Use of the Cam-Clay Model in Finite Element Calculations after Identification of Soils from Simple Mechanical Tests

In order to make the use of complex elasto-plastic behavior models more accessible, we attempted to identify the Cam-Clay model in two samples of tropical and lateritic soils (from Senegal/West Africa) from casagrande box shear and oedometric tests. This methodology was used as a substitute for triaxial trials. In this article, we first verify the test results by the finite element method with the Optum software. We use a simulation of the tests with the modified Cam Clay model as the behavior model. Then, we simulate the oedometric test on tropical soils with the Castem software and also use the modified Cam Clay model. These calculations make it possible to write the criterion of plasticity of the material starting from the expression of the surface of load while passing by the calculation of the volumetric and deviatoric stresses.

双排桩尺寸效应的有限元分析

在双排桩支护结构中,尺寸效应(文中主要考虑桩距和开挖宽度)是一个需要考虑的重要因素．为此．采用有限元程序ABAQUS建立双排桩支护结构的有限元模型,以接触面的形式考虑了桩土的相互作用,分析了深基坑开挖中双排桩的桩距和开挖宽度等对双排桩支护结构的影响,并且比较了同等桩距条件下的双排桩和单排桩．研究结果表明,比较合理的桩距为(2～2．5)d(d为桩径),基坑的开挖宽度对支护结构内力和变形的影响不可忽略．

天然状态结构性软黏土的边界面弹塑性模型

在边界面塑性理论的基础上,利用Dafalias的径向映射概念,提出了一个可以描述天然状态结构性软黏土力学特性的各向同性硬化弹塑性模型。在本构方程中引入一组适当的标量形式的硬化变量,从而将黏土结构损伤与累积塑性应变发展联系起来。所提出的模型比Rouainia和MuirWood提出的基于运动硬化准则的边界面模型更简便实用。通过与一维压缩试验以及三轴不排水剪切试验结果的比较,表明这种模型能够较好地模拟天然结构性软黏土的受力特性。

一个基于广义塑性力学的土体三屈服面模型

按照广义塑性力学原理 ,以前人试验结果为依据 ,首次提出应力洛德角方向上剪切屈服面γpθ 的数学表达式 ,并建立土体的三屈服面模型。结合数值算例 ,设计多种计算方案 ,通过对计算结果的分析和比较 ,表明模型的合理性和有效性 。

地铁列车运行引起的环境振动评价

随着城市地铁建设的快速发展,地铁运行引起的环境振动问题引起了社会的广泛关注。以软件ABAQUS为计算平台,给出了模拟地铁列车振动荷载的表达式;采用修正Martin-Seed-Davidenkov动粘弹塑性本构模型描述土的动力特性;分析了地铁列车运行引起的地表振动特性;以地表振动加速度振级表征地表振动强度,对地表振动强度进行了分析和评价,为地铁线路选线和地铁沿线邻近建(构)筑物的减隔振设计提供一定的依据。

循环荷载下黄土特性模拟

在不排水的条件下,黄土在单调荷载下会出现软化,在循环荷载下会出现液化(或循环移动)。对此给出了试验结果,并尝试用边界面及广义塑性模型来预测黄土的软化及液化现象。结果表明:循环荷载下塑性应变累积速度要比单调荷载下软化阶段塑性应变累积速度慢,广义塑性模型可较好地预测黄土软化、液化现象。讨论并分析了模型参数对预测结果的影响。

快速轨道交通运行引起的场地振动分析与评价

随着城市快速轨道交通的快速发展,快速轨道交通运行引起的环境振动问题引起了学者和社会的广泛关注。以ABAQUS软件为计算平台,基于轨道不平顺理论模拟列车振动荷载,采用基于Davidenkov骨架曲线的动粘弹塑性模型描述土的动力特性,以南京的典型场地条件为研究对象,对快速轨道交通运行引起的地振动特性进行了分析,给出了不同场地条件和不同列车车速下的地表振动反应;采用地表加速度振级表征地表振动强度,对地表振动强度进行了分析和评价,为进一步研究和控制轨道交通运行引起的地表振动提供了基础性资料。

快速轨道交通运行引起的场地振动反应分析

在运输业高度发达的当今社会,轨道交通运行引起的环境振动已经引起了越来越多的关注和研究。本文以ABAQUS软件为计算平台,基于轨道几何不平顺理论荷载模型,采用基于Davidenkov骨架曲线的非线性动粘弹塑性模型描述土的动力特性,以南京典型场地条件为研究对象,对快速轨道交通运行引起的场地地表振动特性进行了分析,得到了不同列车车速下地表振动的强度、频谱特性及其衰减规律,并分析了场地振动强度的影响因素,为进一步研究和控制快速轨道交通运行引起的地面振动提供了基础性资料。

液化侧向流动场地桩基动力反应振动台试验三维有限元数值模拟方法

将饱和砂土模拟为两相介质,采用水-土动力耦合理论建立的u-p有限元公式,表示水的孔压、土颗粒的变形,以及二者之间动力耦合关系。砂土采用新近基于多屈服面塑性理论发展的土的动力弹塑性本构模型模拟,砂土划分为20-8节点的水土耦合实体单元。针对土箱整体微倾2°的大型振动台试验,建立液化侧向流动场地桩-土动力相互作用分析的三维非线性有效应力有限元数值模型。对比得到,有限元数值分析结果能够与振动台试验结果吻合较好,数值结果可以较好地显示试验中桩和土的重要动力特性。通过校正的数值模型,可进一步考察液化侧向流动场地桩-土动力相互作用的影响因素。

