考虑含水率影响的结构性黄土临界状态模型

根据不同初始含水率原状黄土结构性演化规律,基于临界状态土力学理论,以应力、初始含水率和应变为基本变量,提出了一个可以反映原状黄土结构性演化规律及软化特性的临界状态本构模型。模型通过对比不同初始含水率下重塑与原状黄土等向压缩曲线,建立了不同含水率下原状黄土的结构性参数及其演化方程。此外,模型采用非相关联流动法则,以剪胀方程的形式来求解塑性偏应变。模型共计9个材料参数,均可由压缩试验和常规三轴剪切试验求得。通过与已有试验数据的对比发现,本模型不仅可以较好地体现初始含水率对原状黄土结构强度、变形特性以及结构破坏规律的影响,而且能较为合理地预测原状黄土的硬化及软化特性。所建立的结构性黄土临界状态模型为深化黄土力学特性研究提供了可能,同时为有效计算黄土地基湿陷变形提供了一定的理论依据。

特征应力空间中土的分数阶临界状态模型

分数阶微分具有连续描述零阶微分到一阶微分的特性,曲线的分数阶梯度方向不再与曲线切线垂直。分数阶微分的梯度非正交性质,可用于描述土的塑性流动方向与屈服面非正交的特性。基于特征应力与临界状态理论,在特征应力空间中利用非正交流动法则描述土的塑性应变增量方向,从而建立土的分数阶临界状态本构模型。所建立的模型首次将分数阶微分与特征应力统一于临界状态理论框架内,一方面模型可以同时描述三轴压缩和三轴伸长试验条件下土的变形和强度特性,另一方面也给出了利用三轴试验确定分数阶阶次的方法。所建立的本构模型只有5个材料参数,参数物理意义清晰,可通过常规室内土工试验确定,且模型可退化为修正剑桥模型。通过对典型应力路径条件下的试验结果进行预测表明,所建的模型能够合理地描述土的变形与强度特性。

粉煤灰临界状态力学行为的试验研究

为验证临界状态理论对粉煤灰材料的适用性,基于具有变形数字图像测量系统的GDS三轴试验仪,对干燥粉煤灰试样和饱和粉煤灰试样分别进行常规三轴剪切试验,对比研究了其应力-应变行为的差异,重点研究了饱和粉煤灰材料的临界状态特性,给出了其相应的临界状态方程,并考察了低密度与高密度粉煤灰在变形过程中表面变形场演化的差异。

长期循环荷载作用下泥炭质土累积变形简化计算方法研究

交通荷载作用下软土地基附加变形预测中,人们往往关心的是地基的长期累积变形量,而非每一次循环过程中的变形情况。为此,考虑到长期循环荷载作用下土体累积残余变形发展规律与静荷载下土体蠕变变形相似的特点,将循环荷载作用次数等效为时间度量单位,引入蠕变计算理论中的蠕变势函数,结合不排水条件下土体循环累积偏应变经验模型,并基于临界状态理论,建立了可描述土体三维循环累积变形的简化计算方法。利用隐式回退应力积分算法,建立了土体循环累积变形计算数值模型,并基于Abaqus二次开发接口,编制了UMAT子程序。利用该方法对昆明泥炭质土不排水循环三轴试验结果以及地铁荷载下泥炭质土地基的长期变形进行了模拟,验证了该方法的有效性以及数值稳定性。

土的组构各向异性及其本构模拟研究进展

天然土的组构具有各向异性,对其力学特性影响显著。随着实验和数值模拟技术的进步,对土的组构各向异性及其演化规律的认识也逐渐深入。本文介绍了近年来各向异性砂土和黏土本构模型的发展,分析了基于弹塑性和亚塑性理论框架建立的土体本构模型的特点,总结了当前模拟各向异性砂土和黏土所面临的挑战,对进一步开发模拟更准确、物理意义更明确、更具普适性的本构模型进行了展望。

平面应变条件下结构性黄土本构模型试验研究

黄土在我国分布广泛,且大多都具有显著的结构性,黄土工程中又有许多平面应变问题,深入研究平面应变条件下结构性黄土的本构关系在理论研究及黄土工程应用中显得尤为重要。为了更合理地描述平面应变条件下结构性黄土的应力–应变关系,基于临界状态土力学理论,提出一个能够反映平面应变条件的结构性黄土本构模型。在模型建立过程中,引入结构屈服压力,依据平面应变试验结果直接确定固定屈服面和加载屈服面,并验证选取塑性体应变pv?为硬化参量的合理性,使本构模型更符合工程中土体的实际受力过程。模型中各参数物理意义明确,可由等向压缩试验和平面应变剪切试验求得,通过试验曲线与模型计算曲线的对比可知,所建立的本构模型可以较合理地描述平面应变条件下结构性黄土加载条件下的强度、变形特性,具有很好的应用前景。