应力路径对粉土力学特性影响研究

为研究平面应变状态下不同应力路径对粉土力学特性的影响,采用平面应变仪,对粉土试样进行不同应力路径下的竖向加荷试验,并比较四种应力路径下土体的偏应力、侧向应变和竖向应变的变化规律,以及强度参数差异性。探究了初始干密度对不同加荷路径下偏应力、侧向应变发展规律的影响。结果表明,应力路径对于应力-应变曲线有很大影响,不同应力路径对土体变形强度影响明显。粉土干密度对于应力-应变曲线影响很大,随着干密度的增大,竖向应变和侧向应变增大幅度减小,呈负相关。

不同应力路径下土体的变形特性与破坏特性

在固结不排水加荷与卸荷两种情况下,基于土体常规的三轴压缩试验结果和真三轴平面应变试验结果,指出不同的应力路径下土体具有不同的变形特性和破坏特性,并且这些特性差异的根本原因在于不同的应力路径,有着其球应力p和广义剪应力q与球应力p的比值q/p的不同变化趋势。最后,依据Matsuoka-Nakai破坏准则和其相应的转化型式,进一步探讨了其破坏参数k2值的确定方法。试验检测的结果表明,Matsuoka-Nakai破坏准则能给出土体较为准确的破坏强度预测结果。

平面应变条件下的土拱效应

采用试探应力反馈算法,编制有限元子程序,将土的应力路径本构模型嵌入ABAQUS,通过对三轴压缩和三轴拉伸试验问题的数值模拟,验证了子程序的精度。基于土的应力路径本构模型,利用二次开发后的ABAQUS对轴对称小直径圆形基坑的开挖过程进行了三维有限元分析,研究了中主应力和小主应力方向的变化过程,以及平面应变条件下由中主应力引起的土压力拱的作用规律。

基于修正塑性功函数的砂土硬-软化本构模型

基于与应力路径无关的修正塑性功函数,提出了一个新的可以考虑砂土变形强度应力路径效应的弹塑性硬化-软化本构模型.模型所采用的与应力路径不相关的修正塑性硬化函数是基于砂土多应力路径平面应变压缩试验结果、经过数学拟合而得到的.文中建议的本构模型属于等向硬化-软化、考虑非关联流动的弹塑性模型.有限元计算结果与室内试验结果比较表明,该模型不仅可以较好地模拟砂土变形强度的应力路径效应,同时也可以模拟砂土变形强度的应力水平依存性、强度的固有结构性各向异性、初始空隙比依存性,以及砂土伴随剪切破坏的软化效应.

激光窗口形状对应力和光束位相影响的数值计算

计算了对流冷却下 50 0 k W DF激光器 Ca F2 输出窗口的温升 ,得到了平板形和球壳形输出窗口的应力分布和光束的位相分布 ;分析了窗口形状对应力和位相分布的影响。

弹塑性平面应变固结问题的解耦分析

针对弹塑性平面应变固结问题提出了解耦的计算方法,基于数值建模方法建立了多路径的土的弹塑性本构模型,该模型能考虑塑性剪应变vpε与体应变-pε交叉作用及应力路径的影响.将该模型引入弹塑性固结问题中,建立了相应的扩散方程.讨论了此类液-固耦合问题的解耦条件及对应的应力路径.推导了平面应变扩散方程的基本解,该基本解与固体域控制方程构成了半数值半解析求解体系,编制了有限元程序,计算了一个典型平面应变固结沉降算例.对比分析表明该方法能有效地简化计算,能较好反映应力路径对固结的影响.

考虑应力路径的黏土弹塑性固结问题的耦合分析方法

提出多路径条件下黏土的弹塑性固结问题的简化耦合分析方法。基于数值建模方法建立不同初始固结条件下的黏土弹塑性本构关系,并结合Biot固结理论,建立该类问题的增量形式控制方程。将增量化的扩散方程简化为Poisson方程,由于模型可以提供每一增量步下的体变量Δεv作为右端项,故在方程中可直接耦合土的变形场和孔隙水压力场,因而比传统的扩散方程更为精确,求解过程比Biot方程更为简单,且可以考虑体应变εvp与剪应变εp之间的相互作用。推导出该Poisson方程孔压基本解,建立此类流–固耦合问题的半解析半数值解答体系,实现从建立本构关系到固结问题数值模拟的完全数值化。通过2种不同应力路径下的固结算例对比分析表明,该方法简单有效,并能考虑土的应力路径、荷载作用域等条件对地基水平位移、沉降变形及孔压变化的影响,特别是应力路径对固体域变形场的影响。

