基于机器学习的砂土邓肯-张模型参数预测

为了给砂土邓肯-张模型参数的确定提供一种不做三轴试验条件下的获取途径,以大量的砂土三轴试验数据为基础,利用机器学习算法(支持向量机),用平均粒径、不均匀系数、曲率系数、相对密实度、干密度等较容易测得的基本物理参数作为输入值,以邓肯-张本构模型参数作为输出值,建立砂土本构参数的预测模型。从输入参数与输出参数的相关性看,输入参数中的干密度对输出参数影响最大;从不同核函数对支持向量机(SVM)预测效果的影响看,RBF核函数预测效果最好;在此基础上,预测邓肯-张本构模型参数。利用建立的参数预测模型,只需进行简单的室内物理性质试验获得基本物理性质参数,即可推定用于工程数值计算的邓肯-张模型参数,提高工程分析的效率和准确性,也可以用于判断室内三轴试验结果的正确性等。

不同含水率条件下含瓦斯煤改进邓肯-张模型

为建立能够合理反映含瓦斯煤在不同含水率和围压工况下的力学特性模型,首先基于已有的含瓦斯煤常规三轴试验,分析其在不同围压和含水率条件下应力-应变特性;其次结合邓肯-张模型与Janbu公式得到相关的邓肯-张模型参数;然后建立初始弹性模量、破坏应力与各影响因素的拟合公式,构建能表征不同应力水平下含瓦斯煤变形规律的改进邓肯-张模型;最后对修正后的模型进行验证,对模型精度进行评价。结果表明:含水率的增加是引起含瓦斯煤模型参数动态变化的重要原因;提出的改进模型预测曲线与实际的试验曲线具有良好的吻合度,该修正模型可以准确反应不同围压和含水率下含瓦斯煤的应力应变特性。

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。

不同排水方式的湿陷性黄土力学特性试验及邓肯-张模型的改进

为分析渠坡变形破坏机理,针对新疆某输水明渠工程的湿陷性黄土进行了固结排水和固结不排水三轴剪切试验,并通过改进的邓肯-张模型对三轴剪切试验曲线进行了模拟,同时与邓肯-张模型和驼峰型三次曲线模型进行了对比分析。研究结果表明:随着围压增大,固结排水试验的应力-应变曲线和体变曲线均由软化型转变为硬化型;固结不排水试验应力-应变曲线均为硬化型,孔压曲线均表现为软化型;固结排水试验得到的有效黏聚力大于固结不排水试验得到的黏聚力,固结排水试验得到的有效内摩擦角与固结不排水试验得到的内摩擦角相差较小;改进后的邓肯-张模型参数共有9个;邓肯-张模型不能合理描述软化型三轴试验曲线,驼峰型三次曲线模型对强软化型三轴试验曲线契合度较差,而改进的邓肯-张模型能够较好地描述各种形态的湿陷性黄土三轴试验曲线,有较好的准确性。

基于修正邓肯-张模型的沥青混凝土坝体应力变形分析

邓肯-张模型在平面应变状态和轴对称状态下的计算结果存在差异。为科学合理地评估沥青混凝土坝体在施工过程中的应力与变形规律,依据平面应变状态和轴对称状态下内摩擦角的参数转换关系,通过将轴对称状态的参数值修正为平面应力状态的参数值对邓肯-张模型进行修正,用修正后的模型进行分析。以沥青混凝土心墙坝为例,分析坝体心墙、过渡层和堆石区应力与变形在两种状态下的差异。结果表明,心墙大主应力沿高度方向分布呈底部剧降、中部缓降和顶部增大,靠近上下游侧的大小主应力分布特征相似,差异不显著;中心轴的主应力分布显著小于两侧,内部存在应力梯度,但未产生显著性的水平位移。在坝体中下部,平面应变的大主应力大于轴对称,前者的水平位移小于后者。在心墙坝填筑竣工后,心墙和过渡层大、小主应力变化较为剧烈,平面应变状态下计算出的主应力大于轴对称状态下计算出的主应力,在上下游堆石区内主应力变化较为平滑。

基于结构性黄土联合强度的邓肯–张非线性本构模型

基于Mohr–Coulomb强度准则建立的邓肯–张非线性本构模型可以较好地反映土体抗剪强度特性,但是不适宜反映土体的抗拉强度特性。为了合理反映结构性黄土的抗拉强度,首先,通过在邓肯–张非线性本构模型中引入联合强度准则,基于联合强度准则重新确定了土的强度(1 3?-?)f,从而对破坏应力比Rf进行了修正;然后,用修正后的破坏应力比Rf重新确定了切线变形模量Et;最后,用修正后的切线变形模量Et对切线泊松比νt进行了修正,从而建立了基于联合强度理论的邓肯–张模非线性本构模型,为邓肯–张非线性本构模型在结构性黄土边坡的稳定性研究中,合理考虑结构性黄土的抗拉强度特性的作用提供了一种新的方法和途径。

