考虑诱发各向异性的花岗岩残积土硬化土模型参数研究

通过花岗岩残积土在原位有效自重应力下的固结(简称K0固结)排水三轴剪切试验和三向等压固结排水三轴剪切试验,分析诱发各向异性状态对花岗岩残积土硬化土模型(HS模型)参数的影响,并探讨K0固结排水三轴剪切试验所得HS模型参数在花岗岩残积土基坑工程数值分析中的适用性.研究结果表明:诱发各向异性对花岗岩残积土HS模型参数产生影响,诱发各向异性状态下的花岗岩残积土HS模型参数应用于实际基坑工程的数值分析可获得更加准确的预测结果.

砂土的各向异性强度准则:应力诱发各向异性

采用散粒材料的宏细观力学分析方法,在颗粒水平研究砂土的诱发各向异性强度特性,提出了砂土各向同性与应力诱发各向异性强度的区别与联系,从细观机理上将二者区分开来。分析了M-C、M-N、L-D三种强度准则在考虑诱发各向异性方面的差异,基于三轴压缩与三轴伸长破坏各向异性发展的不同,建立了考虑中主应力影响的简单破坏应力比–组构关系。从微细观角度建立了砂土应力诱发各向异性强度准则,并考虑了砂土不同密实状态对诱发各向异性强度的影响,最后与已有的真三轴试验结果进行了比较分析。研究结果表明:建立的诱发各向异性强度准则,物理参数意义较明确,与试验结果吻合较好,有助于从微细观机理分析砂土的各向异性强度特征。

真三向应力作用下深部储层砂岩渗透率各向异性实验研究

渗透率各向异性是沉积岩层理结构中一个非常典型的现象,一方面它由原生沉积结构决定,即原生各向异性,另一方面它受到总应力和孔隙压力影响,即诱发各向异性.为研究真三向应力条件下储层砂岩渗透率原生与诱发各向异性,以中国东北部S6储气库储层砂岩为研究对象,采用东北大学自主研制的硬岩真三轴应力-渗流耦合装置对储层砂岩进行渗流实验,通过稳态法完成同一砂岩3个相互垂直方向的渗透率测试.实验结果表明:储层砂岩在施加的应力和孔隙压力范围内,平行层理方向的渗透率k x为100.94~113.98 m D,k y为98.34~111.41 mD,垂直层理方向的渗透率k z为54.98~63.29 mD;储层砂岩3个正交方向渗透率均随主应力增加而减少,随孔隙压力加载而递增;与气体渗流方向垂直的应力对渗透率的影响大于与气体渗流方向平行的应力对渗透率的影响;当外部应力方向都垂直于气体渗流方向时,与层理垂直的应力对渗透率的影响大于与层理平行的应力对渗透率的影响;孔隙压力对储层砂岩渗透率的线弹性响应并不是各向同性的,孔隙压力对水平层理方向所产生的渗透率增量超过了垂直层理方向.研究结论为地下储气库储层砂岩渗透率准确预测提供了参考依据,为地下储气库的运行和管理提供了新的岩石物性资料.

黏土的各向异性边界面模型

基于临界状态理论和边界面本构理论,通过引入各向异性张量建立各向异性的边界面和硬化法则,提出了一个可考虑初始各向异性和诱发各向异性对黏土应力应变行为影响的本构模型。黏土的初始各向异性由不等向的固结过程产生,因此假定各向异性张量的初始值可由初始应力状态确定,并且提出了一个由塑性体应变和塑性剪应变共同决定的各向异性张量的演化规律来描述在后续应力作用下土的各向异性的变化(诱发各向异性)。文中对具有不同初始固结应力状态的多组高岭土试样的三轴试验结果进行了模拟,吻合较好。

单调荷载下砂土变形过程数值模拟及细观机制研究

采用离散单元法的颗粒流理论,模拟了松砂和密砂在单调荷载作用下的变形过程,研究了砂土渐进破坏过程中的宏观力学行为和细观组构参量的演化规律。采用PFC的FISH语言开发了细观组构统计程序,通过记录加载不同时刻试样的细观参量,如配位数、接触法向分布、粒间法向接触力、切向接触力等的演化,分析了砂土变形过程中细观组构变化与宏观力学响应之间的内在联系。应用表征上述量的组构参数研究了砂土的诱发各向异性,探讨了松砂剪缩、密砂剪胀的细观机制。研究成果对于揭示砂土变形的细观机制以及建立砂土的细观力学模型具有重要意义。

循环荷载下砂土变形的细观数值模拟I:松砂试验结果

采用颗粒流方法模拟不同排水条件下砂土的双轴试验,研究了循环荷载作用下松砂渐进破坏过程中配位数、接触方向、粒间接触力的演化规律,应用表征上述量的组构参数研究了砂土的诱发各向异性,探讨了饱和砂土液化、状态转换面产生的微细观机理。研究表明:宏观的液化对应于细观组构上配位数的连续累积丧失和粒间接触力的不断减小,其根本原因在于循环荷载往返过程中,组构各向异性与应力各向异性发展的不匹配。研究成果对于揭示砂土变形的细观机理以及建立砂土的细观力学模型都具有意义。

循环荷载下砂土变形的细观数值模拟Ⅱ:密砂试验结果

采用颗粒流理论模拟了不同排水条件下密砂的双轴试验,通过开发的细观组构统计程序记录加载不同时刻试样的细观组构演化,研究了循环荷载作用下密砂变形过程中细观配位数、接触方向、粒间接触力等的演化规律及其与试样宏观力学响应之间的内在联系。探讨了密砂在循环荷载作用下诱发各向异性、剪胀软化、循环活动性等产生的微细观机理。与松砂相比,密砂在循环荷载作用下,组构各向异性与应力各向异性彼此相协调,没有产生配位数的连续累积损失。

只考虑Reaction Field的SG平均场理论

本文按平均随机场理论的思想方法，通过引入一个新的近似建立只考虑Reaction Field平均场理论。讨论了无限力程和有限力程两种情况，计算了相应的临界温度及热力学性质，结果证明了近似的合理性，也充分了ReactionField的重要性。研究发现Reaction Field实际上代表一处强度随湿度变化的类反铁磁耦合，基于这一结论，本文解释了一些重要的SG基本性质：包括H－M曲线特征，IsingSG系统的spin-flop现象，和场诱发各向异性。

非线性组合硬化条件下镁合金板料变形回弹预测

变形回弹作为金属板料成形的主要缺陷之一,如何提高变应变路径条件下的回弹预测精度一直是研究者们面临的难题.本文针对镁合金变形特点,提出了同时考虑同向硬化、动态硬化和屈服圆畸变的本构模型.以0.8 mm厚AZ31B镁合金板料为研究对象,施加不同预拉伸后进行弯曲变形试验,观察了不同预变形对回弹规律的影响.同时结合有限元分析ABAQUS-Explicit(Vumat)和ABAQUS-Implicit(Umat)对板料的变形及回弹过程进行模拟仿真,对比试验与模拟结果,验证动态硬化对于镁合金板料变形回弹的重要影响.