超固结饱和黏性土的弹塑性本构模型及三轴试验模拟

针对饱和超固结黏性土现有的下加载面修正剑桥模型破坏应力比为定值,不能反映土体在不同应力状态下强度特性存在差异这一问题,为了更好地反映应力状态变化对破坏应力比的影响,基于三剪统一强度准则确定超固结土的破坏应力比。在此基础上得到了超固结土的弹塑性本构模型,该模型的特点是能够描述土体受力时的中间主应力效应、应力区间效应、拉压差影响。基于该本构模型作了常规三轴压缩条件下超固结饱和黏性土的模拟结果与试验结果对比,结果表明:该模型能够反映不同超固结比下土的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性和规律。利用该本构模型模拟了排水和不排水条件下的真三轴压缩试验,得到了相应的应力-应变特性曲线。

基于三剪统一强度准则的隧道围岩抗力系数计算

基于三剪统一强度准则对隧道围岩抗力系数进行了分析,并导出了围岩抗力系数的计算公式。在表征岩石的强度和变形特征时采用了三剪统一强度准则以反映中间主应力对岩石强度和变形的影响,在描述隧道围岩塑性区内的应力状态时,采用中间主应力参数法来表达不同岩体可能具有的不同塑性区应力状态。计算实例表明:隧道围岩的中间主应力对隧道围岩抗力系数有影响,考虑中间主应力效应后所得的隧道围岩抗力系数增大。

三剪统一强度准则在碎石桩复合地基承载特性分析中的应用

对桩身和桩周土分别采用实心圆柱体模型和柱形孔扩张模型,根据桩土间的应力传递及变形协调条件,利用三剪统一强度准则对碎石桩复合地基的承载特性作了分析。导出了碎石桩复合地基桩土应力比、碎石桩及复合地基极限承载力计算式。实例计算表明:碎石桩复合地基的桩土应力比随置换率的增大和桩周土变形模量的增大而减小,单桩极限承载力和复合地基极限承载力还随三剪统一强度准则中主应力效应参数增大而增大;计算结果与实测资料比较吻合表明本文所提方法有一定的合理性。

正常固结非饱和黏性土的三剪边界面模型研究

将三剪统一强度准则分别与非饱和土的单应力变量理论和双应力变量理论相结合提出了正常固结非饱和黏性土的三剪强度准则,在此基础上采用等量代换法与坐标平移法分别推导出可以反映土体全应力状态效应的三剪破坏应力比。将该三剪破坏应力比引入非饱和黏性土修正剑桥模型的屈服面方程以确定初始边界面,采用径向映射法则确定后续边界面,根据插值函数得到加载面上的塑性模量,据之建立了非饱和黏性土单应力变量和双应力变量下分别采用等量代换法和坐标平移法的4个三剪弹塑性边界面模型并对这4个模型做了单调和循环压缩荷载试验验证。结果表明,所建模型均能较好地反映土的变形特征,但相比之下,双应力变量下建立的模型相对单应力变量下建立的模型更接近试验结果,采用等量代换法建立的模型相对坐标平移法更接近试验结果的特点。真三轴数值模拟结果表明,单调加载时,相同应力条件下中主应力影响系数增大会引起非饱和土强度增大;循环加载时,最小主应力或中间主应力的增大均会引起土体抗剪强度的增大,且荷载振幅越大,非饱和土的轴向应变随之增大。比较4个边界面模型在真三轴应力状态的模拟结果表明,单调加载时,非饱和黏性土在双应力变量下的模拟抗剪强度值相对较大;循环加载时,单应力变量下所得塑性变形相对较大。

基于三剪统一强度准则的岩石裂纹压剪断裂判据

基于三剪统一强度准则研究了岩石裂纹压剪断裂问题,根据最小J2准则、最大拉应力准则及最小能量密度因子理论确定的岩石起裂角,给出了相应的岩石裂纹压剪断裂判据。通过断裂判据,计算出不同岩石的纯Ⅱ型裂纹断裂韧度与纯Ⅰ型裂纹断裂韧度的比值,并与试验值及其他准则的断裂判据理论比值进行了对比,发现通过改变中间主应力效应系数b,该比值可更接近实际值。该比值在开裂角确定时,与泊松比ν、内摩擦角φ及三剪统一强度准则中的中间主应力效应系数b有关,结果表明该断裂判据有一定的合理性。

