基于广义SMP准则的线性软化柱形孔扩张分析

针对非脆性软化剪胀土中柱形孔扩张问题,将摩擦黏性土体损伤后的软化特性用材料的力学性能参数下降来描述,引入了损伤软化参数.同时考虑土体的剪胀与内摩擦角、黏聚力以及平均应力的相关性和软化特性对应力-剪胀关系的影响,采用了引进损伤软化参数的Rowe流动法则,并结合利用反映中间主应力效应的广义空间准滑动面理论和平面应变轴对称问题柱形孔扩张基本方程,推导并给出摩擦黏性土中大应变柱形孔扩张曲线的数值求解步骤.通过算例分析,将所得解与Mohr-Coulomb破坏准则的解答进行了比较,研究了中主应力效应的特性,并且探讨了损伤软化参数、内摩擦角及黏聚力对极限扩孔压力、塑性区半径、塑性区应力场、平均剪胀等的影响.

考虑剪胀的线性软化柱形孔扩张问题

从常规试验成果出发，用弹性软化－残余塑性三线性应力应变模型来模拟应力应变软化关系曲线；用三折线来模拟体积应变、小主应变与大主应变的关系曲线。采用双剪统一强度理论的屈服函数形式，推导并给出了柱形孔扩张时，应力场、应变场、位移场和最终扩张压力计算时所需公式和计算求解步骤。最后，通过对某一算例的计算求解，与弹脆塑性模型作了对比，着重分析了不同软化模式对应力场和位移场的影响。

非线性硬化与非线性软化的巷、隧道围岩塑性分析

在符合岩体实际的弹性、应变非线性硬化和具拐点的非线性软化的三段式光滑连接应力-应变关系条件下,求得静水压力下圆形巷、隧道围岩塑性硬化区和软化区的应力分布表达式。证明了所求得的巷道围岩径向和切向应力曲线在硬化区半径r=Rs和软化区半径r=R处均光滑连接,特别是所求得的切向应力σθpo-r a曲线没有尖峰向上的应力集中,此结果与日本学者久武胜保的试验结果一致。指出基于理想弹、塑性本构模型的Kastener解有明显缺陷,其σθ-r曲线尖峰向上的应力集中与实际不符。

基于应变非线性软化的圆形硐室围岩弹塑性分析

依据塑性力学全量理论,将岩体单轴压缩的非线性软化本构关系推广,得到复杂应力状态下圆形硐室围岩塑性区的等效应力与等效应变关系;籍以求得应变非线性软化的圆形硐室围岩塑性区半径、弹塑性区应力、应变和位移;进而求得相应情况下的硐室围岩平衡方程、地应力与硐室周边位移关系以及围岩压力方程。首次给出围岩弹性区承载力、塑性区承载力的表达式。

考虑岩石峰后线性软化和残余对圆形巷道应力位移塑性解的影响

利用统一强度准则获得准确的巷道围岩的弹塑性解,将洛德常数表示的中间主应力带入统一准则,从而将该准则表达式改为平面问题解答式。文章基于此准则和岩石三线段力学模型,推导出巷道围岩软化区和残余区的塑性解,分析统一强度材料参数、洛德常数、软化模量和扩容系数以及巷道支护力对巷道塑性解的影响。通过算例可知,随着统一强度参数、洛德常数、残余内聚力和软化模量以及支护力的增大,塑性区范围将会减小;其中扩容系数对塑性软化区范围影响不大。最后利用FLAC3D软件模拟Drucker-Prager模型和Mohr-Coulomb模型的巷道周边位移,并与利用文中理论公式获得的结果进行了验证分析,结果显示数值模拟和理论研究的结果较为吻合。研究结果可以为巷道围岩稳定性评价和支护定量设计提供理论依据,同时,在结果中考虑了软化和扩容以及多种强度准则等因素对巷道围岩塑性解的影响,具有重要的意义。

应变非线性软化的圆形硐室围岩荷载-位移关系研究

基于峰值应力后具拐点的应变非线性软化本构模型,且同时考虑中间主应力2s,对岩体形变影响的条件下及等压荷载下圆形硐室围岩塑性区应力分布规律、围岩承载机制及围岩与支护之间作用关系进行研究,得到无支护硐室围岩自承地应力上确界{}ossupp、围岩压力下确界{}ainfp等反映实际硐室围岩工作状况的重要概念。给出了{}ossupp、{}ainfp的表达式以及它们与地应力op间的关系式。所得到的塑性区应力、塑性区半径、围岩压力和硐室周边位移等研究结果,与基于理想弹塑性体的Fenner解答相比,要更接近实际硐室围岩中的对应量值。

