胶结砂砾石坝坝料双屈服面弹塑性本构模型研究

【目的】为了准确预测不同胶结材料用量及围压下胶结砂砾石料的应力变形特征,【方法】采用理论推导与试验结果分析相结合的方法,在广义塑性位势理论框架下,依据胶结砂砾石料力学特性三轴试验结果,构建了新的剪切屈服函数和体积屈服函数。结合可反映硬化规律的塑性系数以及加卸载准则,建立了一个双屈服面本构模型,随后对比分析胶结材料用量20 kg/m^(3)、60 kg/m^(3)以及100 kg/m^(3)的胶结砂砾石料三轴剪切试验数据及本构模型的计算值。【结果】研究结果表明,抛物线型剪切屈服函数与椭圆型体积屈服函数可很好地反映胶结砂砾石料的剪切变形与体积变形机制。【结论】新的本构模型充分考虑了胶结材料用量、围压对胶结砂砾石料塑性变形、峰值强度、剪胀性等特性的影响;模型参数共有12个确定简单且物理意义明确的参数;该双屈服面本构模型的应力应变预测值与相应的三轴试验数据基本吻合。

“南水”双屈服面模型的两点修正

基于堆石料大型三轴试验数据,分析研究了其切线模量和切线体积比与应力状态的关系,建立了切线模量和体积比与应力比之间的函数关系式,并将其引入"南水"双屈服面弹塑性模型中.运用修正模型对不同应力路径下堆石料的大型三轴压缩试验结果进行了模拟,结果表明,修正模型在未增加参数的情况下较好克服了原模型在描述堆石料应力-应变关系,特别是剪胀(缩)特性方面的不足,可更好地模拟堆石料的强度和变形特性.

椭圆抛物双屈服面弹塑性模型三维各向异性修正及其试验验证

粗粒料作为高土石坝的重要筑坝材料,其应力–应变规律受初始不等向固结和后续施工影响。考虑粗粒土各向异性特性的同时兼顾其剪胀性和初始不等向应力状态等主要性质,结合室内试验资料,运用应力变换方法和引入新的应力比参数等手段对经典双屈服面弹塑性模型的屈服轨迹和硬化轴进行修正。通过试验数据和预测结果的对比,表明修正的三维化各向异性双屈服面弹塑性模型能够较合理地反映粗粒土在初始不等向固结状态下的强度和变形特性。

基于双屈服面模型的圆形软岩巷道围岩变形弹塑性解

软岩巷道过大的径向位移对煤矿生产有较大影响。基于双屈服面模型,利用某种泥岩材料的常规三轴实验数据,分别拟合了以第一、第三塑性主应变(ε_1~p,ε_3~p)为硬化参量的加载面,根据对完全加载假设的验证,推导了此泥岩材料的非关联流动法则,得到了围岩塑性区范围和径向位移的解。研究结果表明:该泥岩材料的2个加载面形式为二次函数,各项系数均可表示为ε_1~p或ε_3~p的一次函数,由此确定塑性应变增量分量的大小;推导出的非关联流动法则中含有常数项,其原因为:在加载过程中,会先达到以ε_3~p为硬化参量的加载面,当ε_1~p恰好为0时,ε_3~p即为该常数的值;考虑了岩石的非线性应变软化特征,排除了"人为假定流动法则"等主观因素的干扰,求解了塑性区范围和径向位移的解析解,得到了在一定地应力和该岩性条件下二者与开挖半径的线性拟合公式。

椭圆-抛物线双屈服面模型参数灵敏度分析

利用两种土石料三轴CD试验数据确定两组椭圆-抛物双屈服面模型参数,研究了模型参数α、KG、n、h、m、M1、M2和pr分别单独变化(而其他参数保持不变)对模型所反映的土的应力-应变关系的影响。结果表明,土体的体积应变对参数h、m比较敏感;α、KG、n对剪胀性土的体变影响较大,而对剪缩性土体变影响不明显;α、KG、n、h和m对模型反映的强度没有影响;pr变化对体变和强度影响均较小。M1和M2对强度和体变均有显著影响,且M1和M2中的小值决定模型的强度。定义了灵敏度,即一种用于表示模型参数对其所反映的应力-应变的影响程度的参数。分析表明,不同的参数,其灵敏度差异很大;不同的土类,参数灵敏度差异也较大。实际应用时,对灵敏度大的参数取值应特别慎重。

红砂岩粗粒土弹塑性双屈服面模型试验研究

通过高速公路路基90区红砂岩粗粒土填料的大型常规三轴试验研究,建立了一个椭圆-双曲线弹塑性双屈服面本构模型,并确定了模型参数。该模型可以考虑红砂岩粗粒土的剪缩硬化性,模型参数确定方法简单。另外,对FLAC进行二次开发,建立了红砂岩粗粒土弹塑性双屈服面本构模型计算模块,利用该模块对高速公路红砂岩粗粒土路堤填筑过程中的变形进行了模拟计算。结果显示,双屈服面弹塑性模型计算的红砂岩粗粒土路堤沉降值与实测值接近,该模型能很好描述红砂岩粗粒土的应力应变关系。

土石料双屈服面弹塑性模型的二次开发算法与应用

为了丰富ADINA、ABAQUS和ANSYS等大型通用有限元软件中岩土类材料本构模型,增强软件对某些土工结构的精细模拟计算能力,以土石料沈珠江双屈服面弹塑性模型为例,详细介绍了模型在商用有限元软件中的二次开发流程,对应力更新算法进行了改进,通过文献中粗粒土三轴试验数据进行对比分析,验证了改进算法的优越性.同时,采用模型面板坝资料进一步验证二次开发流程和算法的准确性,最后进行了某面板堆石坝工程的应用例证.本文所述应力积分算法和开发流程具有通用性,可供大型通用商业有限元软件开发双屈服面和多屈服面弹塑性本构模型时借鉴使用.

