基于空间滑动面理论的Lade-Duncan模型改进

应用空间滑动面原理改进了Lade-Duncan弹塑性模型的屈服准则及破坏准则，建立了基于非关联流动法则的改进Lade-Duncan弹塑性模型，模型参数可通过常规三轴试验获取。利用潍坊中南部平原地区某深基坑持力层的粉土UU三轴试验结果，验证了改进Lade-Duncan模型对粉土试样的适应性。改进模型较Lade-Duncan弹塑性模型能够更好地反映持力层粉土的（σ1-σ3）—ε1关系，以及应力路径的相关性与剪胀等特性。改进弹塑性模型可为该地区高层及超高层建筑粉土地基变形计算创造有利条件。

基于LADE-DUNCAN模型的生物酶改良膨胀土弹塑性本构关系研究

基于LADE-DUNCAN模型,研究生物酶改良膨胀土的弹塑性应力−应变关系。首先,开展一系列三轴固结排水剪切试验,得到偏应力q与轴向应变ε_(1)、体应变ε_(v)、侧向应变ε_(3)之间的试验曲线;然后,采用黏结应力σ_(0)修正LADE-DUNCAN屈服准则;最后,根据三轴试验结果拟合LADE-DUNCAN模型中的各参数与生物酶掺量之间的关系表达式,建立基于生物酶掺量的LADE-DUNCAN弹塑性本构模型。研究结果表明:在不同生物酶掺量下,偏应力q与轴向应变ε_(1)均表现为硬化型的应力−应变关系,偏应力q与体应变ε_(v)均表现为剪缩型的应力−应变关系,q与ε_(1),ε_(v)与ε_(1)和q与ε_(3)等试验曲线均近似为双曲线;黏结应力σ_(0)修正的LADE-DUNCAN屈服准则可以很好地描述生物酶改良膨胀土的应变硬化、应变剪缩;应力−应变本构方程可以较好地预测出不同生物酶掺量、不同围压σ_(3)下的生物酶改良膨胀土的应力−应变关系。

基于Lade-Duncan强度准则的统计损伤本构模型及其修正研究

在损伤力学理论基础上,根据Lemaitre应变等价性理论,并假定岩石微元强度服从Weibull随机分布,在微元强度度量方法上考虑损伤阀值的影响,结合Lade-Duncan强度破坏准则,建立了统计损伤本构模型。通过岩石三轴应力-应变试验曲线对模型进行验证,拟合效果良好;并针对模型不能反映残余应力阶段特征的不足进行修正。用公式法代替比较法求取损伤修正参数,建立了更加完善的统计损伤本构模型。通过与未修正模型对比发现,修正后的统计损伤模型能更好的模拟岩石破坏全过程的应力应变关系并能表征岩石残余强度特征,从而验证了该模型的合理性和可行性。

基于修正西原模型与Lade-Duncan准则的隧道围岩蠕变效应研究

为探究软岩隧道围岩变形的蠕变时效性,采用非定常黏滞体对西原模型进行修正。基于Lade-Duncan准则,分析了围岩黏弹性和塑性阶段隧道围岩变形过程,推导得到了隧道围岩黏弹塑性解。以某高速公路隧道为工程研究对象,计算了蠕变时效过程的围岩位移值;并通过现场拱顶沉降监测的方法,实测了隧道围岩的蠕变变形,通过对比理论计算值与现场实测值,验证了理论计算的准确性。理论计算显示,当t=0时,隧道围岩将发生蠕变现象,此时围岩位移值为17.890 mm;当t为常数时,围岩位移随着时间的变化逐渐增大;当t=∞时围岩发生充分蠕变,围岩位移达到极值为26.451 mm。现场监测结果显示,围岩变形第一次稳定拱顶累计变形为19.1 mm,此后进入蠕变阶段,达到第二次稳定拱顶累计变形为29.3 mm。初始蠕变变形的理论计算与实际监测结果之间的误差为6.76%,最终蠕变变形的理论计算与实际监测结果之间的误差为10.77%,两者误差较小,反映了理论计算具有较高的准确度。在理论层面,考虑蠕变效应后围岩变形增加了47.85%;在实际层面,考虑蠕变效应后围岩变形增加了53.4%,皆反映了蠕变效应举足轻重的作用。由此可见,对于软岩隧道在进行支护设计时,必须考虑蠕变效应,避免因后期围岩蠕变效应导致初支失效进而影响隧道的整体稳定性。

