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。

真三轴应力条件下修正邓肯-张模型的试验研究

邓肯-张非线性模型已经被广泛的应用于工程实践的应力-应变数值分析中。考虑轴对称应力条件下邓肯-张模型应用于复杂应力时存在的不足,依据原状土的真三轴试验数据对邓肯-张模型预测结果与实测结果进行比较,论证了复杂应力条件下邓肯-张模型的适用性。通过考虑真三轴试验应力条件下中主应力对大主应变的影响,邓肯-张E-B模型大主应变叠加中、小主应力差作用产生的变形,提出了不同中主应力比的邓肯-张E-B模型参数确定方法,建立了复杂应力路径条件下修正的邓肯-张E-B模型。经与西安原状土真三轴试验结果进行比较,验证了修正邓肯-张E-B模型的正确性,为邓肯-张模型在复杂应力条件下的应用提供了途径。

基于扰动状态理论的沈阳砾砂修正邓肯-张模型

目的研究沈阳地区砾砂受扰动影响的应力-应变关系,以相对密实度为媒介,推导出考虑扰动影响的修正邓肯-张模型,为实际岩土工程问题的计算提供理论依据.方法针对沈阳地区砾砂进行三轴固结排水剪切试验;并基于扰动状态理论,采用相对密实度Dr为扰动参量,提出能考虑扰动影响的统一扰动度函数,并将其引入Duncan-Chang模型中,结合三轴试验结果,提出适用于沈阳地区砾砂的修正D-C模型;最后将试验曲线与理论计算曲线进行对比分析.结果中密或密实状态砾砂,应力-应变关系呈应变软化型;峰值强度会随围压增大而增大;峰值强度也会随Dr的增大而增大.传统D-C模型中的参数K和峰值强度(σ1-σ3)f受扰动影响程度较大,而参数n和Rf在扰动过程中变化微小.结论采用笔者提出的考虑扰动影响的修正模型计算结果较传统D-C模型更接近于真实的试验结果.因此,该修正模型可更好地模拟沈阳地区粗颗粒土的强度与变形特性.

镍铁渣-黏土-水泥改性土力学特性试验及修正的邓肯-张模型

为研究镍铁渣-黏土-水泥(FNSCC)改性土的力学特性,开展不同镍铁渣掺入比、含水率及养护时间下,FNSCC改性土不固结不排水三轴压缩试验,获得了不同工况下FNSCC改性土试样的应力-应变关系曲线及割线弹性模量,分析了其力学特性影响机理及破坏模式;基于试验结果,建立了适用于FNSCC改性土的修正邓肯-张本构模型。结果表明:FNSCC改性土的应力-应变曲线具有明显的应变软化特征;其峰值强度随含水率的增加先增大后减小,含水率约为15%的试样,鼓胀破坏特别明显;镍铁渣掺入比减小,FNSCC改性土峰值强度增大,随镍铁渣掺入比的增大,试样的破坏模式由鼓胀破坏向剪切破坏转变;随着养护时间增长,改性土试样破坏模式由鼓胀变形等塑性破坏向局部张裂等脆性破坏转变。FNSCC改性土的割线弹性模量随轴向应变增加而减小,轴向应变小于2%时,镍铁渣掺入比、含水率及养护时间对割线弹性模量的影响较大;当轴向应变大于2%,各因素对割线弹性模量的影响很小。修正的邓肯-张模型能较好地反映FNSCC改性土的应变软化现象;该模型中,参数m、n及Ɩ与围压近似呈线性关系,模型参数m受FNSCC改性土配比的影响最大,养护时间次之,含水率最小;由修正邓肯-张模型计算得到的曲线与实测曲线吻合较好,验证了该模型拟合参数的合理性。

基于修正邓肯-张模型模拟红黏土应力-应变关系

分析了原状红黏土的应力-应变关系,从结构性损伤角度进行分段描述:硬化型应力-应变关系分为2个变化阶段,而软化型则分为3个变化阶段。为准确模拟其应力-应变关系,基于结构性修正邓肯-张模型,提出了一种计算损伤参数的方法,并进行原状红黏土三轴固结不排水试验模拟计算,发现模型能较好地反映土体应力-应变在不同阶段的发展规律,其中表征损伤发展速率的参数a^∗与围压以及应力-应变关系曲线类型有关,取值范围在0.15~0.35,对红黏土弹塑性模型的建立具有参考意义。

基于修正邓肯-张模型的低胶结砂石坝结构性能研究

借助Abaqus有限元软件,研发低胶结砂石料应变预测模型的Umat子程序,进行竣工期与蓄水期低胶结砂石坝结构工作性态分析,研究结果表明,基于该新模型得出的低胶结砂石坝应力变形分布规律与其他学者得出的相应规律基本相同。研究成果可为低胶结砂石坝这一新坝型的结构设计提供一种新方法。

