堆石料等应力比路径三模量增量非线性模型

已有研究表明,土石坝内堆石料在填筑期的应力路径可近似为等应力比的路径。根据等应力比三轴排水剪切试验,介绍了一个三模量增量非线性模型,即模型除给出堆石体积模量K和剪切模量G的表达式外,对剪应力产生的体变和平均主应力产生的剪切应变也采用了交叉模量J表达。采用粒子群优化算法通过全量本构关系曲线确定增量模型参数。通过对试验数据的拟合发现,三模量模型可以较好地反映堆石料的应力与变形特性。     

黏土非线性模型的改进切线模量

切线模量描述是土体非线性模型中的一个基本问题。首先,引入“半值强度指数”概念建立了土体应力应变曲线的数学特征方程,分析了双曲线应力应变模型的数学缺陷。接着,根据试验数据分析提出了土体应力应变曲线的控制微分方程,建立了土体应力应变曲线的3参数新模型,新模型克服了双曲线模型的缺陷;证明了双曲线模型是该新模型的特例。最后,在3参数新模型的基础上,改进了土体的切线模量表达,给出了参数确定方法,并对三轴试验结果进行了模拟。     

真三轴剪切作用下粗粒料卸荷特性的研究

在大型真三轴仪上进行一系列等向压缩与剪切作用下的加、卸载试验,阐述粗粒土的卸荷特性。重点分析不同卸载阶段回弹剪切模量的变化规律,试验结果表明:剪切过程中回弹剪切模量受应力路径影响变化较大,不能简单地用平均回弹剪切模量来代替。修正Janbu公式中,回弹剪切模量是关于小主应力和球应力2个应力变量的函数,且当其中一个变量保持不变时,回弹剪切模量随另一变量呈非线性变化,在双对数坐标上为线性形式。利用该预估模型,得到了不同剪切路径下的回弹剪切模量,模型中的参数拟合性好。模型的建立,有利于更好地理解粗粒土的卸荷特性,同时反映了应力路径及材料响应对粗粒土非线性回弹变形特性的影响。     

地应力弹性参数计算的应力区间分级方法研究

对套孔应力解除法地应力现场测量获得的套孔岩芯进行围压率定试验,是后期数据处理获取岩石弹性参数的重要手段,其结果直接影响地应力计算值的精度。目前,参与地应力计算的弹性参数由围压试验中的最高围压值与对应的应变计算获得,受试验条件、岩石的非线性影响,结果存在一定的误差。利用围压率定仪对多组套孔岩芯试样进行率定试验,研究不同岩性岩石围压率定试验曲线特征规律;基于多重误差因素分析,对试验应力应–变曲线进行合理修正。结合岩石的加卸载变形理论,考虑岩石非线性特征,提出一种将弹性参数划分成不同应力区间计算的方法。将该方法运用到平煤十矿(平顶山天安煤业股份有限公司十矿)实测地应力的计算中,修正后的主应力计算结果随深度呈现出更好的线性相关性,与实际情况符合较好,研究成果对提高套孔岩芯弹性参数及实测地应力的计算结果精度具有一定的参考意义。     

饱和黄土应力-应变特性及K-G模型适用性研究

对饱和重塑黄土进行了各向等压及等P应力路径试验,分析可知应力应变关系具有非线性,且不符合双曲线型。分别确定了成都科大修正K-G模型及考虑剪胀和应变软化的K-G模型的模量参数并进行了预测值与实测值的比较,结果显示,成都科大修正K-G模型能较好的预测等压固结试验的体积改变量,但不能完全反映软化和应力路径的影响,其仅在低应力比时是适用的;考虑应变软化的K-G模型能很好的反映饱和重塑黄土软化的特性。在预测体应变与剪应变时,在低应力水平时吻合度较高,在高应力水平时不能准确的反映剪胀的影响,更完善的K-G模型修正方法有待提出。     