基于Lade-Duncan理论的成都黏土统计损伤蠕变模型

为了研究成都黏土的力学特性,基于Lade-Duncan强度理论,建立成都黏土微元体的破坏判据;假设成都黏土微元体损伤服从对数正态分布,建立黏土的损伤变量关系式;通过蠕变试验和分数阶导数理论,分别构建应力条件下的瞬时弹性变形模型和分数阶蠕变模型,并根据黏土应变统一,构建基于Lade-Duncan强度理论的成都黏土统计损伤蠕变本构模型;利用构建的模型进行拟合验证分析发现,瞬时变形的弹性模量由于考虑损伤变量而保持在初始值附近,分数阶蠕变变形的弹性模量和粘滞系数随着应力的增大而减小,表明在黏土模型中考虑统计损伤是科学合理的;分数阶阶数n不仅可以提高对黏土变形特性的描述程度,还可以直观地反映黏土变形的非线性变化过程。

基于Lade-Duncan强度准则的软岩损伤本构模型研究

为研究损伤阈值对存在天然缺陷软岩损伤力学特性的影响,基于损伤阈值理论,结合修正的Lade-Duncan强度准则与弹性胡克定律,推导出软岩损伤阈值表达式,利用Weibull分布理论及Lemaitre应变等价理论构建软岩统计损伤本构模型,同时结合三轴压缩试验对其开展验证。研究结果表明:基于修正的Lade-Duncan强度准则与弹性胡克定律求解出的软岩损伤阈值过于保守,同时天然缺陷对岩石的轴向应变影响较大;以岩石中天然缺陷为修正变量,对损伤阈值进行修正后,软岩的损伤变化规律、破坏过程描述及应力-应变演化更贴合实际,验证了本研究软岩损伤本构模型的科学性、合理性。

考虑扰动影响的砂土弹塑性模型

砂土相对密实度Dr是影响砂土强度和变形特性的一个重要因素,工程施工前后该参数变化显著,而现有的弹塑性理论没有包含Dr对强度和变形的影响。首先建立SMP准则和Lade-Duncan模型相结合的SMP-Lade弹塑性模型;然后结合中国ISO标准砂的三轴固结排水剪切试验结果,分析SMP-Lade模型各参数对相对密实度Dr的敏感性;最后基于扰动状态概念理论,以Dr为扰动参量,建立统一扰动度函数(D)表达式,并对SMP-Lade模型参数中的K和(κf-ft)进行修正,从而提出可以考虑扰动影响的弹塑性模型。只要给定砂土材料参数χ,ψ以及初始状态下的SMP-Lade模型参数,则任意扰动度下的砂土应力–应变–体变关系可通过考虑扰动影响的SMP-Lade模型进行预测。试验验证表明:考虑扰动影响的弹塑性模型可以很好预测相应扰动状态下的砂土应力–应变–体变关系。

静力触探机理研究

本文通过三个不同尺寸的探头在柔性边界标定罐中的静力触探试验,揭示了临界深度、尺寸效应、土体密实度影响等贯入机理。为了获得探头周围土体的应力场和位移场,采用了目前能很好反映砂性土变形特性的拉德(P.V.Lade)模型作为土的本构关系。

基于含水率的某深基坑持力层粉土弹塑性本构模型研究

通过对潍坊中南部平原地区某深基坑持力层粉土进行三轴不排水试验,结合Lade-Duncan弹塑性模型,确定了粉土的弹塑性应力-应变模型及其参数。分析了试验参数随含水率变化的规律性。建立了弹性功we与塑性功wp在不同含水率时的关系。确定了dλ、k2基于含水率的数学拟合表达式。采用建立的粉土弹塑性模型进行了竖向应变ε1的计算,并与试验值进行了比较,取得了较为满意的结果。粉土弹塑性模型的建立可为该地区粉土地基变形计算创造有利条件。