土体邓肯-张非线性弹性模型参数反演分析

针对邓肯 -张土体的非线性 -弹性模型 ,本文用变尺度法编制了优化程序 ,对该模型参数进行参数识别 ,结合工程算例进行验证 ,并进行了反馈分析。结果表明变尺度法是一种很好的约束优化算法 ,其收敛速度快、准确性高 。

邓肯-张非线性模型研究及其在ANSYS中的实现

对工程领域使用广泛的邓肯-张非线性本构模型进行了研究,总结了国内外的研究现状及理论成果,针对其无法判定因结压力降低时的加载情况,提出了相应的变形模量的计算方法,同时考虑中主应力、土体抗拉强度的影响对模型进行了修正。利用APDL编写程序实现了ANSYS的材料本构模型的二次开发,运用重启动方法实现单元应力修正后数据重写入数据库,通过试验模拟对比分析验证了模型的适用性。

邓肯-张非线性弹性模型的研究现状

邓肯-张模型存在很多局限性,但参数测定容易、概念清楚,已积累了丰富的经验,仍被广泛采用。近年来对模型参数和模型进行了缩尺效应、敏感性、利用实测资料反分析、中主应力影响、考虑土体结构性、应变软化性、考虑时间效应等研究,对模型进行了修正和改进,使模型具有更广泛的适用性。本文综合叙述这些研究成果。

基于非线性泊松比修正的邓肯-张E-ν模型及应用研究

针对邓肯-张E-ν模型在低应力状态下粗颗粒土体变特性描述不足的问题,分析高速铁路B组粗颗粒土填料大型三轴试验得到轴向应变与横向应变的变化特征,提出基于二次函数的非线性泊松比公式。将非线性泊松比代替邓肯-张E-ν模型切线泊松比,建立基于非线性泊松比修正的邓肯-张E-ν模型。采用中点增量法和Abaqus二次开发平台,编写修正邓肯-张模型的用户子程序(UMAT)。通过粗粒土三轴试验的数值模拟,对修正邓肯-张模型程序的可行性进行应用研究。研究结果表明:基于非线性泊松比修正的邓肯-张模型的轴向应变-体积应变计算结果与实验实测结果一致,可真实反映粗粒土填料的轴向应变-体积应变趋势。

基于改进响应面的邓肯-张E-B模型参数全局敏感性分析

为研究邓肯-张E-B模型参数及参数之间的交互作用对大坝变形的影响,以某均质黄土坝为研究对象,利用改进的响应面方法分析了邓肯-张E-B模型参数的全局敏感性。通过部分因子设计筛选出对土坝变形影响较为显著的5个参数为R_(f)、γ、φ_(0)、K_(b)、K,再利用响应面方法中的中心复合设计对筛选结果做进一步的全局响应面分析,考察参数及参数之间的交互作用对土坝变形的影响。结果表明,R_(f)、γ、φ_(0)是对大坝位移敏感性最强的3个参数,这3个参数之间的交互作用对于大坝变形的敏感性同样重要,且高于单个因素的敏感性,在类似工程计算中应考虑参数之间的交互作用。

干湿冻融循环条件下重塑性黄土的强度劣化规律及非线性模型研究

新疆某地的输水明渠工程途经大面积湿陷性黄土区域,在间歇供水的运行工况及季节性温差变化的共同作用下,经常发生渠坡滑动破坏现象。为深入研究渠坡变形破坏机制,通过开展干湿冻融循环条件下黄土的三轴试验和扫描电镜试验,研究其变形规律及微观机制,最后基于黄土的变形规律对邓肯-张模型进行改进。三轴试验结果表明:随着干湿冻融循环次数的增加,黄土的应力-应变曲线下降,体变曲线上升,且变化幅度越来越小,当循环次数大于5次后,应力-应变曲线和体变曲线基本不变,黏聚力和内摩擦角均呈现出指数函数衰减的变化趋势,其中黏聚力受干湿冻融循环作用的影响较大。电镜扫描试验结果表明:通过扫描电镜进行微观分析,在干湿冻融循环作用下,大的颗粒和团聚体被分裂,颗粒间的胶结物质减少,面接触增加,大孔隙面积占比减少,小孔隙和中孔隙面积占比、三维孔隙率和孔隙圆形程度增加,分形维数下降;三维孔隙率和分形维数与黏聚力呈显著相关,大孔隙面积占比与内摩擦角呈显著相关。由于邓肯-张模型不能合理反映土体的软化现象,采用二次函数对邓肯-张模型进行修改,并通过修改公式对泊松比进行拟合,以此提出改进邓肯-张模型,改进后的模型对不同循环次数下黄土三轴试验结果拟合效果较好。随着循环次数的增加,应力-应变模型参数k和q呈指数函数下降的趋势,应力-应变模型参数o呈指数函数上升的趋势,体变模型参数j、l呈指数函数上升的趋势,体变模型参数t呈指数函数下降的趋势。

