泥岩弹塑性损伤本构模型及其参数辨识

以连续介质力学和不可逆热力学为基础,将损伤引入到修正的Mohr-Coulomb准则中,建立了泥岩弹塑性损伤本构模型反映泥岩软硬化行为,通过构建损伤势函数导出了泥岩的损伤演化方程,编制了泥岩弹塑性损伤本构模型及其参数反演程序。并根据非排水条件下泥岩三轴试验结果,采用多目标函数优化反分析法获得了泥岩本构模型参数。研究成果表明,所提出的弹塑性损伤本构模型能有效地描述泥岩在不同应力状态下的力学特性。     

岩石统计渗流模型和统计损伤本构模型研究

采用Eshelby等效夹杂方法建立考虑渗流的岩石损伤本构模型是一种有效方法,但相关文献目前还极少。利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法, 探索了考虑渗流和损伤的Helmholtz自由比能函数的确定,用连续介质损伤力学方法建立了相应的考虑渗流的岩石损伤统计本构模型,提出了考虑渗流和损伤过程的岩石破坏准则,建议了考虑损伤和应变的岩石渗透系数演化方程。与试验结果比较表明,所建立模型是合理的。     

基于理性扩展热力学的L-S热声弹性理论框架

本文基于连续介质力学和理性扩展热力学分析流程,将L-S(Lord and Shulman)热弹性理论与声弹性理论相结合,建立L-S热声弹性理论的基本框架,包括运动学、力学与热力学、本构方程与演化方程、基本场方程四部分。在运动学部分,区分了Lagrange描述和Euler描述,以及3种不同的状态和构形,同时针对热声弹性情况定义了两类从自然状态到初始状态的转变过程;在力学与热力学部分,给出了质量守恒定律、动量守恒定律、角动量守恒定律、能量守恒定律以及熵产不等式,从而引出经典不可逆热力学的局限性;在本构方程与演化方程部分,介绍了扩展不可逆热力学原理,并基于理性扩展热力学流程,推导了从自然状态到初始状态、从初始状态到最终状态的热声弹性本构方程与演化方程,将热流作为本构自变量并考虑了热流与应变和温度的相关性;在最后一部分给出了基本场方程的运动方程形式和适用于数值模拟的一阶速度-应力-热流-温度微分方程。     

基于内时理论的含瓦斯煤岩损伤本构模型研究

从内时理论出发,通过内蕴时间的重新构造,在Helmholtz自由能中引入损伤变量,利用连续介质不可逆热力学的基本原理推导出了含瓦斯煤岩的内时损伤本构方程,并给出了确定本构模型中各参数的方法。同时,对在三轴应力条件下所建立的本构方程进行了求解分析与试验验证。结果表明,该本构方程能很好地描述含瓦斯煤岩在损伤发生前后的变形特点,并能有效地反映含瓦斯煤岩的非线性和剪胀扩容等物理力学现象。     

对岩土工程数值分析的几点思考

首先,介绍了笔者对我国岩土工程数值分析现状的调查结果及分析,然后,分析了采用连续介质力学分析岩土工程问题的关键,并讨论分析了岩土本构理论发展现状,提出对岩土本构理论发展方向的思考,最后对数值分析在岩土工程分析中的地位作了分析。分析表明,岩土工程数值分析结果是岩土工程师在岩土工程分析过程中进行综合判断的重要依据之一;采用连续介质力学模型求解岩土工程问题的关键是如何建立岩土的工程实用本构方程;建立多个工程实用本构方程结合积累大量工程经验才能促使数值方法在岩土工程中由用于定性分析转变到定量分析。     

