考虑粉细砂应变软化特性的修正双曲线模型

在基础建设过程中,以粉细砂为填筑材料的地基在上覆荷载作用下可能发生软化现象。为探究饱和粉细砂应变软化规律,基于自动环境三轴试验系统开展合肥粉细砂固结不排水三轴剪切试验,分析不同围压下粉细砂应变软化特征,揭示其软化机理。研究结果表明:合肥粉细砂不排水剪切应力-应变曲线呈明显驼峰型软化特征;围压对于其应力-应变曲线影响显著,其峰值偏差应力及对应的峰值应变与固结围压呈正相关,偏差应力峰值与固结围压关系可用线性函数(σ1-σ3)p=0.637σ3+255.5拟合表述,拟合决定系数R2达到0.983,应变峰值与固结围压关系可用线性函数εp=0.0031σ3+5.45拟合表述,拟合决定系数R2达到0.982;剪切过程粉细砂试样产生剪胀现象,使得土体结构逐渐破坏,进而发生应变软化现象。通过在沈珠江院士提出的驼峰形双曲线型公式上添加新的边界条件以简化模型参数,构建了合肥粉细砂应变软化修正双曲线数学模型。该模型对合肥粉细砂应力-应变软化曲线的拟合效果良好,为安徽地区地下工程设计与施工提供重要依据。

一种基于应变软化模型的直墙半圆拱巷道开挖计算分析

为研究软岩直墙半圆拱巷道的变形破坏规律,以梅花井煤矿1110208工作面为研究对象,基于应变软化模型来反映软岩的泥化以及膨胀特征,计算了直墙半圆拱巷道开挖后围岩中塑性区及支承压力分布情况。研究结果表明,应变软化模型受巷道围岩中铅直应力影响显著,当埋深较大时,巷道围岩中铅直应力显著增加;基于应变软化模型计算得到巷道围岩中塑性区分布面积显著增大,巷道顶板及顶板中的拉应力分布区也显著增加,应变软化参数对巷道围岩中塑性区分布影响显著;随塑性剪切应变增加,岩石材料内聚力下降幅度越大,巷道围岩中塑性区分布面积越大;应变软化参数对巷道围岩中铅直应力最大值及最小值应变不显著,但对巷道顶板及底板中拉应力分布区影响显著;随塑性剪切应变增加,岩石内聚力下降幅度越大,巷道顶板及底板中拉应力分布区越大。

贵阳红黏土的应力-应变软化模型及参数研究

通过对不同含水量和不同围压下的贵阳红黏土进行三轴固结不排水试验,系统地研究了贵阳红黏土的软化特性及孔隙水压力的变化规律。试验结果表明:贵阳红黏土破坏形态具有明显的剪切带;应力-应变曲线出现了带有驼峰的应变软化现象,固结过程中孔隙水压力与时间呈指数函数关系,剪切过程中孔隙水压力与轴向应变呈双曲线型。研究认为,土体的结构屈服应力和固结不排水试验中产生的孔隙水压力是造成贵阳红黏土软化的主要因素。根据沈珠江、张尔齐等人的软化模型,对贵阳红黏土进行拟合,求解模型参数及置信区间,为贵阳红黏土进一步的数学模型建立提供理论基础。

基于应变软化模型的煤柱采动应力分布精细化数值模拟

本文以山西经坊煤业3-边角08工作面工程地质条件为背景,开展了工作面护巷煤柱采动应力的现场钻孔应力实测;分别建立了基于摩尔-库伦(MC)本构模型以及应变软化(SS)本构模型的数值计算模型,精细研究了综放工作面煤柱采动应力空间分布及演化规律。现场钻孔应力监测及数值模拟结果表明:与传统的MC模型相比,基于SS模型的精细化数值模拟能够准确地获得综放工作面煤柱采动应力空时分布规律,其结果更接近于现场钻孔应力监测结果;基于SS模型的煤柱上的支承压力峰值位置滞后工作面40~50 m,而基于MC模型煤柱采动应力峰值位置始终处于采空区中部,不能反映采空区顶板垮落破断对采动应力分布规律的影响;基于SS模型的煤柱上的侧向支承压力和工作面前方的超前支承压力分别相比基于MC模型的结果分别小43.3%和26.2%。研究成果对于指导综放工作面护巷煤柱尺寸留设以及巷道布置与支护设计具有一定的理论与工程指导意义。

