基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型

利用土体的塑性流动理论,提出了用于描述饱和砂土动力反应性质的弹塑性本构模型。土体总的变形由三部分组成:即弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变。土体在初始加载与卸载和重新加载阶段性质的差别通过采用不同的模型参数加以反映。该模型能够较为准确地描述饱和砂土在单调加载和循环加载条件下的反应性质。

基于SMP破坏准则的饱和砂土弹塑性本构模型

利用土体的塑性流动理论 ,提出了用于描述饱和砂土在单调荷载作用下的应力—应变反应性质的弹塑性本构模型。土体总的变形由三部分组成 :即弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变 ,其中与剪切屈服机制相关的塑性应变的得出是基于SMP破坏准则。通过将模型预测的结果与试验结果进行对比 ,表明该模型能够较为准确地描述饱和砂土在单调加载条件下的反应性质。

粘弹-塑性海冰动力学本构模型中的Drucker-Prager屈服准则

针对中小尺度下海冰动力作用过程中的漂移和堆积特征,在粘弹-塑性海冰动力学本构模型中引入了Drucker-Prager(D-P)屈服准则。该模型在海冰屈服前采用Kelvin-Vogit粘弹模型,屈服后采用相关联的正则流动法则。采用该模型对规则海区内的海冰堆积过程进行了数值试验,计算的海冰堆积高度与其解析解一致。另外,在对渤海海冰动力过程中的海冰厚度、密集度、速度以及冰内应力进行的48小时数值模拟中,计算的冰厚分布与卫星遥感资料相符合。基于D-P准则的计算结果与Mohr-Coulomb(M-C)准则的结果相一致,但D-P准则克服了M-C准则计算塑性应力时的奇异现象,进而简化了计算过程。在以上数值模拟中,均采用了光滑质点动力学计算方法。以上数值计算均验证了基于D-P屈服准则的粘弹-塑性本构模型在海冰动力学中的可靠性。

基于Mohr-Coulomb准则的黏弹-塑性海冰动力学本构模型

针对中小尺度下海冰动力作用过程中的漂移、重叠和堆积特征,在连续介质力学基础上建立了一个黏弹塑性海冰动力学本构模型.该模型主要包括四部分,即海冰在屈服前的Kelvin Vogit黏弹模型、海冰塑性屈服的Mohr Coulomb准则、屈服后相关联的正交流动法则和影响海冰强度的静水压力.采用黏弹塑性本构模型对规则海域内的海冰堆积过程进行了数值试验,其结果与传统黏塑性模型、改进的黏塑性模型和经典冰坝理论的解析解相符,可合理地模拟海冰堆积的动力过程.为进一步检验该黏弹塑性本构模型的适用性,对渤海海冰的动力过程进行了48h的数值模拟,计算结果与海冰卫星遥感现场观测资料一致.通过与传统的黏塑性和改进的黏塑性模型结果的对比分析,进一步验证了黏弹塑性模型在中小尺度海冰动力学模拟中的可靠性.在以上海冰堆积的数值试验和渤海海冰动力学模拟中均采用了光滑质点流体动力学(SPH)方法.

恒定动载下高温水冷后玄武岩的动力特性及本构模型

为研究地应力、地温和动力扰动下岩石的动力特性,利用带围压的分离式霍普金森压杆装置,对常温(25℃)和经历不同高温水冷(100、300、450和600℃)后的玄武岩试样开展了恒定动载下不同围压等级(2、4和6 MPa)的动态压缩实验,借助静态力学实验及微观实验的测试结果,分别探讨了温度和围压对玄武岩动态力学特性及破坏特征的影响规律,并基于Weibull分布理论,构建了恒定动载下高温水冷后玄武岩的动态本构模型。结果表明:3组围压下,玄武岩的动态峰值应力、弹性模量均存在温度劣化效应,且围压越高,温度劣化效应越显著;常温和经历100~600℃高温水冷后玄武岩的动态峰值应力、弹性模量均存在围压强化效应,但该围压强化效应在600℃时有所减弱。围压一定时,随着温度的升高,试样的破碎程度不断加剧;温度一定时,随着围压的升高,试样的破碎程度逐渐降低。所建立的玄武岩动态本构模型与实验结果具有较好的一致性,可用于预测玄武岩在高温水冷和主动围压耦合作用下的动态力学行为,从而为地下资源开发及地下工程防护提供理论支持。