砂土的流体动力学方程与本构模型的比较

目前砂土材料连续力学方程建模有两种途径,一种是源自于论证Navier-Stokes方程时所用的方法,称为流体动力学方法,主要针对普通固体、普通流体、超流、液晶、高聚物、颗粒物质等材料,它的基本做法是先给出守恒变量（如能量、动量、熵等）和对称破缺变量（如弹性应变、量子相位等）的一般运动方程,再用与具体材料有关的热力学函数和迁移系数来封闭它们;另一种方法是本构模型法,针对有塑性固体、非牛顿流体、砂土材料等材料,该做法特点是直接构建应力、应变、应力率、应变率、速度、密度、温度等变量之间的函数关系,并以此来封闭连续和牛顿方程。近年来采用这两种方法建立的砂土方程在文献上都有报道,因此,有必要对两者的特色、科学基础、适用范围,包括概念上的和具体方程等,进行比较,作为颗粒物理与土力学之间跨学科交流的一种尝试和沟通。通过比较得出,两种建模途径对表征砂土状态的完备变量集、屈服面、与塑性有关的耗散等使用了很不一样的思路和方程。     

基于连续-非连续分析理论的隧道围岩破坏区判识方法研究

准确分析隧道挖破坏区的范围对合理确定支护参数有着重要的指导作用和工程意义,主要围绕连续介质分析方法和以有限元-离散元耦合方法（finite element-discrete element coupling method,简称FDEM）为代表的连续-非连续方法开展了隧道围岩破坏区判识方法研究。研究了连续介质分析方法与FDEM识别围岩破坏的判别标准;将岩体划分为弹性的岩石单元和弹塑性的界面单元,基于等效连续模型的思想,推导了界面单元力学参数与岩石单元及岩体单元力学参数的关系表达式,首次建立这两种方法参数取值的联系,解决了连续-非连续方法取值难的问题;对比了两种方法模拟不同岩性、断面铁路隧道开挖过程中围岩破坏区范围。基于规范中各级围岩的力学参数取值范围,给出了各级围岩下以FDEM中罚参数和断裂能等围岩主要破坏参数的取值范围;FLAC3D为代表的连续介质方法和FDEM两种方法对不同岩性、断面铁路隧道开挖过程模拟结果表明,连续介质方法得出的塑性区和以塑性极限应变得出的破坏区域和连续-非连续方法得出的裂纹扩展区和破坏区在分布范围、形态及破坏形式上基本一致,验证了提出的FDEM围岩破坏参数取值方法...     

软粘土的各向异性和小应变条件下的本构模型(ASM)

以能量方程为基础推导出各向异性和小应变条件下弹塑性的本构方程,并将屈服面与修正桥模型和试验测得的屈服面进行了对比,表明新的屈服面比修正剑桥模型更接近试验结果,采用从初始应力到状态边界面的距离为参数的系数来修正硬化准则以模拟土体小应谱条件下的应力－应变特征。将新的本构模型编入有限元程序,对小应变试验进行了计算分析,计算结果表明,新的模型比修正剑桥模型能更好地反映土体的主要力学特性。     

考虑温度效应的岩石损伤内时本构关系

本文根据岩石类材料受载时的损伤破坏机理,首次引入两个损伤变量 D_1和 D_0用以反映外载荷体量和偏量的作用,在内时理论的基础上建立起考虑温度效应的岩石损伤本构方程,并导出具有明确物理意义的本构方程增量型关系式。在不同温度下用大理岩试样进行了压缩实验和声发射实验。根据实验所得结果,确定了本构方程中材料的所有参数,得到了大理岩材料受温度影响其性质发生变化的一些有意义的结论。     

基于颗粒组构特性的散体材料本构模型研究

通过散体介质材料单元颗粒排列组构表达的细观结构力学关系,建立了用颗粒密集度、颗粒排列组构关系和颗粒间摩擦特性等非连续介质材料特性参数描述的散体介质材料本构模型,从而实现散体介质材料宏观连续介质描述的等效应力表达.通过该模型可采用数值方法进行散体介质材料准静态情况下的力学特性分析.文中最后基于有限元软件ABAQUS,进行了该本构模型的二次开发.数值算例结果验证了所建立散体介质材料本构模型的适用性.     

