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。

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.

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。