高温前后混杂纤维再生混凝土的多轴本构模型

地震引发的火灾可能导致再生混凝土爆裂,掺入纤维是改善再生混凝土抗爆裂性能的一种有效措施。本文研究了高温前后混杂纤维再生骨料混凝土(hybrid fiber recycled aggregate concrete,HFRAC)在围压作用下的力学性能和多轴本构模型。研究表明围压对HFRAC试块的破坏模式有显著影响。经历过不同温度后的HFRAC试块在单轴压缩后会产生贯穿性裂缝,且裂缝的宽度较大。随着围压的增加,贯穿性斜裂缝逐渐被局部斜裂缝所取代。在多轴应力作用下,高温暴露后HFRAC试块的体积显著缩小。在八面体应力空间中建立了一个考虑温度影响的改进破坏准则。考虑钢纤维掺量、长径比和温度对HFRAC应力-应变关系的影响,提出了一种改进的三轴本构模型。试验表明改进后的本构模型能够更准确地反映HFRAC在单轴和低围压条件下的受压应力-应变关系和损伤演化规律。

基于SMP准则的上海软土本构模型

根据上海典型软土的真三轴排水试验,文章提出了基于SMP(Spatially Mobilized Plane,空间滑动面)准则的平面上的形状函数,通过试验结果对形状函数进行了验证;提出基于SMP准则的上海软土的新的屈服函数,并与剑桥模型、关口-太田模型进行了理论比较,结果表明新的屈服函数能更好地反映屈服面的空间形态。

冲击破坏条件下煤的强度型统计损伤本构模型与分析

为研究冲击作用下煤体破坏特征,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统对取自苇町矿的煤样进行了不同冲击载荷条件下的动态冲击试验,分析了煤在冲击载荷条件下的动态力学特性。试验结果表明煤是一种典型的率相关材料,弹性模量和抗压强度均随应变率的增大而增大。根据岩石力学的强度理论和统计损伤理论,建立了煤的强度型统计损伤本构模型,给出了模型参数的确定方法,验证了模型的正确性。对比分析了元件型统计损伤本构模型和强度型统计损伤本构模型的优劣,分析确定了强度型统计损伤本构模型的准确性与合理性。研究结果表明:强度型统计损伤本构模型结构简单,引入参数少,物理意义清晰,能够有效地描述煤体冲击破坏过程中的动态力学性质;相较于元件型统计损伤本构模型,利用强度型统计损伤本构模型拟合的相关性系数更高,与试验结果保持了很好的一致性,具有更好的普适性。

饱和砂土弹塑性动力本构模型研究

利用土体的塑性流动理论,提出了基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型,用于描述饱和砂土的动力反应性质。土体总的变形由3个部分组成:弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变。土体在初始加载与卸载和重新加载阶段性质的差别通过采用不同的模型参数加以反映。通过将应用该模型模拟计算的结果与试验结果进行对比,表明该模型能够较为准确地描述饱和砂土在循环加载条件下的反应性质,具有较少的模型参数,这些参数都可以通过常规的三轴压缩试验和静水压力试验进行确定。同时,该模型的形式比较简单,可用于数值计算中。

基于SMP准则的破裂岩统计损伤软化模型及其应用研究

岩石材料是一种非均质材料,而破裂岩是指岩体内部含有大量的裂隙、空洞、界面等缺陷,在荷载作用下其微元体破坏更具有随机性。在损伤理论的基础上,从微元体的强度随机分布的角度出发,在微元体强度度量方法上考虑损伤阈值的影响,假设破裂岩的微元体强度服从Weibull分布,结合考虑中主应力的SMP准则,建立破裂岩统计损伤软化本构模型,运用多种计算方法对模型参数m和F0进行确定。通过对小官庄铁矿2种破裂岩闪长玢岩以及矽卡岩的验证表明:在不同围压下,全应力–应变试验曲线与预测曲线吻合良好,能够反映损伤阈值的影响,且在较低围压下更为理想。同时,此模型能够反映随着围压的增加岩石的峰值强度增加而延性增大的性质,进一步验证模型的适用性及较强的应用价值。

