饱和砂土体有效应力物态动力本构模型及应用的研究

首先通过对现有土体动力反应分析方法的系统分析,在动三轴仪上对饱和砂土进行大量等q往返球应力p、等p往返偏应力q以及往返p,q三类固结排水动力试验,揭示往返球应力和往返偏应力作用下饱和砂土的应力–应变特性。在继承饱和砂土瞬态动力学理论的基础上,完善由状态边界面、相态转换面及应力历史边界面构成的静动有效全应力空间特性域,建立新的有效应力物态本构模型。由于该模型是建立在球应力–体应变、球应力–偏应变和偏应力–偏应变关系的基础上,因此能够全面反映饱和砂土的应力–应变非线性、硬化性、剪切胀缩性和压密回胀性、应力路径相关性以及球应力–偏应力–变形的耦合性等主要特征。其次,以动力固结理论和瞬态动力学理论为基础,将该本构关系引入到以动力反应–动力固结相耦合、静应力–动应力变化相耦合以及孔隙水压力产生–扩散–消散相耦合,能较全面地反映动力作用下土体应力–应变反应的真实过程为特点的三维瞬态动力方程组,形成饱和砂土体有效应力物态地震反应分析的完整理论体系。

基于物态本构模型的土体动力反应分析方法

通过对现有土体动力反应分析方法的分析,提出了新的有效应力物态地震反应分析方法。首先,建立了能够全面反应饱和土体的应力应变非线性、硬化性、剪切胀缩性和压密回胀性、应力路径相关性以及球应力和偏应力与变形的耦合性等主要特征的有效应力物态动本构关系。其次,以动力固结理论和瞬态动力学理论为基础,将该本构关系引入到以动力反应与动力固结相耦合、静应力和动应力变化相耦合,孔压产生、扩散和消散相耦合、能够较全面反映动力作用下土体应力应变反应的真实过程为特点的三维瞬态动力方程组,形成了饱和砂土体有效应力物态地震反应分析的完整理论体系。最后,开发了新的动力固结三维有限元分析程序,通过对一个饱和路基的计算和分析,不仅得到了合理的土体动力性状,而且验证了该分析方法与程序的正确性。

双应力变量的饱和介质非线性体积本构关系

为获得考虑组分基质变形的饱和多孔介质体积本构关系,根据混合物理论,把饱和多孔介质的固相体应变分为固相体积分数应变与固相基质体应变之和.通过推导和分析体积变形功守恒方程,在小应变条件下揭示了Terzaghi有效应力唯一决定固相体积分数应变和固相基质压力唯一决定固相基质体应变的变形规律,并据此提出双应力原理:Terzaghi有效应力与固相基质压力共同决定饱和多孔介质的固相体应变.当忽略固相基质压缩性时,双应力原理退化为有效应力原理.根据上述理论研究成果,结合Lade和De Boer模型试验数据建立了饱和多孔介质非线性体积本构关系式,以验证上述理论的可行性及正确性.最后,基于双应力变量模型讨论了Biot系数、孔压系数和孔隙比随Terzaghi有效应力的变化规律.

基于物态本构模型的路基动力反应分析

以动力固结理论和瞬态动力学理论为基础,将有效应力物态动本构关系引入到以动力反应与动力固结相耦合、静应力与动应力变化相耦合、孔压的产生、扩散和消散相耦合的动力三维瞬态动力学基本方程组中,形成了饱和土体有效应力物态地震反应分析的完整理论体系。利用有限元法对饱和路基进行了瞬态地震反应分析,较好地反映了土体在震动过程中剪胀、剪缩的实际性态,比以往引进孔压模型和静.动交替分析计算更为合理。

各向同性及随动硬化材料在有限弹塑性变形情况下的本构关系(英文)

提出一种修正的随动硬化材料塑性应变关联流动律 .一个有限弹塑性变形过程被分解成许多小变形子过程 .子过程中的应力响应被研究 .研究表明子过程中的应变增量有两部分组成 ,只有其中一部分影响应力 .结果 ,各向同性及随动硬化材料在有限弹塑性变形时的本构关系被提出 .最后 ,对新本构关系与其它理论的本构关系作了比较 ,计算了简单剪切变形的应力 .