THEORY AND EXPERIMENTS OF CONSTITUTIVE RELATION FOR SOIL

At first ,this paper summarizes the basic contents and theoretical state of soil elastic-plastic constitutive relationship used for blast wave calculations .In particular ,it has given more detailed account of the relatively comprehensive soil hardening plastic model-cap model model which has been developed in the world today .then ,we present a complete preliminary procedure of how to make cap model experiments in a large stress range by the use of our current experimental devices in our country .this is the most important content of the present paper .     

运用土壤地球化学寻找深部矿体的原理及方法

深部找矿已成为我国矿产勘查的主方向,难度很大,需要有效的方法技术,而本文则主要论证了运用传统的土壤地球化学寻找深部矿体的可行性及有效性。笔者对深部矿体中的矿石元素在地下深处的垂向运移及在汇水盆地内分散形成土壤地球化学晕的过程进行了半定量分析,通过计算和分析认为：运用土壤地球化学寻找深部矿体仍是有效的。最后,对运用土壤地...     

137Cs示踪农耕地土壤侵蚀速率模型的比较研究

^137Cs示踪技术广泛地应用于农耕地土壤侵蚀研究,目前已建立了许多运用^137Cs估算土壤侵蚀速率的模型。这些模型主要分为两类：经验模型与理论模型。其中理论模型中的质量平衡模型应用较多。质量平衡模型主要有：Walling模型、张信宝模型、杨浩模型和周维芝模型。重点讨论这4种质量平衡模型的异同。详细阐述了这四种模型的建立过程,并用图形模拟的方法给出各个模型所刻画的土壤侵蚀速率与土壤剖面中^137Cs相对损失率的关系。分析表明,尽管各个模型在建立的假设和方法上以及对^137Cs沉降过程的处理上存在一定程度的差异,但是各个模型所刻画的土壤侵蚀速率与土壤剖面中^137Cs相对损失率的关系实质上都是幂函数的形式,而且这4条曲线的走势基本一致,各自计算的土壤侵蚀速率差异也较小。因此,在利用^137Cs技术示踪农耕地土壤侵蚀速率时,这4个模型都可以应用。     

137 Cs示踪农耕地土壤侵蚀速率模型的比较研究

137 Cs示踪技术广泛地应用于农耕地土壤侵蚀研究，目前已建立了许多运用 137 Cs估算土壤侵蚀速率的模型。这些模型主要分为两类：经验模型与理论模型。其中理论模型中的质量平衡模型应用较多。质量平衡模型主要有：Wal l ing模型、张信宝模型、杨浩模型和周维芝模型。重点讨论这 4种质量平衡模型的异同。详细阐述了这四种模型的建立过程，并用图形模拟的方法给出各个模型所刻画的土壤侵蚀速率与土壤剖面中 137 Cs相对损失率的关系。分析表明，尽管各个模型在建立的假设和方法上以及对 137 Cs沉降过程的处理上存在一定程度的差异，但是各个模型所 刻画的土壤侵蚀速率与土壤剖面中 137 Cs相对损失率的关系实质上都是幂函数的形式，而且这 4条曲线的走势基本一致，各自计算的土壤侵蚀速率差异也较小。因此，在利用 137 Cs技术示踪农耕地土壤侵蚀速率时，这 4个模型都可以应用。     

土壤侵蚀量预报模型研究进展

土壤侵蚀模型是定量评价水土资源发展动态、指导综合治理规划、评价治理方案和措施的技术工具。根据建模的手段和方法，土壤侵蚀量预报模型有经验模型和物理成因模型两大类。根据建模对象的不同，土壤侵蚀模型又有坡面土壤侵蚀模型和流域土壤侵蚀模型之分。主要从这4个方面入手，介绍了国内外土壤侵蚀量预报模型研究的主要成就，指出了现有模型的不足。在总结前人工作的基础上，提出了我国土壤侵蚀模型今后的发展方向。     