广义双剪粘弹塑性本构模型在渤海海冰动力学中的应用

在连续介质力学基础上建立了一个广义双剪粘弹塑性海冰动力学本构模型。该模型在海冰屈服前采用Kelvin-Vogit粘弹性模型,考虑中间主应力和静水压力对海冰屈服的影响选用广义双剪应力屈服准则作为海冰屈服判据,屈服后采用相关联的正则流动法则。采用该本构模型对渤海海冰动力过程进行了48小时数值模拟,讨论了辽东湾海冰的厚度、密集度、冰速和主应力的分布规律,其中海冰厚度分布与卫星遥感资料符合良好,从而有效地验证了该广义双剪粘弹塑性本构模型在海冰动力学中的可靠性。

动力荷载下砂土的本构模型探讨

中密砂在不排水或基本不排水剪切条件下，当应力进入剪胀区时，会出现剪胀硬化反应;当应力到达破坏面且沿破坏面不断地发展时，会产生剪胀破坏.本文提出了一个砂土动力荷载下模拟剪胀破坏的本构框架，编制了计算程序并进行了模拟计算.

冻融循环作用下砂岩的力学特性及细观损伤本构模型研究

针对寒区岩体工程中岩石的冻融问题,选取砂岩为试样,通过进行室内冻融循环试验、扫描电子显微镜观测和三轴压缩试验对砂岩质量损失、微观结构和力学特性进行了分析。然后基于Lemaitre应变等效假设理论,通过引入能够反映岩石冻融破坏过程中的细观冻融损伤变量和力损伤变量来描述岩石材料的劣化程度及损伤演化规律,并采用连续损伤力学理论,建立了冻融与围压耦合作用下岩石的损伤演化方程及细观损伤本构模型。采用理论推导的方法得出所需的模型参数表达式,最后利用冻融岩石的三轴压缩试验数据对该模型的合理性和准确性进行了验证。将试验曲线的峰值点与模型理论曲线的峰值点进行对比,结果表明两者吻合度较好,该损伤本构模型能够较好地反映岩石三轴压缩过程的应力-应变峰值特性,验证了该模型及模型参数确定方法的合理性与可靠性。该模型拓展了岩石在冻融与围压耦合作用下的损伤模型,进一步的揭示了岩石在冻融与围压耦合作用下的损伤机制和破坏规律。

含铜石榴黑云片岩动态力学特性及损伤本构模型

为探究深部矿岩在不同加载条件下的动态力学特性及损伤规律,以深部回采的含铜石榴黑云片岩为对象,开展6种轴压σ_(ap)(0 MPa、6 MPa、12 MPa、18 MPa、24 MPa、30 MPa)、6种围压σ_(p)(0 MPa、4 MPa、8 MPa、12 MPa、16 MPa、20 MPa)及6种冲击速度v(18.68 m/s、20.9 m/s、23.54 m/s、26.63 m/s、29.26 m/s、31.95 m/s)条件下的动静组合冲击试验,并考虑冲击速度、轴压、围压及应变率因素,基于统计损伤理论和Drucker-Prager破坏准则建立动静组合加载下含铜石榴黑云片岩的动态损伤本构模型。研究结果表明:矿岩试件的应力-应变曲线几乎无压密阶段,当应力增加至峰值应力的65%~80%时,该阶段的应力-应变曲线出现阶跃现象;不同埋深矿岩的受力状态和冲击速度显著影响了深部围岩的动态破坏模式,当σ_(p)=12 MPa、v=31.95 m/s时,随着轴压σ_(ap)的增加,动态抗压强度先增加、后降低,而峰值应变线性递减,当σ_(p)=12 MPa、σ_(ap)=24 MPa时,动态抗压强度随应变率的增大线性增加,而峰值应变随应变率的增加呈二次多项式增长;模型理论曲线与试验曲线吻合度均较高,验证了该动态本构模型的可靠性,可为深埋岩体动态本构模型研究及工程应用提供一定的参考。