循环荷载作用下饱和软黏土应变软化模型研究

循环荷载作用下,饱和软黏土将发生应变软化现象。而以往的研究中往往忽略土体的各向异性固结对软黏土循环软化特性的影响,并且以往对循环软化的研究大多采用低频循环荷载方式。通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环次数、循环应力比、固结比、频率、超固结比对土体应变软化的影响。试验结果表明,循环次数的增加,循环应力比的提高,都将加快土体软化;循环荷载作用下,软黏土存在临界循环应力比,当循环应力比较小或较大时,软化指数与lgN近似为线形关系,而当循环应力比在临界循环应力比左右时,两者表现为明显的曲线关系。随着频率的提高、土体超固结性的增强,土体软化程度降低。当土体为各向异性固结时,在循环应力比较小的情况下,随着固结比的增加,软化指数逐渐减小;当循环应力比较大时,在循环初期,土体的各向异性固结加速了土体的软化,但随着循环次数的增加,各向异性固结土体的软化指数逐渐要大于各向同性固结土体。同时,在试验的基础上推导反映土体软化规律的经验公式,利用该公式并结合修正的Iwan模型对软黏土的动应力–应变关系进行描述。

土工合成材料界面应变软化特性的一种本构新模型

在土工合成材料工程的数值研究中,根据土工合成材料界面的力学特性,构建合理有效的本构模型是提高数值计算可靠性的关键.针对部分土工合成材料界面存在的应变软化特性,提出了一种新的本构模型.以剪应力峰值为分界点,将剪应力剪切位移曲线前后两部分分别进行模拟.剪应力峰值前,采用Clough和Duncan双曲线模型进行模拟;剪应力峰值后的应变软化阶段,以剪应力峰值为原点,用另外一条倒置的双曲线进行模拟.通过系统的公式推导描述了模型的构建过程,给出了应变软化阶段界面剪切刚度计算表达式.通过对界面直剪试验结果的模拟初步验证了模型的拟合能力.

基于应变软化模型的深基坑土钉加固分析

为了更加真实地反映岩土体材料的特性,以某深基坑土钉加固工程为背景,建立相应的应变软化模型。分析土钉加固基坑过程中,基坑的变形和塑性区分布情况,以及不同位置和不同开挖过程中土钉的应力变化情况。结果表明:用FLAC3D建立的应变软化模型,能够较好地反映土的特性;该准则下,基坑的变形和破坏形式符合实际情况。土钉在加固过程中,轴力变化呈现非线性特征,FLAC3D能够较好地进行反映,能为工程实践提供指导。

黄土非线性应力–应变新模型及对比研究

目前,黄土的应力应变曲线只能根据其形态类型选择不同的数学模式来描述,为实现描述应力应变数学模式的统一,提出了一种新的非线性模型,并给出了各参数的确定方法。通过应用新模型与现行主要的非线性模型(邓肯–张双曲线模型、指数模型、驼峰曲线模型),同时对结构性黄土常规三轴试验所得的各种类型的应力应变曲线进行模拟,并经与实测应力应变数据点对比研究表明:新模型表达式比驼峰曲线描述软化型应力应变曲线的精度高;同样新模型比邓肯–张双曲线模型、指数模型描述硬化型应力应变曲线的精度也高,说明此非线性新模型既可描述应变强硬化型也可描述应变弱硬化型应力应变曲线;既可描述应变强软化型也可描述应变弱软化型应力应变曲线。通过新模型对经典实例应力应变曲线的描述,进一步说明新模型具有良好的适应性。新模型为形态各异的应力应变曲线提供了一个统一的数学模型。

基于应变软化模型的岩体单轴压缩裂隙扩展

分别采用FLAC^(3D)程序中的应变软化模型及空模型来描述岩石及裂隙的力学行为,同时采用超细单元划分法对计算模型进行剖分以模拟裂隙扩展。采用上述数值计算模型研究了单轴压缩荷载下裂隙长度、倾角和裂隙条数对裂隙扩展路径及岩体力学特性的影响。计算结果表明,试件单轴抗压峰值强度随裂隙长度增加而逐渐降低,当裂隙长度不同时,次生翼裂纹的出现位置及扩展路径也有较大差别。翼裂纹的萌生位置及扩展规律均随裂隙倾角而变化;试件峰值强度随裂隙倾角由0°增加到75°时,类抛物线规律变化,当裂隙倾角为30°时,试件峰值强度最低。裂隙条数对裂隙扩展路径及试件破坏模式有较大影响,且试件峰值强度随裂隙条数增加而逐渐减小。

基于中主应力的岩石统计损伤软化模型参数研究

岩石本构关系问题一直是岩石力学研究的重点问题,基于损伤力学理论,假设岩石的损伤变量分别服从幂函数分布与正态分布,建立考虑中主应力影响的模型,总结参数规律。通过两种分布函数所建立的岩石统计损伤软化本构模型与试验结果对比,以及分析损伤变量D的数值变化探讨模型适用性,研究表明:建立的模型曲线均能够较为理想地与实验曲线吻合,与岩石材料的力学性质基本吻合。而正态分布函数模型较幂函数分布模型的损伤变量D演化趋势更为合理。