冻结黏土卸载状态下双屈服面流变本构关系研究

卸载状态下冻土三轴蠕变试验结果表明,冻土具有明显的剪胀性,且体积应变不能忽略。为了全面反映冻土在卸载状态下的蠕变变形规律,以简单的黏弹塑模型为基本流变元件,提出了冻土服从椭圆-DP双屈服面流变本构力学模型。通过有限元程序的二次开发,将该模型嵌入到ADINA有限元程序中。对冻土三轴蠕变试验过程进行了数值模拟表明,椭圆-DP型双屈服面本构力学模型能够较好地反映冻土的剪胀性和体积应变等变形性质,数值模拟和试验结果吻合良好,可为冻土工程数值计算提供参考。

不同破坏准则下水合物沉积物的统计损伤模型

利用连续介质损伤力学理论与概率统计方法,假设水合物沉积物微元强度服从Weibull分布,在现有室内三轴和直剪试验数据的基础上,考虑水合物饱和度的影响,分别建立了基于修正Mohr-Coulomb强度准则和修正Lade-Duncan强度准则的水合物沉积物统计损伤本构模型,并将理论模型预测结果与室内试验进行对比,验证了模型的有效性。结果显示:基于Lade-Duncan强度准则的损伤本构模型能够较准确地反映水合物沉积物峰前的应力-应变规律,而基于修正Mohr-Coulomb强度准则的损伤本构模型则对于模拟峰后的应变软化特征有较好的适用性。对于在低有效围压、不同水合物饱和度条件下的水合物沉积物,基于修正Mohr-Coulomb强度准则的损伤本构模型的模拟精确性要优于基于修正Lade-Duncan准则的损伤模型;而在同一饱和度、不同有效围压条件下,基于修正Lade-Duncan强度准则的损伤本构模型的模拟结果则要优于基于修正Mohr-Coulomb强度准则的损伤本构模型。

轻型动力触探检测公路桥涵台背回填中粗砂的机理

在模拟公路桥、涵台背回填中粗砂密实度检测的室内模型试验基础上,对轻型动力触探检测试验过程进行三维有限元数值模拟分析。在分析过程中,采用拉德(Lade)模型及刚—柔接触模型,模拟了轻型动力触探试验过程,获得了探头周围砂的应力、应变和位移场,验证了室内试验结果的正确性,揭示了轻型动力触探在回填中粗砂中的作用机理。研究结果表明,轻型动力触探可以用于桥、涵台背回填中粗砂密实度检测。

静力触探检测公路桥涵台背回填中粗砂的机理研究

在模拟公路桥、涵台背回填中粗砂密实度检测的室内模型试验基础上,进行了三维有限元数值模拟分析。分析过程中,采用拉德(P.V.Lade)模型及刚—柔接触模型,模拟了静力触探试验过程,获得了探头周围砂的应力、应变和位移场,验证了室内试验结果的正确性,揭示了静力触探在回填中粗砂中的作用机理。研究表明:静力触探可以用于桥、涵台背回填中粗砂密实度检测。

稻谷堆的修正莱特-邓肯模型参数研究

使用TSZ-6A应变控制式三轴仪对4个不同含水率的稻谷堆进行轴向压缩试验和各向等压压缩试验,由试验数据计算出稻谷堆的修正莱特-邓肯模型的14个参数。试验结果表明:含水率为12.35%、13.68%、15.09%、16.52%w.b.稻谷堆的弹性模量数K分别为167.65、182.98、196.79、199.66,弹性模量指数n分别为0.80、1.17、1.10、0.96,泊松比ν分别为0.204、0.214、0.221、0.268;塑性塌落模量C分别为0.001 2、0.002 7、0.001 0、0.002 3,塑性塌落指数p分别为1.53、1.37、1.64、1.30;塑性剪切屈服常数η1分别为223.31、382.82、207.59、494.54,塑性剪切屈服指数m分别为0.58、0.93、0.76、1.14,势参数S分别为0.334、0.398、0.351、0.306,势参数R分别为1.447、8.330、0.811、-2.016,势参数t分别为2.26、1.07、1.79、2.74,硬化功参数θ分别为0.53、0.48、0.45、0.47,硬化功参数l分别为0.67、0.55、0.63、0.49,硬化功参数α分别为0.30、0.09、0.09、0.12,硬化功参数β分别为0.08、0.28、0.25、0.16。且K、ν随含水率的增大而增大,ν随围压增大而减小,其他参数与含水率无显著性关系。