三剪统一弹塑性本构模型及ANSYS二次开发

针对传统方法在求解岩土工程问题中,只能得出理论解的不足。基于三剪统一屈服准则,推导了三剪统一弹塑性本构关系并编写了相应的ANSYS二次开发子程序,以用于实际工程。通过对静水压力下圆形隧洞进行应力数值计算,结果表明所得数值解与解析解相吻合,从而证明了模型推导及二次开发编程的正确性,并将该程序用于实际边坡稳定的计算中,得出了该边坡问题的数值解。算例表明:中间主应力系数增大,滑体稳定系数也增大,但变幅不大。

基于三剪统一强度准则的路基临界填土高度计算

路基临界填土高度是高速公路中一个很重要的问题,是路基处理和施工期稳定控制的重要依据。应用三剪统一强度准则对路基的临界填土高度进行计算,结果表明:采用三剪强度准则相对于没有考虑中主应力的Mohr-Coulomb准则来说,可使地基承载力提高17%~50%,证明了采用该准则计算路基临界高度的准确性。并得出在考虑b值的情况下,所得的解更加符合实际情况。

三剪统一特征线场理论下碎石桩极限承载力计算

为考虑中间主应力对碎石桩极限承载力的影响,对桩和桩周土分别采用实心圆柱体模型和竖井模型,应用三剪统一空间轴对称特征线场理论分析碎石桩极限状态下桩土间的作用力,推导出碎石桩及复合地基极限承载力计算式。实例计算表明:碎石桩极限承载力随中间主应力效应参数b值的增加而增大;单桩的极限承载力随桩体内摩擦角和黏聚力的增大而增大。计算值与试验值的基本一致证明了该方法的合理性。

饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型研究

针对饱和超固结黏性土现有下加载面修正剑桥模型中破坏应力比为定值、土体黏聚力为零,以及不能准确反映不同应力状态下土的强度差异这些问题,基于三剪统一强度准则以及应力坐标平移法得到了扩展破坏应力比,其特点是能更好地反映应力状态变化以及土体黏聚力的影响.在此基础上提出了饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型,该模型的特点是能描述土体受力时的中间主应力效应,应力区间效应和拉压差影响,同时也能更好地考虑土体黏聚力的影响.基于该模型对ABAQUS软件进行了二次开发,对江西赣南崩岗土常规三轴压缩条件下力学特性作了模拟和试验结果对比,结果表明所提模型能很好地反映土体不同超固结比下的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性.并利用其模拟了饱和超固结黏性土在不排水和排水条件下的真三轴和常规三轴压缩试验特性.

基于三剪统一强度准则的厚壁圆筒极限承压分析

基于三剪统一强度准则分析了长厚壁圆筒的极限承压问题,得到了一个新的统一解形式,以往基于Mohr-Coulomb强度准则、Tresca屈服准则和Von Mises屈服准则的解均为其特例.分析表明,厚壁圆筒材料的拉压屈服极限比a和强度准则的中间主应力效应参数对其承压极限均有影响.弹性极限内压和塑性极限内压均随b增大而增大,随a增大而减小;弹性极限外压和塑性极限外压则与之相反.

正常固结饱和黏性土三剪有限变形弹塑性本构模型研究

基于三剪统一强度准则,利用等量代换法和坐标平移法分别推导出正常固结饱和黏性土的三剪破坏应力比,并将其与修正剑桥模型相结合,得到三剪统一屈服面方程.为反映饱和黏性土的变形非线性及大变形特性,基于有限变形理论,建立了正常固结饱和黏性土的三剪统一有限变形等量代换法和坐标平移法2种弹塑性本构模型.为验证模型的适用性,取江西红黏土制备三种不同压实度的试样,在不同围压下进行常规三轴固结不排水和固结排水压缩试验.将试验数据与论文所提2种有限变形模型及相应的2种小变形模型计算结果进行了对比分析,结果表明,随着变形的发展,有限变形模型相对于小变形模型更接近试验结果,能较好地反映黏性土因高孔隙率(低初始压实度、小围压及压缩变形前期)而产生的大变形特性,虽然小变形模型的计算偏差会随着土样初始压实度和所施加围压的增大而减小,但有限变形模型对不同压实度和围压的计算偏差均相对较小,其中,等量代换法有限变形模型在初始压实度较大或者围压较高时所得计算偏差相对最小.对所提本构模型所做真三轴分析表明,中间主应力影响系数b和初始压实度对土体的强度和变形特性具有一定的影响.主应力差、孔隙水压力和体应变与b值呈正相关性,主应力差与初始压实度呈正相关性,孔隙水压力和体应变与初始压实度呈负相关性.