冻融条件下冰碛土力学特性试验及模型研究

青藏高原地区的冰碛土多处于季节性冻土区,而冰碛土在冻融循环作用下,容易引发地质灾害和影响工程建设,因此研究冻融循环作用后冰碛土力学性质和强度劣化对该区域工程的安全建设有重大的意义。对藏东南地区冰碛土开展冻融循环后的三轴压缩试验,并采用邓肯-张模型及修正邓肯-张模型对冻融后冰碛土的适用性进行验证,同时探讨了模型参数与冻融循环次数的关系。结果表明:(1)高围压下,冻融后试样表现出更明显的应变软化现象;(2)冻融循环次数与土体内摩擦角无显著相关性,而黏聚力呈负指数型函数衰减,这与直剪试验结果一致;(3)采用邓肯-张模型预测冻融作用下冰碛土的应力-应变曲线,低围压下模拟精度较高,模型参数K和冻融循环次数呈负指数函数关系;(4)修正邓肯-张模型可以较好反映试样的应变软化特性,但对于试样破坏后的残余强度阶段,理论值与试验结果相差很大,可靠度低。该研究以期为寒区工程建设提供基础性参考。

基于干湿循环与三维条件下污泥固化土邓肯-张模型研究

为研究城市污泥固化土作为路基填料时其在复杂应力状态下的力学特性,通过GCTS真三轴试验仪对城市污泥固化土进行不固结不排水试验,探讨其在不同干湿循环次数和中主应力比条件下的应力-应变特性和抗剪强度指标变化规律,并在三维条件下对邓肯-张模型进行了双重修正。研究结果表明:当干湿循环次数和围压一定时,污泥固化土的结构屈服应力随着中主应力比的增大而增大;当中主应力比和围压一定时,污泥固化土的结构屈服应力随着干湿循环次数的增加而降低,且干湿循环次数为3时降幅最大,干湿循环次数大于5之后土体结构屈服应力降幅较小;此外,对比污泥固化土的真三轴试验曲线与邓肯-张模型预测曲线,发现理论曲线与试验曲线存在一定差异,而通过考虑中主应力比、干湿循环次数和中、小主应力差作用的影响对污泥固化土邓肯-张模型进行2次修正,使得到的邓肯-张模型预测曲线与真三轴试验曲线基本一致,该预测曲线可准确反映污泥固化土的真实受力状态,可为其在路基工程中的应用、施工提供理论指导和预测分析。

基于修正邓肯–张模型的堆石料颗粒破碎研究

堆石料在剪切过程中有明显的强度软化和剪胀现象,传统邓肯–张模型无法对其进行有效描述。通过对邓肯–张模型进行改进,能得到更好的拟合效果,并给出模型参数b-c=0.25作为材料处于硬化还是已进入软化阶段的判别标准。通过Hardin破损指标的引入,将颗粒破碎程度和材料强度和变形联系起来,分析结果表明,随着破碎程度增加,强度降低比较明显,而变形则主要受围压控制。基于改进邓肯–张模型给出剪胀率d与应力比η之间的关系,与已有理论的比较说明了其合理性和便利性。

基于扰动理论的沈阳中粗砂本构模型

针对沈阳地区中粗砂在不同围压下的三轴固结排水剪切试验,发现中粗砂的相对密实度对其强度和变形特性有重要影响.以相对密实度为自变量,提出了统一扰动度函数.基于试验数据,建立了统一扰动度与初始模量和峰值强度的函数关系,提出考虑扰动的D-C模型.将其预测结果与D-C模型预测结果及试验结果进行对比:D-C模型的预测值在D_D接近0时与试验结果比较一致;土体受到正扰动时,D-C模型预测的应力值较该修正模型偏大;而土体受到负扰动时,其预测的应力值又相对偏小,因此考虑扰动的D-C模型能更好地模拟沈阳地区中粗砂的强度及变形特性.

冻融循环对粉质黏土力学性质的影响及邓肯-张模型

为了描述冻融循环下压实黏性土不排水剪切性状的变化规律,建议了一种能够反映冻融循环影响的修正邓肯-张模型。首先,以青藏高原粉质黏土为对象,进行一系列冻融循环试验和常规不固结不排水三轴压缩试验。然后,基于邓肯-张双曲线模型,通过三轴压缩试验得到应力-应变关系,确定邓肯-张双曲线模型参数随冻融循环次数的变化规律及相应的回归关系。最后,根据模型参数的函数表达式,建立以冻融循环次数为影响因子的修正邓肯-张模型,并编制该修正模型的计算程序。结果表明:粉质黏土试样的应力-应变曲线形式基本呈应变硬化型,破坏强度随冻融循环次数的增加而逐渐减小,冻融循环劣化作用随围压的增加而逐渐减弱;模型参数中,抗剪强度指标、初始切线模量、极限偏应力和常数K均随着冻融循环次数的增加呈逐渐减小的变化规律,可以采用Logistic函数进行拟合;破坏比随着冻融循环次数的增加呈逐渐增大的变化规律,可以采用ExpAssoc函数进行拟合;常数n随着冻融循环次数的增加呈先减小、后增大的变化规律,可以采用三次多项式函数进行拟合;模型计算结果与试验结果对比表明,两者得到的应力-应变曲线基本吻合,说明该模型可以用来描述粉质黏土变形和强度特性在冻融循环下的劣化特征。