基于应变非线性软化的海底隧道围岩力学特性

采用弹性、峰后具有拐点的应变非线性软化本构模型,且同时考虑中主应力效应,在海水渗流和不同排水工况下,对海底隧道围岩弹塑性区应力分布规律、围岩与支护之间作用关系以及最小支护阻力进行研究,分析海水压力、上覆岩层厚度、有效孔隙度对围岩力学特性的影响,提出渗流作用下隧道围岩稳定的海水压力临界值的概念,并绘制围岩(支护)特性曲线。研究结果表明:海底隧道排水越充分,围岩有效孔隙度越大,则塑性区开展范围越大,且递增幅度较大,围岩(支护)特性曲线也不同;当隧道埋深较浅时,在隧道周围只形成塑性区域,只有当埋深进一步加大时,才可能形成松弛区域。

考虑岩体峰后非线性软化的衬砌压力隧洞应力解

采用弹性-塑性非线性软化―裂缝区三阶段围岩模型,根据全量理论将真实岩体单轴应变非线性软化特征推广,得到复杂应力状态下岩体等效应力和等效应变关系,在此基础上对衬砌压力隧洞在等压荷载作用下进行弹塑性分析。推导出了围岩裂缝区、塑性软化区、弹性区和衬砌内任一点的应力与位移的解析计算式,得到了衬砌边缘岩体开始产生塑性变形的临界内压力。该解析式具有广泛的适用性,基于理想塑性介质的解答如Kastner解和完全脆性介质的解答均为特例。

三折线线性软化土体中球孔扩张问题解答

以三折线线性软化模型为基础,结合Tresca屈服准则和不相关联的流动法则,同时考虑了塑性区弹性变形,推导了具有应变软化和剪胀特性的土体球孔扩张问题的解。运用所得解分析了不同剪胀特性和不同软化程度对球形孔扩张结果的影响。

应变非线性软化的预应力衬砌隧洞弹塑性应力解

基于岩体单轴应变非线性软化本构模型,采用全量理论将其推广,获得考虑中间主应力影响的复杂应力状态下的岩体等效应力和等效应变关系,由此对灌浆式预应力衬砌隧洞进行弹塑性分析.指出预应力作用下围岩可能处于弹性或弹塑性两种状态,给出了两种情况下围岩压力、塑性区半径及衬砌应力的解析计算式,得到了围岩产生塑性变形的临界灌浆压力,并结合某工程进行了具体分析.

桩侧土非线性软化时单桩荷载—沉降曲线分析

基于桩身竖向荷载传递的微分方程,并考虑了桩侧阻力的非线性软化行为,推导出桩身轴力和桩土相对位移关系的增量形式表达式.通过该表达式并依据位移协调法的原理编写的程序,计算出了桩身的荷载沉降曲线.结果表明:计算出的荷载沉降曲线与试验曲线吻合较好,并能反映桩的渐进破坏过程.

多重线性软化材料的拉伸应变局部化及力学行为分析

峰后线性应变软化本构关系的拉伸局部化带内部的塑性应变分布及试样的峰后应力—应变关系的理论解答不适用于复杂情形,在双线性应变软化条件下,得到了拉伸局部化带内部的塑性拉伸应变分布及试样的峰后应力—应变关系的理论表达式,又将其推广为多重线性应变软化情形,这在一定程度上拓展了考虑峰后应变局部化的单向拉伸试样力学行为模型的适用范围。拓展后的模型具有广泛的适用性,可模拟峰后的Ⅰ类及Ⅱ类(回跳)行为。通过选择适当的塑性模量(依赖于应力水平)与拉伸局部化带宽度的比值,本文的模型可以精确地模拟多种准脆性材料(例如岩石及混凝土)在单向拉伸条件下的复杂的峰后力学行为。

非线性软化Cosserat连续体模型及其在土体应变局部化有限元分析中的应用

完善了土体非线性应变软化公式,并将其引入到Cosserat连续体DP-MC屈服准则中,推导了本构方程积分的返回映射算法和弹塑性切线模量矩阵。利用有限元软件ABAQUS提供的用户自定义单元子程序接口(UEL)对考虑非线性软化的Cosserat连续体DP-MC本构模型进行了数值实现,并与平面应变试验进行了数值对比验证。结果表明,考虑非线性软化的Cossrrat连续体模型,能够有效克服经典有限元在分析土体由应变软化引起的应变局部化问题时病态的网格依赖性,同时,还能够在一定程度上反映土体剪切带内材料点旋转的细观效应。进一步地,通过对平面应变压缩算例的模拟发现软化系数ω和形状参数η均对土体强度有重要影响。