广义有效应力在非饱和土本构模型中的应用

为更好地定义和理解毕肖普(Bishop)应力,针对非饱和土本构模型有效应力研究中存在的问题,提出了广义有效应力定义框架,并与传统Bishop应力定义框架做了比较,探讨了基质吸力、粘固作用、硬化过程。

土体动本构模型研究评述

回顾和总结了国内外关于土体动本构模型研究与应用的现状 ,着重对复杂荷载下动力弹塑性模型进行了较详细的介绍 ,并对各种模型的优缺点进行了比较和讨论 ,最后提出了土体动本构模型未来发展的一些方向和有待进一步研究的苦干问题 .

砂土的物态本构模型

基于砂土的压缩回胀性、剪切非线性及剪缩剪胀性的系统分析和包括循环荷载、主应力轴旋转及应力路径偏转等复杂应力条件下的复杂变形反应,得到了三类应力-应变基本关系。在剪缩剪胀应力-应变关系中,引入了由偏应变分量确定的应变路径长度变量,揭示了应力主轴旋转、应力路径偏转引起的剪缩剪胀性。将这些基本关系与循环荷载下砂土的物态变化相联系,建立了砂土的物态动本构关系。

混凝土损伤弹性本构关系及断裂判据

以混凝土单轴拉压损伤为基础,给出了单元弹性损伤本构关系,分析了裂纹尖端损伤微裂区尺寸,定义了有效应力强度因子,给出了I型裂纹损伤断裂判据。

材料本构关系模型选择对钢板冷弯成型模拟的影响

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了不同材料本构关系模型对钢板成型时圆角处应力、应变及回弹的影响。结果表明,材料本构关系模型的选择对钢板冷弯成型模拟时圆角部位的应力和应变影响较小,模拟时不用严格区分;材料本构关系模型的选择对钢板冷弯成型模拟时回弹结果影响较大,采用双线性随动强化模型模拟比使用双线性等向强化模型所获得的回弹结果更接近于真实值。

基于对数动骨架的可考虑液化大变形本构

可用于液化分析的本构模型在土层地震反应分析时难以模拟液化后引起的饱和砂土大变形反应,且适用于饱和砂土场地地震反应分析的非线性时域大变形本构的研究也相对较少。现针对饱和砂土液化大变形条件下的动力反应分析缺少相应的时域大变形本构开展研究,以期通过试验分析和理论研究提出一种可行的、简单适用的时域大变形本构。基于不排水循环三轴试验数据分析得到的饱和砂土液化后大变形应力-应变行为的规律,提出适用于饱和砂土液化后大变形的加卸载准则。结合笔者提出的基于对数动骨架曲线的有效应力本构,得到能定量描述饱和砂土液化大变形途径的大变形本构。该本构依据实际试验结果,可以系统地模拟饱和砂土整个液化过程的变形规律。通过自行编制的土层地震反应分析程序Soilresp1D,实现了含可液化饱和砂土场地动力反应分析,结果表明,基于对数动骨架本构、有效应力修正对数动骨架本构及液化大变形本构提出的时域非线性大变形本构能直接应用于含饱和砂土场地的动力反应分析。

地应力对岩心渗透率伤害实验及机理分析

生产实际情况表明,有许多油气田对地应力较为敏感。随着生产的进行,储集层压力下降,有效应力不断变化,引起油藏产能逐渐降低。为研究这一规律和变化机理,阐述了应用岩心测试有效应力对渗透率影响的实验原理,在对实验数据进行统计分析的基础上,拟合出有效应力与渗透率的函数关系（二次多项式）。应用毛细管渗流概念以及弹性厚壁筒原理,研究了随着毛细管管壁内外压差变化时,毛细管内半径变化及其对毛细管渗流能力的影响,所得结论与实验结果一致。在实际生产中,应控制油藏压力快速大幅度下降,避免有效应力变化引起油藏渗流能力下降和减产。表3参5（范学平摘）

土体动力反应分析方法的研究

【目的】比较土体动力反应分析方法的优劣,并指出其研究发展的方向。【方法】以动力固结理论和瞬态动力学理论为基础,将物态本构模型引入到动力反应与动力固结相耦合、静应力和动应力变化相耦合、孔压的产生、扩散与消散相耦合的瞬态动力固结方程中,以砂土路基作为数值分析对象,比较了物态本构模型、孔压模型和等效粘弹性分析孔压特性和残余变形特性的差异。【结果】基于孔压模型的等效粘弹性土体动力反应分析是一个平均过程,体现不出某一时刻土体的实际性态,而基于物态本构模型的瞬态动力反应分析反映了孔压的瞬态变化的波动,体现了土体任意时刻的真实性态。【结论】以动力固结和瞬态动力学理论为基础的反应地震过程中,土体物态变化的动力反应分析方法将动力反应与动力固结耦合在一起,能够真正地反映实际土体的真实性态,是一种有发展前景的科学方法。