应用邓肯-张非线性模型近似计算路基沉降

提出了应用邓肯－张非线性模型对路基沉降量进行估算的近似算法。通过与规范算 法和实测沉降的对比分析，证明该算法是可靠的，可用于软土路基设计与施工控制。

邓肯-张本构模型在FLAC^(3D)中的开发与实现

根据FLAC3D软件提供的二次开发平台,利用VC++环境在FLAC3D软件中实现了邓肯-张本构模型的开发,设计了一系列三轴试验的模拟算例对模型开发的正确性进行了验证。给出了在FLAC3D中开发本构模型的基本步骤和编程要点,为其他用户进行本构模型的修改提供了借鉴和参考。由于FLAC3D开发环境的特点,用户编写的本构模型和软件自带的本构模型的执行效率处在同一水平。

考虑黄土结构性的修正邓肯-张模型研究

【目的】对基于重塑土建立的邓肯-张非线性模型进行修正,使其能够应用到具有结构性的天然原状黄土应力应变计算中。【方法】基于综合结构势对结构性的研究和常规三轴试验,分析了原状黄土的力学特性和应力比结构性参数与应变的关系,利用应力比结构性参数对原状黄土的应力应变曲线进行校正。将应力比结构性参数引入邓肯-张模型中对其进行修正,使其能够满足原状结构性黄土的应力应变计算。【结果】应力比结构性参数具有较好的变化规律,经过应力比结构性参数校正后的天然原状黄土应力应变曲线由软化或弱软化型曲线变成硬化型曲线。【结论】修正后的原状黄土应力应变曲线完全可以应用邓肯-张模型进行计算,模型参数合理有效,为邓肯-张模型在原状结构性黄土中的应用提供了一种新的方法和途径。

土与结构间接触面的非线性弹性-理想塑性模型及其应用

将非线性弹性理论与弹塑性理论相结合,对于土与结构间接触面提出了一种非线性弹性-理想塑性模型,用于模拟土与结构相互作用体系的变形与破坏机理。推导建立了这种接触面单元的应力-应变关系和弹塑性系数矩阵,并且讨论了这种模型在基坑开挖与支护分析应用中所面临的数值计算问题。最后针对某一基坑工程实例,应用这种接触面模型进行了数值计算与分析,结果表明,该模型能够较合理地模拟接触面上的变形机理与受力状态。

邓肯张非线性材料模型参数优化计算方法

以SL237—1999《土工试验规程》建议的计算方法为依据,以邓肯张EB模型K,n参数的计算为主线,提出了一种邓肯张非线性材料模型参数优化计算方法。该方法首先得到5种拟合方案的参数计算结果,以此为依据确定K,n参数的二维矩形区域,然后在该区域内随机搜索与试验结果符合较好的参数点构成有效点集,根据有效点集确定优选参数。该方法综合考虑了5种拟合方案的计算结果,得到的优选参数是试验数据的充分体现,与规程建议的方法相比更具代表性。

基于邓肯-张模型的结构性软土应力应变关系研究

利用固结试验与三轴压缩试验对天津海积软土结构特性进行了分析,研究表明结构性土随试验条件不同其结构屈服应力也有所不同。应用刚度比与应变的关系描述了结构损伤速率随围压的变化情况,损伤速率在结构屈服之前随围压增大而增大,当围压等于固结结构屈服应力时达到峰值,在结构屈服之后随围压增大逐渐减小。对初始切线模量与偏应力之间的关系进行了分析,结果表明初始切线模量随偏应力变化呈倒抛物线状。最后考虑围压和偏应力的影响,建立了结构性土的修正邓肯-张模型,并基于试验数据对模型进行了验证。

考虑结构性邓肯-张模型在天津吹填软土中的应用

土的结构性对土的工程力学性质影响较大。邓肯-张模型是基于重塑土而建立的模型,荷载较大时,偏差较大。文中通过三轴试验,对考虑结构性邓肯-张模型在吹填软土中的应用进行了试验研究。结果表明:考虑结构性邓肯-张模型比原始邓肯-张模型更适合有结构性的吹填软土。该研究成果对吹填场地沉降计算及控制具有一定的理论价值。

模型参数对邓肯—张非线性弹性模型应用影响研究

岩体破坏模型重要影响因素之一是岩体本构模型,邓肯—张模型是岩土工程中应用最为广泛的土的非线性弹性本构模型.本文对邓肯-张非线性弹性模型的影响因素进行了分析,并结合实例说明,本构模型中有关参数的取值和匹配对模型的应用和工程计算均有较大影响.