压实花岗土的单屈服面模型研究

在解决岩土工程问题的过程中,常常需要预测加载过程的变形和应力。采用数值方法,不仅可以解决上述岩土工程问题,甚至还可以解决更为复杂的问题。此外,为了得到较为准确的结果,还需要一系列的参数,如土的种类、密度、应力水平和应力路径等。为预测砂土特性,采用多种应力路径,利用Lade的单屈服面模型,进行了大量的试验研究。试验分析表明,在一定条件下砂的应力路径依赖其特性变化。利用Lade单屈服面模型计算结果与测试结果比较一致,但也出现了一些差异。应变的计算结果与测试结果的最大差异,表现在随应力增加的比例加载和应力路径方向上。

小麦堆修正莱特-邓肯模型参数的研究

由三轴压缩试验确定小麦堆的修正莱特-邓肯模型参数。采用TSZ-6A应变控制式三轴仪对小麦堆进行轴向压缩试验和各向等压压缩试验,根据修正莱特-邓肯模型理论和试验数据计算小麦堆的该模型的14个参数。结果表明:含水率分别为10.2%、12.46%、14.05%w.b.的宁麦13号修正莱特-邓肯模型参数:弹性模量数K分别为421.0、360.7、342.8,弹性模量指数n分别为0.56、0.65、0.47;泊松比υ分别为0.24、0.23、0.21;塑性塌落模量C分别为0.005 6、0.005 8、0.006 9,塑性塌落指数p分别为0.75、0.81、0.86;塑性剪切屈服常数η1分别为43.1、29.7、45.5,塑性剪切屈服指数m分别为0.75、0.52、0.71,势参数S分别为0.44、0.44、0.47,R分别为0.18、0.61、1.66,t分别为0.95、0.23、0.07,硬化功参数θ分别为0.29、0.30、0.33,l分别为0.68、0.72、0.73,α分别为4.1、5.9、2.4,β分别为0.71、1.00、0.62。参数C、p、R、θ、l随含水率的增大而增大;K、υ、t随含水率的增大而减小,其他参数与含水率无显著性关系。

基于Lade模型的生物酶改良膨胀土双屈服面本构关系

基于Lade模型,研究了生物酶改良膨胀土的双屈服面弹塑性应力-应变关系。首先,开展一系列不同生物酶掺量下改良膨胀土的等向固结排水试验、三轴固结排水剪切试验;然后,根据试验结果拟合Lade模型中的各参数与生物酶掺量之间的关系表达式;最后,建立基于生物酶掺量的Lade模型。研究表明:①体积应变εv随平均应力p的增大而非线性增大,当p一定时,εv随生物酶掺量增加而减小,εv与p为非线性关系;②轴向应变ε_(1)、侧向应变ε_(3)均随偏应力q的增大而非线性增大,q随生物酶掺量增加而增大,在一定的围压σ3下,εv随生物酶掺量的增加而减小,q-ε_(1)、ε_(1)-εv、q-ε_(3)等试验曲线都呈现出近似双曲线特征,q-ε_(1)关系表现为应变硬化型,体应变εv表现为应变剪缩型;③基于生物酶掺量的Lade模型,能较准确地反映生物酶掺量对膨胀土应力-应变关系的影响,可较好地预测出不同生物酶掺量、不同围压σ3下的生物酶改良膨胀土的弹塑性应力-应变关系。

基于不同准则的岩石统计损伤本构模型对比及其修正研究

基于能反映岩石破坏后仍具有残余强度特征的新型损伤模型,引进统计损伤理论,考虑损伤阈值的影响,分别采用Lade-Duncan准则和Drucker-Prager准则对岩石微元强度进行合理度量,建立岩石统计损伤本构模型。理论曲线与试验曲线的对比分析表明了所建模型的合理性。针对基于Drucker-Prager准则建立的岩石统计损伤本构模型不能有效反映损伤阈值,通过对岩石损伤演化规律的分析,对该模型进行了修正。最后通过对两种模型的对比分析,确定了模型的合理应用范围。