动力离心试验反演分析砂土模量阻尼比特征与可靠性

基于阵列加速度记录获取土体剪应力–剪应变响应的反演分析方法,已在岩土模型试验和强震观测中得到诸多应用,但在求取剪切模量、阻尼比方面鲜见研究。利用一组动力离心模型试验,探讨加速度记录反演分析的动模量、最大模量、阻尼比等参数变化特征和影响因素,并结合经典公式对其可靠性进行评价。结果表明：获得动模量和阻尼比集中于0.01%～1%剪应变范围,数据离散性较小,随剪应变、埋深、孔隙比等变化趋势与既有认识吻合,表明选取的积分位移方法和剪切梁分布函数的合理性;不同荷载下各埋深的动模量和阻尼比数据,均良好服从Hardin双曲线模型,相关系数分别≥0.98和≥0.97;最大模量与孔隙比负相关,随埋深呈近似线性增长,证明动力荷载带给土体的振密效果;与单元试验结果相比,模型试验获得剪切模量略低,而阻尼比偏高,与单元试验的应力边界、加载方式等相关,分别验证定性和定量上反演分析动力离心试验应力–应变本构关系和模量阻尼比的可靠性。研究内容与结论为发展动力离心试验数据分析方法和提升土体动力本构关系认识、建立重要方法与有益参考。     

冻融循环下青藏粉砂土双屈服面本构模型研究

 基于青藏粉砂土在冻融循环下的常规三轴固结剪切试验,通过引入模量残余比和冻融循环次数,建立考虑冻融循环影响的双屈服面本构模型。试验结果表明,粉砂土的应力–应变关系呈应变硬化型,而在整个剪切过程中,体变呈现剪缩的特性。粉砂土的剪切模量随着围压的增大而增大,随着冻融循环的发展而出现先减小后增大的趋势。与未冻融粉砂相比,冻融以后的弹性剪切模量可降低约36%左右。其应力平面p-q上的剪切屈服面和体积屈服面可分别用过原点的线性函数和椭圆型曲线进行描述。对于剪切和体积硬化特性,建立与塑性应变及冻融循环次数相关的硬化参数,且均采用非相关联的流动法则。所提出的双屈服面本构模型能够很好地反映土体的应力–应变特性,模型计算值与试验值较为吻合,该模型能较为准确地预测不同围压及不同冻融循环次数下的应力–应变关系曲线,较好地反映冻融循环对粉砂力学性质的影响。     

EPS颗粒混合轻量土的动变形特性及修正Hardin-Drnevich模型研究

为探究EPS颗粒混合轻量土的动变形特性,通过动三轴试验研究了不同配比、围压对轻量土骨干曲线、Hardin-Drnevich模型参数的影响规律,建立了修正Hardin-Drnevich模型,并对修正模型进行了验证。结果表明:轻量土的骨干曲线呈现出明显的非线性特性与应变硬化特征。轻量土动剪切模量的倒数与剪应变关系曲线符合线性递增的变化规律,其动变形特性可以由Hardin-Drnevich模型描述。最大动剪切模量的倒数和最大动剪应力的倒数随着围压和水泥掺量的增大而减小,随EPS颗粒体积比的增大而增大。在Hardin公式的基础上,引入相对结构度k和广义孔隙比e',提出了模型参数的表达式,建立了修正Hardin-Drnevich模型。通过改变应力状态和应力路径对轻量土进行动三轴验证试验,发现模型计算值与试验值间的相对误差均小于11%,修正Hardin-Drnevich模型对轻量土骨干曲线的预测结果良好,这表明修正Hardin-Drnevich模型可以描述轻量土特殊结构性在复杂受力条件下的动力响应。     