高饱和度下含瓦斯水合物煤体的应力-应变关系

为获得含瓦斯水合物煤体在不同围压和饱和度下的应力-应变特征,利用自主研发的水合固化反应-三轴压缩一体化装置,通过高饱和度下含瓦斯水合物煤体的三轴压缩实验,对所得到的偏应力-应变曲线进行拟合。结果表明:含瓦斯水合物煤体在高饱和度条件下,偏应力-轴向应变曲线均呈应变软化型;含瓦斯水合物煤体的峰值强度均随围压和饱和度的增大而增大;复合幂-指数模型可以较好地描述含瓦斯水合物煤体强度随围压和饱和度变化的趋势及残余强度;采用修正的邓肯-张模型更能准确反映含瓦斯水合物煤体偏应力-应变曲线的弹性模量和峰值强度。该研究可为瓦斯水合防突技术研究提供理论参考。

冻融循环对重塑碳酸盐渍土不排水强度影响研究

为研究寒区碳酸盐渍土强度特征,建立冻融循环作用下碳酸盐渍土的修正邓肯-张模型,指导碳酸盐渍土地区的工程建设,利用GDS三轴对取自黑龙江省某地的碳酸盐渍土进行不同围压、不同冻融循环次数下的UU试验。通过曲线拟合,获得了土样强度指标c和φ、模型参数Κ和n、破坏比Rf与冻融循环次数N的数学模型,根据模型理论值与实测值对比分析修正了邓肯-张模型切线模量Ei,从而建立了考虑碳酸盐渍土冻融循环次数N的修正邓肯-张模型。结果表明:碳酸盐渍土经冻融后,其不排水应力-应变曲线呈应变硬化型,且碳酸盐渍土在经历三次冻融循环后,强度降低幅度最大,占整个强度劣化过程的71%以上;冻融后,碳酸盐渍土内摩擦角φ、黏聚力c和参数K逐渐降低,破坏比Rf呈现出先降低后增加,而参数n表现出先增加后减小的趋势。本文提出了冻融循环作用下的修正邓肯-张模型,且模型预测精度高。

高填石路堤地基沉降计算方法研究

高填石路堤地基沉降受施工情况影响,填筑阶段和非填筑阶段地基沉降规律明显不同,因而不能采用统一的地基沉降与时间关系的表达式来描述地基各阶段沉降规律。填筑阶段,提出了能同时考虑剪切变形和压缩变形的修正的邓肯张模型来计算路基沉降;对非填筑阶段早期的地基沉降,采用与时间和固结压力有关的指数函数预测模型进行计算。通过对填筑阶段和工后早期的沉降计算,其计算结果均与实测值吻合良好。

浇筑式沥青混凝土应力应变关系试验研究

对以天然砂砾石作为骨料的浇筑式沥青混凝土在不同沥青用量和不同温度条件下进行三轴试验。结果表明:浇筑式沥青混凝土的应力应变曲线呈现出应力硬化形态,且随着沥青用量的增加、温度的升高,应力硬化现象更加明显,双曲线段范围增大;邓肯-张模型及修正邓肯-张模型的理论曲线与试验曲线均吻合较好,主要模型参数随沥青用量增加或温度升高均呈下降趋势。通过对比两种本构模型破坏偏应力随围压的变化情况发现,在较高围压情况下,随着围压的升高,修正邓肯-张模型的破坏偏应力趋于平缓,增幅小,而邓肯-张模型的破坏偏应力几乎呈线性增加,其值明显大于修正邓肯-张模型的破坏偏应力,因此修正模型更加符合浇筑式沥青混凝土的强度特性。

高填石路堤施工期沉降规律研究

由于填石料与地基土的受力性能不同 ,沉降规律也大不相同 ,因此提出先分别考虑路基和填石料的变形 ,然后再叠加的方法来研究高填石路堤沉降规律。对高填石路堤地基变形的计算 ,采用能同时考虑剪切变形和压缩变形的修正邓肯 -张模型 ;对填石层的变形 ,则采用负指数曲线来拟合现场压实曲线。最终的计算结果与实测值比较 ,吻合较好。可见 。