反映物态变化的砂土状态参数本构模型

基于状态参数Ψ、峰值应力比、相态转换应力比、依赖于状态的剪胀方程和一个双曲线的应力应变关系,建立了一个静力条件下能统一反映密度和压力对砂土变形特性影响的本构模型。该模型具有8个材料参数,都能从常规三轴试验中确定,模型能很好的模拟不同密度和不同固结压力下砂土的这些变形特性,通过数值试验初步验证了模型的合理性。     

考虑两种不同性质超固结的土体本构模型

结构对土体的变形特性有强烈影响,土体本构模型应该反映土体的结构性。通过调研分析将土体变形表现出的超固结划分为结构超固结与应力超固结这2种不同性质的超固结,从而使结构超固结与应力超固结统一起来。土体结构超固结采用结构超固结参数来表示。模型对修正剑桥模型进行扩展,模型的屈服面形状与修正剑桥模型一致,而屈服面的大小由结构超固结和应力超固结Ps之和决定,而屈服面的变化由体积硬化与结构损伤共同来描述,模型采用相关联流动法则;从而提出了一个可考虑结构性的粘土本构模型。模型概念明确,参数简单并有物理意义。初步验证表明,模型可以较好的反映结构性土体的变形特性。     

超固结土三轴排水不排水试验数值分析

在临界状态土力学的框架内,采用Hashiguchi提出的下负荷面本构模型,建议了一个简化的塑性硬化规律,使之能较合理地描述超固结粘土在正常屈服面和下负荷面之间的变化规律。数值模拟结果表明,修正后的硬化规律能够较好地描述超固结粘土的许多力学特性如应力应变关系、应变软化以及应力剪胀性等。数值预测结果与室内三轴排水试验结果相一致,并可以用来分析超固结粘土的不排水三轴应力路径。     

长期反复荷载作用下软黏土地基的变形特性

软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题,通过太沙基一维固结理论,求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解;利用ABAQUS有限元软件,提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律,发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比;孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动;有效应力随着加载次数逐渐增加;孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关,并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对,发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。     

部分排水条件下饱和红黏土循环试验研究

为了研究交通荷载作用下路基天然黏土层的长期动力特性,采用GDS循环三轴系统,对赣南地区的路基红黏土开展部分排水条件下大次数循环荷载试验.研究部分排水条件下红黏土的孔压累积和模量变化情况,分析循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比对红黏土累积变形的影响.研究结果表明,红黏土的最终竖向累积变形随循环应力比和初始固结应力比的增大而指数型增大,随平均初始固结压力的增大而线性增大,提出考虑循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比和循环次数的累积应变模型,通过不同动应力状态下红黏土累积应变随循环次数发展曲线的归一化表明了该累积应变模型的正确性.     

正常固结饱和黏性土的三剪次加载面模型

以三剪统一强度准则为破坏准则,采用坐标平移法推导出能够反映中间主应力效应、土体拉压差效应和区间效应的三剪破坏应力比,来替换修正剑桥模型的原本破坏应力比从而得到三剪统一屈服函数。基于该屈服函数,并结合次加载面理论,提出适用于循环荷载条件下的正常固结饱和黏性土的三剪次加载面本构模型。对模型参数u,C和χ做了敏感性分析,发现参数u,C和χ大小都会影响对循环荷载条件下饱和黏性土的棘轮效应和曼辛效应;为验证所提模型的正确性,将该模型的计算结果、文献中两种饱和黏土动三轴试验结果以及饱和Kaolin黏土的双面模型预测结果做了比较,结果表明所提模型能够较好地反映正常固结饱和黏土的应力应变关系,随着循环次数的不断增加,所建模型的模拟结果能不断产生累计塑性应变和累积孔隙水压力,且能够形成滞回圈。通过真三轴数值模拟分析可知,饱和黏性土的塑性偏应变在加载前期发展较快,之后相对减小;单一变量下,分别增大最小主应力和中间主应力,均会增大土体的抗剪强度。     

基于GDS固结渗透试验吹填土固结系数研究

基于一维大变形固结方程,给出了不同描述方法时大变形固结系数的表达式,采用软黏土渗透系数及有效应力与孔隙比间的半对数线性关系和幂函数关系,探讨了大变形固结系数随孔隙比的变化规律,提出了大变形固结系数随孔隙比变化的条件关系式,并应用于GDS固结渗透试验吹填淤泥固结系数变化特征分析.研究结果表明:1)存在临界孔隙比,将3种定义的大变形固结系数分成不同变化特征的单调区间,利用条件关系式能较好地判断大变形固结系数的变化规律.2)深圳前湾吹填淤泥大变形固结系数随孔隙比的减小变化幅度达1～2个数量级,比小变形固结系数的变化幅度更大,在对吹填淤泥等超软土进行大变形固结计算时,应先明确大变形固结系数的变化规律.     