混凝土冻融损伤本构模型研究

基于各向同性连续损伤力学理论,以损伤条件下的弹性模量和泊松比为变量,基于Ottosen理论模型建立了混凝土冻融损伤破坏准则,并以Ottosen本构理论模型为基础,利用建立的冻融损伤破坏准则构建了混凝土冻融损伤本构模型,并编制了本构模型有限元程序,经过试验验证模型计算结果较为准确,为有限元计算和冻融作用后混凝土结构模拟应用提供参考。

岩石统计渗流模型和统计损伤本构模型研究

采用Eshelby等效夹杂方法建立考虑渗流的岩石损伤本构模型是一种有效方法,但相关文献目前还极少。利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法, 探索了考虑渗流和损伤的Helmholtz自由比能函数的确定,用连续介质损伤力学方法建立了相应的考虑渗流的岩石损伤统计本构模型,提出了考虑渗流和损伤过程的岩石破坏准则,建议了考虑损伤和应变的岩石渗透系数演化方程。与试验结果比较表明,所建立模型是合理的。

基于统计损伤理论的非饱和土简易本构模型

外部荷载与基质吸力的耦合作用使得非饱和土本构关系的构建极为复杂。本文首先开展了非饱和土的加载试验及脱湿试验,分析了非饱和土在不同基质吸力与外部荷载作用下的破坏模式及破坏规律。在此基础上,引进统计损伤理论,假定非饱和土是由众多强度服从Weibull随机分布的微元体组成的组合体,同时为考虑外部荷载与基质吸力对非饱和土变形的影响,采用扩展莫尔-库伦准则模拟微元体的承载能力,建立了非饱和土统计损伤演化方程,进而导得非饱和土的统计损伤本构模型,并基于常规试验提出了其主要参数的确定方法。

结构性软土三维弹塑性损伤本构模型研究

基于所提出的岩土材料统一各向同性破坏准则,通过引入椭圆-抛物双屈服面模型以及结构性损伤屈服面,结合复合体损伤概念,建立了三维主应力空间中弹塑性损伤本构模型,该模型能够反映结构性软土应力应变的非线性、剪胀剪缩特性、结构性以及中主应力对变形的影响。通过结构性软土试验结果与模型的计算结果对比分析,表明该模型能够较好地预测结构性软土三维空间的应力-应变特性。

基于热力学定律的混凝土本构模型研究

由热力学定律出发,介绍了耗散函数的形式,给出了建立混凝土本构模型的方法和过程,并对参数的确定进行了讨论,得到了基于热力学原理的混凝土多轴本构关系和真实应力空间中的屈服准则、破坏准则及塑性流动法则。由此方法建立本构模型,引入假定较少,避免了假设"塑性势函数"的做法,得到的结果自动符合热力学原理,具有一定的普遍性。算例表明,该模型计算结果与试验结果符合较好。

冻融后普通混凝土双轴等效单轴应变本构模型试验研究

采用大连理工大学的混凝土快速冻融设备和混凝土大型静、动三轴试验系统,进行了0～75次普通混凝土的冻融试验,对冻融后的试件进行了9种应力比的等比例双轴压和双轴拉压试验。发现随着冻融次数的增加,冻融后双轴压破坏包络线非均匀缩小,抗拉强度下降的程度较抗压强度大,拉压破坏包络线与常态时不同,最大压应力方向的应力应变曲线趋于扁平。建立了以应力比和冻融循环次数为连续变量的破坏准则。反算了三个主压应力方向峰值应力点处的等效单轴应变,得到了冻融后普通混凝土双轴等效单轴应变本构模型。结合所建立的破坏准则,采用该本构模型得到的数值分析结果与试验曲线有较好的一致性。