证.结果均在误差范围内,表明本程序可为复杂的岩土工程数值分析提供参考.