A new approach for vertical impedance in radially inhomogeneous soil layer

In the past studies on pile vibrations, the soil around the pile is mainly regarded as homogeneous or multi‐layered piecewise homogeneous. However, under most engineering conditions, the surrounding soil becomes seriously disturbed due to construction effects. This may strengthen or weaken the shear modulus of the soil resulting in the soil becoming radially inhomogeneous. As a consequence of this, El Naggar extended Novak's plane‐strain model to account for the radial inhomogeneity by the use of multiple springs connected in series. Rather than using this approach, this paper proposes a new model which is thought to be theoretically more rigorous and one which may be described as complex stiffness transfer model. It is shown that the solution developed in this study agrees well with the more limited solutions of Novak and Dotson and Veletsos under several special conditions. Finally, the scope of application has been enlarged as a result of the generalizations made in the present model. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

融雪侵蚀研究进展

融雪侵蚀在中国及世界上许多地区都有发生,其对表层土壤的破坏作用越来越为人们所认识,已成为土壤侵蚀研究中的重要问题之一。在总结相关研究成果的基础上,分析了影响积雪和融雪的气候、海拔、地形地貌及土地利用等因素。在融雪侵蚀影响因素方面,认为融雪径流、表层土壤解冻深度、解冻期表层土壤可蚀性是影响融雪侵蚀发生的特殊因素。同时指出,融雪侵蚀预报模型中冻融作用对土壤水分迁移的影响、未完全解冻层对表层土壤水分的影响以及坡面融雪过程研究是未来融雪侵蚀研究中应重点解决的问题。     

A simple mathematical model for soil nail and soil interaction analysis

Soil nails have been widely used to stabilize slopes and earth retaining structures in many countries and regions, especially, in Hong Kong. The analysis of the interaction between a soil nail and the surrounding soil is of great interests to both design engineers and researchers. In this paper, authors present a simple mathematical model for the interaction analysis of a soil nail and the surrounding soil considering a few key factors which are soil dilation, bending of the soil nail, vertical pressure, and non-linear subgrade reaction stiffness. The lateral subgrade reaction between the soil and the soil nail is assumed to obey a hyperbolic relation. Reported test data in the literature are used to verify the present model. The contributions of the soil-nail bending on the pull-out resistance are evaluated in two case studies.     

Vertical dynamic response of an inhomogeneous viscoelastic pile

The vertical dynamic response of an inhomogeneous viscoelastic pile embedded in layered soil subjected to axial loading has been investigated. The interaction between pile and soil is simulated by a general Voigt model, one that has been demonstrated by earlier investigators to be capable of representing the plane strain case of soil adequately. The analytical solutions of pile responses in the frequency domain are obtained by using the (two-sided) Laplace transform. The corresponding semi-analytical solutions in the time domain for the case of a pile subjected to an instantaneous half-sine exciting force applied at the pile top are obtained via Fourier transform inversion. Using these solutions, a parametric study of the influence of the pile and soil properties on the vertical dynamic responses has been undertaken. It is shown that an abrupt variation of the soil properties with depth cannot yield evident reflection signal that may lead geotechnical engineers to assess the pile integrity wrongly from the velocity curve of the pile top, and the influence of viscosity of the pile material on the response is different from that of the damping of the soil surrounding the pile. The theoretical model developed in the present paper has also been validated in field studies, where it is shown by means of three examples that the solution developed in this study has been adequately verified by comparison of the theoretical pile model and field measurements of the dynamic responses.     

A prediction method using grey model for cumulative plastic deformation under cyclic loads

Being able to predict cumulative plastic deformation of soil under cyclic loading has been quite a popular subject for researchers both in the past and at present. In this paper, a non-equal interval non-homogeneous exponential grey model NNGM (1, 1) for cumulative plastic deformation has been put forward by improving the traditional grey model GM (1, 1). The proposed model was evaluated by numerous experimental data of existing literatures and found to be valid for a wide range of soils. It is also valid for predicting long-term settlement of subgrade under subway loads and has a better performance than the traditional model GM (1, 1) as well as non-homogeneous exponential model NEM.