非线性硬化与软化的巷道围岩应力分布与工况研究

采用摄动法得到接近岩体实际的弹性、应变非线性硬化和软化3段光滑连接的本构模型,求得静水压力下圆形巷(隧)道围岩塑性硬化区和软化区的应力分布规律。给出围岩平衡方程、地应力–硐室位移关系和围岩特征方程。分析中可自然导出围岩自承地应力上限概念。根据围岩平衡方程写出围岩弹性区、硬化区和软化区分担地应力的表达式。计算表明,围岩硬化区承载力ph大于弹性区承载力pe,软化区也有相当的承载能力。特别是所求得的切向应力σθ/p0-r/a曲线光滑连接,没有尖峰向上的应力集中,此结果与其他学者在巷(隧)道模拟试验中测得的σθ-r曲线形状一致,从理论上证明基于理想弹塑性本构模型的Kastener解在围岩软化区半径处的σθ-r曲线有尖峰向上的应力集中与实际不符。

基于应变非线性软化的衬砌压力隧洞弹塑性解析解

基于岩体应变非线性软化本构模型,考虑中间主应力的影响,对等压荷载作用下的衬砌压力隧洞进行弹塑性分析。将围岩划分为裂缝区、塑性区、弹性区,推导出了围岩裂缝区、塑性区、弹性区及衬砌内任一点的应力和位移解析计算公式,并得到了使衬砌边缘岩体开始产生塑性变形的临界内压力。所得到的解与基于理想弹塑性体的Kaster’s解相比,更接近实际隧洞围岩受力变形情况。

基于裂后线性软化模型的钢筋钢纤维混凝土盾构管片应用研究

通过开口梁三点弯曲试验研究了钢纤维混凝土的裂后塑性行为,选取了裂后线性软化模型作为盾构管片的材料模型,并在内力等效原则下,计算得到了由弹性弯拉残余强度表示的裂后线性软化模型下的塑性轴拉残余强度。通过截面静力平衡方程,引入塑性轴拉残余强度,得到了适用于大、小偏压条件下的钢筋钢纤维混凝土结构正截面承载力计算公式,完善了钢筋钢纤维混凝土管片的正截面承载力计算体系。通过管片全尺寸试验验证了材料模型和正截面计算方法的合理性。

加筋路基边坡筋土界面应变软化模型研究

土与土工合成材料之间相互作用机理的复杂性,使得通用计算程序中简单的接触面单元模型不能满足模拟界面非连续性变形的要求。为了模拟界面的位移-软化特性,通过ABAQUS中FRIC用户子程序二次开发平台纳入了界面非线性应变-软化本构模型。建立的直剪试验数值模拟验证了界面模型的有效性和可靠性。数值试验与理论计算结果非常吻合,表明该界面模型可以模拟土与土工合成材料界面的非线性位移软化行为。非线性应变软化界面模型在ABAQUS中开发的方法和实现过程为其他界面模型的开发提供了参考。

高温后混凝土断裂韧度及软化本构曲线确定

沿用常温下混凝土双线性软化本构曲线形式,对高温后混凝土软化特性进行研究.引入直接影响软化曲线形状的参数λ,结合高温后楔入劈拉试验中确定的起裂韧度与失稳韧度以及失稳韧度、起裂韧度、黏聚韧度三者之间的定量关系,调整参数λ,得到了与实测结果相符的双线性软化本构曲线形状.研究表明,由常温下混凝土材料试验得到的软化本构曲线经过小幅调整,仍能够较好地描述本试验中高温后混凝土的软化特性.

基于ABAQUS的混凝土软化曲线逆推分析开发应用

本文根据相关三点弯曲梁试验数据建立数值仿真模型对混凝土双线性软化曲线进行了逆推分析。为获得能够准确反映混凝土断裂过程区软化特性的软化曲线,通过Python脚本自编程,利用进化算法,以双线性软化曲线参数为优化变量,以数值仿真模型计算得到的P-CMOD曲线同试验测得的P-CMOD曲线之间的误差为目标函数,在ABAQUS平台上开发了对混凝土双线性软化曲线逆推分析程序。针对切口三点弯曲梁的逆推分析结果显示,双线性软化曲线第一下降段斜率决定数值计算得到的P-CMOD曲线的荷载峰值,逆推得到的P-CMOD曲线的荷载峰值同试验测得的P-CMOD曲线的荷载峰值之间的误差不超过5%,逆推得到的断裂能同试验计算得到的断裂能之间误差不超过10%,说明该方法获得的软化曲线能够较准确地反映混凝土断裂过程的结构响应,验证了所提方法的有效性。

非线性结构动力方程求解的显式差分格式的特性分析

本文针对软化非线性结构体系动力方程,分析了作者推导出的求解方程的显式差分格式的收敛性及稳定性,分别给出了结构体系处于非线性正刚度及屈服后的负刚度反应阶段时显式差分格式的稳定条件。稳定性分析结果表明,只要结构体系处于初始反应的粘-弹性阶段时显式差分格式满足稳定性条件,则可以保证软化非线性结构体系反应求解的整个过程中格式的计算稳定性。