土体材料屈服准则及试验和数值分析应力路径探讨

对强度理论进行了深入的论述,剖析了莫尔–库仑剪切屈服准则,依据此准则,在主应力空间(三轴仪平面)、偏平面和大小主应力子午面上直观地描绘了在普通三轴仪上进行各种三轴压缩、三轴伸长试验的应力路径和平面应力条件下的应力路径,考虑土体为不抗拉或弱抗拉材料,建议采用张拉–莫尔–库仑剪切复合屈服准则和张拉-剪切–体积复合屈服准则来分析土体的屈服和破坏行为,并结合张拉–莫尔–库仑剪切复合屈服准则对现行有限元数值计算方法中按载荷步进行加、卸载分析时的应力路径进行了探讨。

砂土应力路径不相关的修正塑性功硬化参量与函数

砂土的变形强度特性明显存在着应力路径效应,因此在砂土的弹塑性本构建模时硬化参数和函数的选取并不是一个简单的事情。针对砂土的这一特性,用密实砂土进行一系列多应力路径的平面应变压缩试验。试验结果表明,所有的应变增量(例如轴向、横向、剪切以及体积应变等增量)及塑性功增量都与应力路径具有较大的相关性,因而在传统的砂土弹塑性分析中利用以上任何一个状态量作为硬化参数并假设其与应力路径不相关是不合理的。基于广泛的多应力路径平面应变压缩试验结果以及细致的数据处理分析,发现一个特殊的修正塑性功参量以及相关的函数,它们与应力路径不相关,因此在砂土的弹塑性解析中假定它们作为硬化参量和函数是与理论假设一致的。理论计算结果与室内试验相比较表明,利用提出的修正塑性功作为硬化参数和硬化函数所构成的砂土的弹塑性模型可以很好地模拟砂土材料变形及强度的应力路径效应。

应力路径对砂土应力应变关系的影响

本文在试验的基础上，对平面应变状态下风化砂不同应力路径的应力变关系进行了分析。表明等应力比路径上的应力应变符合幂函数关系；Ｋ＿０固结后不同应力路径可用双曲线关系表示文中还探讨了模型参数的变化规律。本文所得的结果可用于非线性分析。

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.

SV波斜入射形成的动应力路径及影响因素分析

动应力路径是研究场地地震动力响应的关键。基于波动理论,推导了半无限弹性空间中任一深度处由SV波斜入射产生的动应力。在采用较大土体刚度参数,且SV波为垂直入射特例时,该方法与土动力学估算地震动应力的常规简化方法结果一致。揭示了SV波斜入射下形成的动应力路径特征,从数学上证明了SV波斜入射产生的动应力在双剪应力分量(偏差正应力和水平剪应力)组成的平面中形成斜椭圆形,并进行了参数敏感性分析,表明入射角、泊松比和单位波长深度是影响应力路径的根本因素,为进一步研究斜入射地震波作用下场地动力响应奠定了理论基础。

计算平面Ⅰ、Ⅱ型复合应力强度因子的半权函数法

给出计算一般平面裂纹问题应力强度因子的半权函数方法。该方法引入两个满足裂纹面零应力条件、平衡方程以及裂尖位移具有r- 1 2 奇异性的虚拟位移与应力函数的解析表达式 ,即半权函数。从功能互等定理出发 ,结合从裂纹下缘到上缘绕裂尖任意路径的位移与应力的近似值 ,得到Ⅰ、Ⅱ复合型应力强度因子KⅠ 和KⅡ 积分形式的表达式。由于在积分中避开了裂尖的奇异性 ,因此即使采用较粗糙的模型或方法得到的近似值 ,也可以得到精度较高的KⅠ 、KⅡ 。相对于权函数法 ,本方法的限制条件较少 ,半权函数易于获得 ,实用性强 ;相对于有限元法计算量小 ,模型建立简便。

基于广义SMP准则及应力路径法的柱孔扩张分析

柱孔扩张理论广泛用于旁压试验机制分析、沉桩挤土效应等岩土工程问题中。基于经典的Vesic孔扩张理论,采用能够考虑中主应力效应的广义SMP屈服准则,并结合有限应变理论对均质土体中柱孔扩张问题进行分析,根据应力路径假设提出确定塑性区平均体应变的解析步骤。通过大量变参数计算给出具有不同刚度指标r I、泊松比和内摩擦角的土中柱孔扩张极限状态下的塑性区平均体应变、孔扩张半径比和孔扩张系数。分析结果表明,r I、、越大,塑性区平均体应变越小,塑性区半径比越大,孔扩张系数越大;随着r I增加,的变化对孔扩张系数的影响更显著。同时,将结果与基于Mohr-Coulomb准则的孔扩张解答进行比较,探讨不同土性参数时中主应力效应对孔扩张系数的影响。文中分析方法及给出的考虑中主应力效应的柱孔扩张系数表可为原位试验分析及桩侧摩阻力估算提供参考。