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。

粉黏混合土的临界状态统一本构模型研究

粉黏混合土是指含量以粉粒和黏粒为主的土体。本文为了模拟粉黏混合土的应力应变关系,提出了一个以改变屈服面形态为特点的本构模型。本模型采用一个联合状态参数模型中的屈服面,利用其由两个参数控制屈服面形态的特点,采用修正剑桥模型的塑性势,使之能够用于模拟粉黏混合土的应力应变关系。本文通过对实验结果进行模拟,验证了模型的准确性。对模型中控制屈服面形态的参数对屈服面形态的影响进行了分析,建立了控制屈服面形态的参数与塑性指数之间的经验性关系。研究结果表明,随着粉土含量增加,土体塑性指数减小,不排水极限偏应力和最大有效应力比增大,空间比和应力状态系数减小,屈服面最高点向左上方移动。

广义塑性力学多重屈服面模型隐式积分算法及其ABAQUS二次开发

进行采用非关联流动法则的多重屈服面本构模型隐式积分算法的实现。基于广义塑性力学建模理论,模型采用由试验拟合确定的屈服面,通过大型有限元软件ABAQUS提供的用户子材料接口,采用FORTRAN语言,实现广义塑性力学的双屈服面模型的完全隐式应力积分算法。利用所开发的UMAT程序,进行黏土常规三轴数值模拟计算,通过数值模拟结果与试验结果的比较,验证模型和程序的有效性和准确性。

超固结土塑性次加载面模型的数值实施及应用

为了研究软土固结等复杂的非线性本构关系,考虑超固结参数、潜在强度、硬化参数之间的相互影响,将基于Hvorslev面的超固结土的本构模型和大型非线性有限元计算软件ABAQUS结合起来,编写了相应的有限元本构模型子程序。通过用户子程序UMAT接口实现了该模型在软土结构分析中的应用,为正确评估和预测土体本构关系提供了一种简便有效的方法。以深隧洞的开挖为例,用此方法实现了土体结构的本构关系模型,使得计算结果更加接近实际情况,能够比较合理的模拟实际工程。

适用于膨胀性非饱和土的边界面模型的数值实现

基于完全隐式的Euler向后积分算法,对一个适用于膨胀性非饱和土的边界面模型提出一种应力积分方法。模型中的塑性变形具有双重机制即加载–湿陷机制和微观结构机制,并考虑力学行为与持水滞回间的耦合作用。依据当前应力状态、力学与持水模型中各塑性机制的发生情况,将应力积分过程中的当前增量步分为多种情况,针对每一情况利用Euler向后算法进行试算,并依据判定准则选取结果。其次,利用该模型分别对已有的吸力循环试验和三轴压缩试验进行了验证,以此反映模型的预测能力和算法的运行能力。最后,对比不同步长的应变控制试验路径下的计算结果,以此验证应力积分方法的稳定性和精度。

基于南水模型的生物酶改良膨胀土应力–应变关系研究

以生物酶改良膨胀土的双屈服面弹塑性本构关系为研究对象,提出基于生物酶掺量的修正南水模型。通过不同生物酶掺量条件下的重塑膨胀土样的三轴固结排水剪切试验,研究生物酶改良膨胀土的应力–应变关系特征,基于Duncan-Chang模型参数分析方法,分析生物酶掺量对南水模型中相关参数的影响规律。建立南水模型中相关参数与生物酶掺量的相关关系,且基于ε_1-ε_v关系的双曲线特征,对南水模型中的切线体积比u_t确定方法进行修正。修正南水模型中各参数物理意义明确,与南水模型中的参数确定方法一致。对比ε_1-ε_v和q-ε_s的试验曲线和修正南水模型理论计算曲线,修正南水模型可以较合理地描述不同生物酶掺量条件下改良膨胀土的弹塑性应力–应变关系特性,且能反映生物酶掺量对改良膨胀土的弹塑性应力–应变关系的影响。

基于Lade模型的生物酶改良膨胀土双屈服面本构关系

基于Lade模型,研究了生物酶改良膨胀土的双屈服面弹塑性应力-应变关系。首先,开展一系列不同生物酶掺量下改良膨胀土的等向固结排水试验、三轴固结排水剪切试验;然后,根据试验结果拟合Lade模型中的各参数与生物酶掺量之间的关系表达式;最后,建立基于生物酶掺量的Lade模型。研究表明:①体积应变εv随平均应力p的增大而非线性增大,当p一定时,εv随生物酶掺量增加而减小,εv与p为非线性关系;②轴向应变ε_(1)、侧向应变ε_(3)均随偏应力q的增大而非线性增大,q随生物酶掺量增加而增大,在一定的围压σ3下,εv随生物酶掺量的增加而减小,q-ε_(1)、ε_(1)-εv、q-ε_(3)等试验曲线都呈现出近似双曲线特征,q-ε_(1)关系表现为应变硬化型,体应变εv表现为应变剪缩型;③基于生物酶掺量的Lade模型,能较准确地反映生物酶掺量对膨胀土应力-应变关系的影响,可较好地预测出不同生物酶掺量、不同围压σ3下的生物酶改良膨胀土的弹塑性应力-应变关系。