地基沉降计算的新方法

根据原位土压板试验的P-S曲线来建立沉降计算的新方法.在假设压板试验P-S曲线为双曲线方程时,建立双曲线模型方法,同时通过双曲线求得土体的切线和割线模量,把所求得的模量用于分层总和法进行基础的沉降计算,建立原位土的双曲线切线和割线模量法.在假设压板试验P-S曲线为双曲线方程时,所需要参数只是土体的初始切线模量Es0、土体内摩擦角(及黏聚力c.对压板试验P-S曲线为其他任意曲线时,建立土体切线模量与荷载水平的关系,用于分层总和法进行基础的沉降计算,建立一般曲线的切线模量法.由于切线或割线模量是随着荷载水平的不同而呈现非线性特点的,新的计算方法可以计算接近地基极限承载力时的沉降,由此形成以原位土切线和割线模量法的地基非线性沉降全过程计算新方法.由于这样确定的土体变形参数能较好地考虑地基土的原状性和非线性性,因而可以较准确地计算基础的非线性沉降过程,同时该方法所需土体参数较少.将该方法分别应用于桩基、筏基以及复杂的路堤地基和复合地基的沉降计算,通过实际工程的检验,验证该方法的实用性和有效性,这可能是地基沉降计算的一个重大进展.     

天水籍河流域泥岩动力学特性的试验研究

通过天水籍河流域泥岩动三轴试验,研究循环荷载下该泥岩的动力学本构与围压、频率和含水率之间的关系,分析动剪切模量和阻尼比的变化趋势,探究其动力学本构模型参数,并验证模量衰减函数模型和阻尼增长函数模型的相关性,给出模型参数。研究结果表明:该区域泥岩的动本构函数关系是符合双曲线模型的,相关性系数均在0.9以上;围压与参数a呈较好的负相关;频率对参数a、b值的影响不尽相同。本次试验数据统计分析表明参数a值先减小再增加,b值先增加再减小;含水率对参数b的影响强于对参数a的影响;动剪切模量变化趋势与指数衰减模型相符,阻尼比变化趋势符合幂律增加函数模型,其与影响因素之间的相关性系数均0.9,相关性程度较好。     

红砂岩粗粒土流变工程特性试验研究

在自行设计的粗粒土单轴流变试验仪上,进行红砂岩粗粒土流变试验,分析红砂岩粗粒土的流变特性。流变试验结果表明,在比较低的应力状态（轴向应力σ≤0.8MPa）下,红砂岩粗粒土表现出线性黏弹性;在较高的应力状态（轴向应力σ〉0.8MPa）下,红砂岩粗粒土表现出非线性黏弹塑性。为描述红砂岩粗粒土的非线性黏塑性变形特征,提出一个新的双曲线型黏塑性体,将双曲线型黏塑性体与Burgers流变模型串联,建立一个新的红砂岩粗粒土非线性黏弹塑性6元件流变本构模型,该流变本构模型能很好描述红砂岩粗粒土的非线性流变特征。同时,通过红砂岩粗粒土流变试验曲线,采用改进的最小二乘拟合方法确定该流变本构模型参数;流变试验曲线和该流变本构模型的理论曲线进行对比,对比结果验证了该模型合理。     

堆石料的湿化变形模型

堆石料的湿化变形严重影响心墙堆石坝初蓄水时的安全。通过分析堆石料单线法湿化试验数据发现,堆石料的湿化应力水平与湿化轴向应变成双曲线关系,但也有学者认为是指数函数关系,通过比较发现双曲线关系表述更佳。分析大量单线法试验数据发现,湿化过程中体积应变增量与轴向应变增量的比值保持不变。由此并根据非线性弹性理论,提出了一个堆石料的湿化本构模型,给出了湿化割线模量与湿化泊松比的表达式。与改进的沈珠江湿化模型比较,该湿化模型与试验数据拟合的更好。研究显示,采用传统Prandtl-Reuss流动法则计算得到的湿化应变在高湿化应力水平下偏小。     