应力洛德角旋转路径下粗粒土的力学行为

为研究应力空间中恒定的平均应力和偏应力条件下粗粒土的力学行为,采用自主研发的微摩阻大型真三轴仪,在同一个偏平面的多级偏应力条件下开展了三组旋转应力路径试验。试验过程中,调整应力洛德角在-30°~30°之间增减循环2次,覆盖了偏应力平面1/6范围,并由对称性而代表整个偏应力平面。在不同的应力比条件下,结合应力路径分析了体积应变、偏应变、应变洛德角与应变路径的演化规律。试验结果表明:首先,在恒定球应力与偏应力条件下,受应力洛德角影响,土体仍会发生明显变形。在应力洛德角的初次增加过程,土体发生弹塑性变形,随后的过程中,土体的偏应变、体积应变与应变洛德角均表现出滞回性。第二,在恒定的球应力与偏应力下,初始偏应变的斜率仍然随着偏应力的增加而增加。第三,随着应力洛德角变化,受初始应力比影响,土体可能从初始的稳定状态达到变形破坏状态。最后,提出了土的本构模型中需补充考虑的应变洛德角关系式。

平面应变下的主应力比对微孔洞损伤演化行为的影响

通过有限元计算,分析平面应变下的主应力比对微孔洞损伤演化行为的影响.计算结果表明,三向应力度q相同时,不同的主应力比2σ/1σ会引起不同的孔洞长大和聚合行为,从而使开裂路径和断裂时的应变不同.当2σ/1σ>1时,最大主应力为2σ,由孔洞长大和聚合所决定的开裂路径倾向于同2σ方向垂直.当2σ/1σ<1时,最大主应力为σ1,开裂路径倾向于同1σ方向垂直.随主应力比2σ/1σ的增加,孔洞面积分数fa随主应变1ε1的增加速率变大,断裂时的主应变(1ε1)f降低.因此在分析应力状态对材料的损伤断裂行为的影响及建立相应的力学模型时,不仅要考虑三向应力度σm/eσ,而且要考虑不同主应力比2σ/1σ的影响.

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.

砂土的双硬化特性与弹塑性本构模型

基于高精度的丰浦砂三轴等向加卸载试验与多应力路径平面应变压缩试验结果,提出平面应变条件下的修正塑性功体积硬化函数,得到双硬化框架下的修正塑性功剪切硬化函数,建立应力路径不相关的丰浦砂修正塑性功剪切–体积双硬化函数。在该双硬化函数基础上,推导基于修正塑性功的增量型剪切–体积双硬化弹塑性刚度矩阵,构建可以考虑多种变形强度影响因素的丰浦砂本构模型。数值计算与室内试验结果的比较表明,该砂土双硬化弹塑性本构模型可以合理地模拟砂土材料的变形强度特性。

平面准晶中的路径守恒积分及其应用

目的建立平面准晶中能量型路径守恒积分及其对偶形式，并确定准晶裂纹体裂尖应力奇异性阶数．方法建立过程中利用了平面准晶弹性理论的基本控制方程和高斯定理．结果与结论给出了平面准晶体在静态、动态和运动裂纹情形时的路径守恒积分及其对偶形式，给出了守恒性证明，得到准晶裂纹体裂尖应力具有－１／２奇异性。

RTC路径下粉质粘土平面应变三轴试验研究及剑桥模型的修正

岩土类材料宏观力学特性有强烈的应力路径依赖性,不同应力路径下材料所表现出的应力应变特性存在较大的差异。对于实际工程中存在的卸荷路径工况,目前通常的做法是通过加载的试验方法确定岩土体力学参数和本构模型,这对于实际工程中的卸载路径工况可能会存在较大误差。因此,从实际工程出发,针对深基坑开挖时典型的侧向卸荷工况进行分析。利用多路径平面应变三轴仪对黄石青龙山麓粉质粘土进行了常规路径下平面应变三轴固结排水剪切试验(CTC路径)和减围压平面应变固结排水剪切试验(RTC路径),对比分析2种应力路径下的试验现象,描述了二者的差异性,重点分析了RTC路径下试样所表现出来的力学特性。基于剑桥模型框架的前提下,推导出了基于本文材料的修正剑桥模型方程,为数值分析奠定了基础。