基于应变软化与剪胀性特征的粉砂土双硬化弹塑性本构模型

针对上海粉细砂不存在惟一临界状态线的特点,对传统的砂土本构模型进行了改进,提出了一个能合理描述剪胀性和应变软化特性的粉细砂弹塑性本构模型.该模型采用双屈服面形式,可同时反映剪切变形及压缩变形机理.模型对传统修正剑桥模型中的剪胀性公式进行了改进,考虑了状态转换应力比与初始有效围压的相关性.为了描述应变软化特性,提出了一个利用残余状态应力比和峰值应力比的应变软化公式,可较为合理地反映粉细砂的应变软化特性.通过对上海粉细砂的多组试验结果模拟,验证了本文模型的合理性和有效性.     

基于应变软化与剪胀性特征的粉砂土双硬化弹塑性本构模型

针对上海粉细砂不存在惟一临界状态线的特点,对传统的砂土本构模型进行了改进,提出了一个能合理描述剪胀性和应变软化特性的粉细砂弹塑性本构模型. 该模型采用双屈服面形式,可同时反映剪切变形及压缩变形机理. 模型对传统修正剑桥模型中的剪胀性公式进行了改进,考虑了状态转换应力比与初始有效围压的相关性. 为了描述应变软化特性,提出了一个利用残余状态应力比和峰值应力比的应变软化公式,可较为合理地反映粉细砂的应变软化特性. 通过对上海粉细砂的多组试验结果模拟,验证了本文模型的合理性和有效性.     

砂井地基径向非线性固结解析

基于砂井等应变固结模型,考虑初始有效应力沿深度变化,忽略井阻和竖向排水固结的影响,应用平均孔隙比与平均有效应力的对数关系,建立砂井非线性径向排水固结的分层计算模型,并求得常荷载作用下的径向排水固结解析解.在变荷载作用下,把变化阶段的荷载划分为一系列不连续的剧加荷载,导出有效应力的递推公式.结果表明,因自重应力随深度增加,土层径向排水平均固结度随其埋深而增大.如把整个厚度范围内自重应力取为平均值,将使计算的沉降量偏小,径向平均固结度偏大.     

A critical state subloading surface model of sands with shear hardening

Based on the framework of critical state soil mechanics,a subloading surface plastic model for sand, being applicable to cyclic loading, was proposed. The model can be used to describe strain softening behaviour of sand under monotonic loading when the similarity-ratio equals to unity. The characteristics of the model are as follows: 1) A reverse bullet-shaped yield surface is adopted to ensure accurate prediction of the behavior of sand, instead of bullet-shaped or elliptical yield surface in Cam-Clay mode...     

车辆行驶工况下的沙漠沙本构特性模型的建立

提出了确定车辆行驶工况下地面线性弹性本构特性的试验 数值混合法,并用于确定塔克拉玛干沙漠沙的线性弹性本构特性参数。采用土壤动态三轴仪对塔克拉玛干沙漠沙的本构特性进行了研究,建立了沙的非线性弹性本构特性模型和弹塑性本构特性模型。所得结果可为研制沙地通过性良好的运输车辆———沙漠车辆、开发沙漠资源及穿越沙漠的军用车辆提供参考。     

一种与材料状态相关的砂土剪胀性理论模型

结合密砂和中密砂的相变点的概念,提出了以相变状态为参考状态的状态参量表达式,并将此状态参数引入剪胀比的计算公式.在修正剑桥模型的基础上,提出了新的塑性势函数和硬化参数表达式以消除应力路径的影响.在增量塑性理论的基础上,建立了一种适合于密砂和中密砂的与材料状态相关的剪胀性理论模型.     