双屈服面模型参数对心墙堆石坝计算沉降的影响

应用椭圆-抛物双屈服面模型进行心墙堆石坝三维有限元计算,考察了心墙料的模型参数a,KG,n,h,t,M1和M2分别单独变化(而其他6个参数保持不变)对坝体最大沉降点计算沉降的影响.考察结果表明,a的变化对计算沉降的影响甚微;KG,n,h和t的变化对计算沉降的影响趋势一致,均为参数值越大计算沉降越小.M1大于临界值时,计算沉降随M1的减小而增大,反之,计算沉降随M1的减小而减小;M2的取值必须大于M,当M2>M时,M2的变化对计算沉降几乎没有影响.

基于椭圆–抛物双屈服面模型的砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料应力应变分析

砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料由工程细砂和聚苯乙烯颗粒按一定比例混合形成,有利于节省胶凝材料、降低土工填料附加应力和减小地基沉降,探讨该材料的应力应变关系对指导其工程实践变得尤为重要。基于椭圆–抛物双屈服面模型,推导了考虑轻质填料配比和围压特征的应力应变增量形式方程,结合轻质填料三轴固结排水剪切试验中的应力应变特性,分析了所推导的应力应变增量形式方程的合理性。研究发现,基于椭圆–抛物双屈服面模型的考虑轻质填料配比和围压特征的应力应变增量形式方程能较好地拟合材料偏应力–轴向应变–体变规律,能较好地反映材料的弹塑性、剪胀性和剪缩性,并结合轻质填土的变形机理给予相应解释。

适于基坑开挖分析的一个改进双屈服面模型

针对基坑开挖应力路径的复杂性及土体剪切变形显著的特点 ,将椭圆抛物线双屈服面模型应用于开挖有限元分析 .该模型可避免常规模型 (如邓肯模型、修正剑桥模型等 )的理论局限 ,又可避免一些特殊模型要做非常规试验才能确定参数的缺点 .研究表明 ,按原有参数确定方法确定的KG 偏大 ,致使计算的支护桩体位移和地面沉降偏小 ,弯矩偏大 ,文中对其作了改进 .

采用修正塑性功硬化参数的双屈服面模型及应用

首先对国内外双屈服面模型的发展进行回顾,指出土体模型中双屈服面概念的必要性和合理性。其次以平面应变试验结果为基础,直接推导出双屈服面模型各部分关系式,其中体积屈服面以塑性功为硬化参数,硬化函数与试验结果吻合程度较好,剪切屈服面以修正塑性功为硬化参数,满足了其与硬化面关系唯一性的要求,并可反映硬化–软化全过程。为使其能较方便地应用于数值计算方法,推导适用于双屈服面模型的弹塑性刚度矩阵。最后应用该模型对一高填土工程的变形进行计算,比较显示其与实测结果较为吻合。

基于沈珠江双屈服面模型理论的土体弹塑性模型

由于常用的邓肯E-μ、E-B模型的经验公式不能同时很好地反映粗粒土三轴剪切试验结果低围压剪胀、高围压剪缩变形特点,邓肯E-μ、E-B模型基于的广义虎克定律不能反映土体剪胀剪缩特性,所以笔者应用笔者发现的三轴剪切体变规律和沈珠江双屈服面模型理论相结合建立了基于沈珠江双屈服面模型理论的弹塑性模型,该模型能够很好地反映土体的剪胀剪缩特性,能够准确地拟合等围压剪切试验结果,能够很好地预测等应力比路径,等平均主应力路径,等大主应力,小主应力减小路径,小主应力和剪应力同等减小的应力路径的试验结果。

基于椭圆-抛物双屈服面模型的广义泊松比研究

适用性较好的土体模型除了能较好地模拟土体的应力-应变关系外,还应该能较好地反映土体的侧向变形,即合理计算广义泊松比。在椭圆-抛物双屈服面模型的基础上,建立了反映侧向变形特性的广义泊松比公式,并利用广义泊松比来研究砂-聚苯乙烯颗粒轻质填料的变形规律。文中研究了包括材料配比在内的主要参数对广义泊松比的影响,发现与剪胀有关的参数对广义泊松比的影响较大。基于砂-聚苯乙烯颗粒轻质填料的三轴固结排水剪切试验数据,给出了相关模型参数,结合该材料的剪切强度、变形特性与建立的广义泊松比公式,对该泊松比能否恰当反映土体的变形特性(剪缩、剪胀和侧向变形)进行验证,结果表明广义泊松比可以反映土体的变形特性,尤其是侧向应变及体积应变规律。