土动力学研究综述及思考

随着国家重大构筑物的不断建设实施,考虑土体具有较高的动力易损性和致灾特性,工程构筑物的工程地质灾害和岩土工程动力致灾特性研究需要愈显迫切。通过对当前土动力学与岩土地震工程方面研究进展进行归纳总结,着重从土的动力强度、土的动本构关系、砂土的振动液化、铁路路基中的动应力、边坡地震永久变形和稳定性、挡土墙上的地震土压力等六个方面进行叙述,对其中涉及的各种研究方法进行比较和论述,最后提出了土动力学有待进一步深入研究的若干问题和未来发展方向,以期基于土动力学的发展而提升构筑物的抗震设防水平。

基于对数骨架曲线的时域本构及其应用

土层非线性地震反应分析的等效线性化方法会严重降低某一中频段增大相应的高、低频段的地震动非线性效应,且土体的塑性变形影响无法体现,尤其软弱土层、薄覆盖层场地地震反应分析结果与实际观测不符。从一维土层场地时域非线性地震反应分析出发,提出一种基于G/G 0,λ-γ试验曲线确定的对数骨架曲线的函数表达式,其特点是渐近线上升较缓慢。基于Mashing准则,以加卸载转折点应力应变为参考应力应变点建立了对数动骨架曲线本构函数表达式。在此基础上,提出了基于对数动骨架曲线土体本构的交叠差分格式一维土层时域非线性地震反应分析方法,并以Microsoft Visual C++6.0为开发平台,自行编制了一维土层地震反应分析程序Soilresp1D,开展了于软弱土层、薄覆盖层场地和场地影响台阵场地的时域非线性地震反应计算分析。与基于双曲动骨架曲线本构的时域分析结果、等效线性化分析结果以及实际地震动观测记录对比,展现了提出的对数动骨架曲线本构的可行性及合理性。同时,对比结果表明,基于对数动骨架曲线本构的土层时域非线性地震反应分析方法适用于不同类型场地的地震反应分析,且尤其表现为对数动骨架曲线本构滞回圈较宽、阻尼比退化系数较大,更好地体现了实际土体的非线性和塑性特性。

断层周围的弹塑性区及其地质意义

采用弹塑性有限单元方法 ,通过模拟符合实际状况的逐步加载过程所引起应力场和塑性形变区的研究 ,得出如下结果 :①在塑性或韧性剪切形变情况下 ,断裂或形变带的共轭剪切角往往大于 4 5° ;②在双向挤压应力条件下 ,先存断裂的前缘部位没有拉伸应力存在 ,但可能有伸展形变发生 ;③与最大主压应力夹角为 3 0°～ 90°的断层前缘是偏应力的优势方位 ,容易发生塑性剪切形变 ,特别是夹角为 60°左右的断层是最易发生新的构造活动的断层 ;④多数断层两侧一定范围内以及断层内部是相对的低应力区。这些应力的低值区 ,非常有利于矿液和油气的运移。

复合地基各向异性地震反应的数值模拟

通过将工程上常用的柔性桩复合地基加固区和非加固区土体模拟成各向异性体,在复合地基地震反应分析中,引入了横观各向同性弹塑性模型,建立了针对横观各向同性介质的双渐近多向透射边界条件。并针对柔性桩复合地基地震反应分析的特点,编制了考虑各向异性的柔性桩复合地基地震反应分析有限元计算程序。在程序中针对不同的材料采用不同的本构关系和不同的单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可以同时进行复合地基的二维平面应力、平面应变和轴对称问题的静动力数值模拟。程序验证和实例计算分析表明,在柔性桩复合地基地震反应分析中考虑各向异性是必要的。

CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究及有限元分析

采用6组面内双剪试验研究了碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)与混凝土界面的黏结行为。为了保证双剪试件两侧界面受力均匀且处于纯剪切状态,对传统的试件制作方法进行了改进并取得了较好的效果。基于试验结果建立了Popovics型界面黏结滑移本构关系,将此本构关系引入有限元模型并对影响界面黏结性能的结构参数进行了分析。结果表明:界面的峰值应力随混凝土强度的增大而增大,随外贴CFRP宽度的增大而减小,但界面的极限剥离荷载呈增加趋势。与常用的2种界面极限剥离荷载计算模型对比表明,本文所提供的剥离荷载计算方法与两者较为接近,能够较好地预测CFRP-混凝土界面的极限剥离荷载。