砂土静力触探锥头阻力增量弹塑性解

采用SMP屈服准则以考虑中主应力对砂土强度的影响,基于从压缩机理出发的增量弹塑性计算模式和柱孔扩张理论推得极限锥头阻力和临界深度解析解。同时采用Mohr-Coulomb破坏准则和柱孔扩张理论推导了极限锥头阻力和临界深度解析解。并结合试验数据,将基于不同准则和不同孔扩张机理的解答进行了对比分析。结果表明:基于空间滑动面理论(SMP准则)和柱孔扩张机理的有关解答与试验数据拟合效果最好。     

基于弹塑性变形理论的船体面板滚弯成形作业时间估算方法

为了准确估算船体面板滚弯成形作业时间,通过分析在滚弯过程中船体面板的弹塑性变化和滚弯成形后的最终状态,建立了滚弯成形最终状态下船体面板滚弯成形作业时间估算模型.与实测数据对比分析结果表明,基于弹塑性变形理论的总进给距离与实测进给距离无显著性差异,通过作业时间估算模型得出的理论作业时间与实测作业时间也无显著性差异而且相对误差都在10%以内(平均相对误差为5%).因此,基于弹塑性变形理论的船体面板滚弯成形作业时间估算模型合理且符合作业实际状况.     

Prediction of shear bands in sand based on granular flow model and two-phase equilibrium

In contrast to the traditional interpretation of shear bands in sand as a bifurcation problem in continuum mechanics,shear bands in sand are considered as high-strain phase(plastic phase) of sand and the materials outside the bands are still in low-strain phase(elastic phase),namely,the two phases of sand can coexist under certain condition.As a one-dimensional example,the results show that,for materials with strain-softening behavior,the two-phase solution is a stable branch of solutions,but the method to find two-phase solutions is very different from the one for bifurcation analysis.The theory of multi-phase equilibrium and the slow plastic flow model are applied to predict the formation and patterns of shear bands in sand specimens,discontinuity of deformation gradient and stress across interfaces between shear bands and other regions is considered,the continuity of displacements and traction across interfaces is imposed,and the Maxwell relation is satisfied.The governing equations are deduced.The critical stress for the formation of a shear band,both the stresses and strains inside the band and outside the band,and the inclination angle of the band can all be predicted.The predicted results are consistent with experimental measurements.     

Static solution on four-region spherial cavity expansion model in a pressure sensitive medium

Spherical cavity expansion model is often used to study the mechanic characteristics of pressure sensitive mediums. The most important one we do in the paper is that we construct a four-region model with σθ≠0 in damage region,which is different from what Satapathy did before and is more reasonable. By adopting this model,different constitutive equations were constructed by different method-elastic mechanics in elastic region,damage mechanics and fracture mechanics in damage region,and macro-micro mechanics theory in plastic region. Then using Durban's self-similarity assumption,the control differential equations with boundary conditions were established,and the static numerical solution of stress field and displacement field in the three different regions of elastic,damage and plastic area were discussed respectively. Results showed that this four-region model can describe precisely the mechanic characteristics of pressure sensitive mediums under initial pressure.     

基于SMP准则改进Lade-Duncan模型

为了解决Lade-Duncan模型的塑性势面由试验结果拟合所得理论上不够严密的问题,采用SMP准则的屈服函数构建塑性势函数,建立一个砂土弹塑性本构模型（SMP-Lade模型）.该模型可以反映砂土应力-应变关系的非线性、应力路径的相关性以及剪胀特性,且塑性势面考虑了3个应力张量不变量的影响.密砂和松砂真三轴试验结果表明：在中主应力参数b=0的条件下,SMP-Lade和Lade-Duncan模型的预测结果与试验结果基本一致;当0相似文献   

Analysis of complete plasticity assumption for solid circular shaft under pure torsion and calculation of shear stress

The distribution of shear stress on the cross-section of plastic metal solid circular shaft under pure torsion yielding,the applicability of complete plastic model assumption and the shear stress formula were researched.Based on the shear stress formula of circular shaft under pure torsion in elastic stage,the formula of torque in elastic stage and the definition of yield,it is obtained that the yielding stage of plastic metal shaft under pure torsion is only a surface phenomenon of torque-torsion angle rel...