冻结钙质黏土力学特性及修正邓肯-张模型的研究

淮南地区分布着广泛的钙质黏土地层,是冻结法施工的重难点,建立合适的力学模型是解决冻结壁设计的关键。以淮南地区钙质黏土为研究对象,进行不同含水率和温度下的单轴抗压试验,得到其应力-应变曲线。基于试验结果,建立描述钙质黏土的修正邓肯-张模型,将修正的邓肯-张模型进行简化、确定参数,并对曲线进行验证,结果表明:在较低含水率下冻结钙质黏土的应力-应变曲线呈现应变软化的趋势,其强度随着温度降低、含水率增大而增大;通过对比修正邓肯-张模型的计算值和试验值,表明所建立的模型能够很好地描述冻结钙质黏土应力-应变曲线的规律。模型的参数较少,易确定,可以为工程实际提供一定的理论依据。

聚苯乙烯轻质混合土应力-应变特性分析

根据聚苯乙烯轻质混合土单轴应力—应变曲线和三轴应力—应变曲线的形态 ,得出水泥掺入比、密度、含水率、龄期等对聚苯乙烯轻质混合土变形特性有不同程度的影响 ;在围压作用下 ,曲线类型为应变硬化型 ,围压不同 ,主应力差大小不同。基于试验结果 ,得出聚苯乙烯轻质混合土单轴应力应变关系符合双曲线模型 ,三轴应力应变关系符合弹性 -线性强化模型 ,并对应力应变曲线进行拟合。

复杂应力路径下土的本构模型研究

本文结合粉土着重研究复杂应力路径下，土的应力～应变～体变特性。提出考虑土的应变软化、剪胀（剪缩）性和应力路径影响的非线性弹性模型。通过试验成果验证，分析模型的适用性。

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.

压实粉土非线性应力-应变关系的试验研究

对京九线路基粉土用GDS三轴仪进行固结不排水剪试验,研究不同围压、含水量、压实度下压实粉土样的应力-应变关系。结果表明:压实粉土在低围压下为应变软化,高围压下为应变硬化,存在一个屈服应力;含水量和压实度对粉土强度和应力-应变关系影响显著,随着含水量的减小、压实度的增大,压实粉土样强度增大,应力-应变曲线上升。对围压小于屈服应力的应变软化曲线,用常规的土的软化关系式进行拟和;对围压大于屈服应力的应变硬化曲线,用邓肯-张模型进行拟和;这二者的结合能描述压实粉土的应力-应变关系曲线,效果良好。

一种水泥土非线性应力-应变关系研究

为研究水泥土的力学性能,建立了一种用分段连续函数表示水泥土非线性应力-应变关系的数学模型.给出了确定模型参数的方法,讨论了模型参数的影响因素.最后,给出了水泥土模量的表达式,验证了所提出的水泥土非线性应力-应变关系的适用性,所提出的水泥土非线性应力-应变关系可用于水泥土桩复合地基性能分析.

考虑土体结构性的弹塑性软化模型

采用在原料土中掺入水泥的方法,人工制备试样模拟天然大孔隙结构性土。根据人工制备试样在不同应力路径下等应力比压缩试验结果,确定出结构性土体初始屈服面和初始屈服后塑性应变增量方向;另外,根据三轴排水剪切试验结果建立了土体屈服后硬化规律。在此基础上,提出了一个能够反映土体结构性的弹塑性应变软化模型,并用试验进行了验证。结果表明,所建模型能够较好地反映结构性土体的应力变形规律。

混凝土拉伸应力与应变全曲线的试验研究

通过混凝土试件静态轴向拉伸试验 ,测定了其拉伸应力与应变全曲线。试验中观察了混凝土试件的表面开裂、裂缝扩展和试件断裂的全过程 ,并给出了混凝土的弹性。

一种新的岩石损伤软化本构模型

结合岩石微元强度提出了损伤变量的新形式,据此建立了新的岩石损伤软化本构模型.根据岩石三轴试验,可确定该模型中表述损伤变量的双参数.算例表明,该岩石损伤本构模型能反映岩石应变软化性状.

深部高应力下数值模拟本构模型差异性探讨

深部高应力环境下,围岩力学响应特性要异于浅部开采。为研究更符合深部高应力环境下的围岩力学特性的数值模拟方法,结合围岩条件较稳固的某铜矿深部开采工程实例,采用FLAC^(3D)软件,分别以摩尔-库伦模型与应变软化模型建立计算模型,对深部采场开采后顶板围岩的应力、位移、塑性区等情况进行分析对比。研究结果表明:在深部高应力采场大范围开挖的情况下,摩尔-库伦模型个别应力指标要小于应变软化模型,但应变软化模型顶板变形及塑性区更大,摩尔-库伦模型的总体计算结果偏向安全。即应变软化模型能够更好地反映高应力环境下,围岩在非线性阶段的应变软化特性,计算结果更接近于工程实际。计算结果也表明了对于深部高应力下采场的开采模拟,仅靠单一应力或位移指标,难以得出客观结论,可通过多种计算模型及多种分析指标来进行综合分析对比,以提高计算结果的客观性。