基于等效时间的双屈服面三维流变模型

为了同时描述土体剪缩剪胀及流变特性,运用Yin-Graham等效时间法建立了双屈服面三维流变模型。首先,以Yin-Graham三维流变方程作为反映剪缩机制的第一屈服面流变方程;其次,以Matsuoka-Nakai屈服准则作为反映剪胀机制的第二屈服面,以黏塑性功为硬化参数,采用非相关联流动法则,借鉴Mesri建模思路构建应力–黏塑性功–时间关系,利用等效时间法得到应力–黏塑性功–黏塑性功速率关系式,借助Perzyna过应力理论建立第二屈服面三维流变方程;再次,按照双屈服面模型理论将以上两个流变方程结合起来,提出一个基于等效时间的双屈服面三维流变模型,并利用经典的四阶Rung-Kutta方法编制差分计算程序,获得流变模型的数值解答;最后,利用加拿大膨润土及香港重塑海相沉积土三轴固结不排水流变试验将预测值与实测值进行对比,以验证该模型在流变试验中的适用性。结果表明:建立的流变模型可以较好地模拟不排水流变试验多级加载和单级加载发展过程以及土体剪缩剪胀特性。

修正塑性功硬化参数双屈服面模型在上海软土基坑开挖中的应用

在介绍以修正塑性功为硬化参数的双屈服面模型基础上,对上海软土进行了三轴试验。通过对试验数据的处理和拟合,得到了双屈服面模型的相关参数。应用该模型对上海软土地区的深基坑变形进行计算,并与实测结果进行对比,两者较为吻合。

连云港海相软土流变特性试验及双屈服面流变模型

为研究连云港海相软土流变特性,进行了三轴流变试验。根据对试验结果的分析,可以将连云港海相软土作为弹-粘塑性体来研究;将广义 Bingham 模型和椭圆-抛物线双屈服面模型相结合,建立了新的流变模型来描述其流变特性,得出了各参数,并验证了该模型的适用性。

粉质黏土变形特性的冻融循环效应及其双屈服面本构模型

冻融循环是寒区最为常见的物理风化过程之一,会显著影响土体的变形特性。基于椭圆-抛物双屈服面本构模型,建立了考虑冻融循环影响的修正模型。以青藏高原粉质黏土为对象,进行一系列的冻融循环试验和三轴固结排水试验。结果表明,试样表现为应变硬化型应力-应变关系和剪缩特征,随着冻融循环次数的增加,剪切过程中的体积应变逐渐增大,而破坏强度则逐渐减小。然后,分别选择椭圆函数和抛物线函数描述p-q平面上的体积屈服面和剪切屈服面,引入相关联流动法则,推导了偏应力增量与轴向应变增量和体积应变增量两者之间的函数关系式。基于三轴试验结果,确定了模型参数随冻融循环次数的变化规律。结果表明,随着冻融循环次数的增加,c、φ、h、K、M1、M2、a呈逐渐减小的规律,而t、n呈逐渐增大的规律,且均可以采用Logistic函数拟合模型参数与冻融循环次数的回归关系。将以冻融循环次数为因子的模型参数表达式代入应力应变增量形式方程,建立了考虑冻融循环影响的修正双屈服面模型,模型计算值与试验实测值基本吻合。

一种考虑应力洛德角剪切变形的三维双屈服面模型的初步研究

提出一种基于广义塑性力学的土体双屈服面本构模型,其双屈服面分别采用传统双屈模型中的体积屈服面和应力洛德角方向上的剪切屈服面。该模型通过硬化参数的积分变换方法来反映土体的剪胀特性,采用基于SMP准则的变换应力法或g(θ)方法将模型三维化以考虑应力洛德角对屈服面的影响。同时,本模型能够反映塑性应变增量方向与应力增量的相关性。该模型在一定程度上与基于广义塑性力学原理的三重屈服面模型是等价的,两者都基本能够反映土体压硬性、剪胀性和摩擦性等基本特性。最后,文中推导出了双屈本构方程的应力—应变刚度矩阵,以便数值计算。

土的双屈服面模型研究

对殷宗泽双屈服面模型提出了改进，作出了改进后的双屈服面在ｐ—ｑ平面上的轨迹，用图象程序方法确定模型参数，并给出了用修改后的模型计算的曲线和实测曲线，两者比较接近．

基于正交试验方法的双屈服面弹塑性模型参数敏感性分析

分析了面板坝堆石体双屈服面弹塑性模型的多个参数,采用正交试验方法结合有限元数值分析,进行了γ、φ0、Δφ、K、n、Rf、Cd、nd和Rd等9个参数的4水平正交试验设计,利用坝体某断面上两个节点的不同方向的位移值,经方差分析得到了模型各参数对坝体位移的敏感性。分析结果表明:K、n、nd、φ0、γ是模型中具有较强敏感性的参数,对坝体的位移起主要控制作用,而Δφ、Rf、Cd和Rd的敏感性较弱。