堆石料三轴湿化变形特性试验研究

通过对2种不同堆石料的高压三轴湿化试验，分析了引起湿化变形的因素，并对湿化应力与湿化变形进行了初步的分析，发现湿化应力与湿化变形之间存在有双曲线关系，其规律类似三轴压缩的应力应变关系；但湿化应力。应变的初始切线模量与周围压力之间的关系并不完全符合Janbu公式，同时对湿化轴向应变与湿化体应变进行分析，发现不同于三轴压缩，其关系并非双曲线。     

级配碎石动态回弹模量实验研究

通过室内重复加载三轴试验研究3种级配碎石的回弹特性,分析体应力、偏应力、含水量、级配类型对回弹模量的影响。试验结果表明,级配碎石回弹模量随含水量的减小、围压应力的增大而显著增大;随偏应力的增大而缓慢增大或先略有减小再缓慢增大(低应力状况下);级配类型对回弹模量也有一定影响。应用非线性回归方法得到NCHRP 1-28A本构模型参数,将拟合得到的模型参数与物性试验结果相联系,建立基于物性指标的模型参数预估公式。     

冻结含盐砂土弹性参数确定方法研究

基于材料在卸载阶段为弹性卸载的特点,针对冻结德令哈砂土进行了不同围压、不同加载速率情况下的三轴剪切循环试验和各向等压循环试验,根据应力-应变曲线的滞回环平均斜率给出了与围压和加载速率有关的冻结德令哈含盐砂土的剪切模量G和体积模量K的表达式,建立了与加载速率相关的弹性本构模型。     

基于抛物线模型的地基沉降计算的切线模量法

根据载荷试验P-s曲线,假设其第二阶段近似服从抛物线关系,进而推导出受应力水平影响的地基土等效切线模量。相比之前的基于双曲线模型的切线模量法,采用抛物线模型的计算方法更符合理想载荷试验曲线的第二、三阶段的特点。运用等效切线模量,可以对地基沉降进行分层总和形式的计算。这种方法规避了室内试验对土体的扰动问题,且能体现土体应力-应变的非线性关系。     

混凝土多轴非线性本构模型的研究

通过大量试验,测得了混凝土在单轴应力状态及在5种不同应力比下的双轴应力状态的应力-应变关系.论述了Jones-Nelson-Morgan模型的构成原理及其参数的确定方法,首次将这个模型,用于混凝土材料的本构关系分析,结合混凝土的单轴试验结果,建立了混凝土的非线性本构模型,该模型的特点是材料的力学性能只为应变能的函数,使材料模型可以方便地应用于复杂应力状态.利用广义虎克定律,将模型推广应用于混凝土双轴应力状态的本构关系分析,获得了与试验结果符合较好的理论模型.     

Gibson地基模型参数的一种实用确定方法

Gibson地基在理论上可以考虑土体模量沿深度的变化，但工程应用中一直存在相关参数难以确定的问题。基于压缩试验成果和魏汝龙割线模量法双曲线模型，探讨提出确定单层和成层Gibson地基参数的实用新方法。该方法对压缩性状服从双曲线模型的土体较为适用。通过对浙江沿海地区若干典型工程的试验结果分析，结果初步表明地表处剪切模量为零的狭义Gibson地基在实际工程中几乎不存在。结合真空堆载联合预压加固软基的工程实例，对比分析了成层Gibson地基模型在沉降分析中的应用。新方法确定的成层Gibson地基模型不仅应用简便，而且可以显著地提高地基沉降预测结果的精度。在地基有效加固深度不是特别深厚的情况下，Gibson地基模型能较好地改进不能考虑模量随埋深变化的传统模型。     

尾矿的动力应力-应变特性

对等效线性方法的各个参数的经验估计方法进行了总结,对土的最大动剪切模量、阻尼比曲线、动模量衰减曲线的影响因素和前人所做的研究进行了归纳,通过对各类尾矿动力变形特性的试验总结,得到了以尾粉砂、尾粉土、尾粉质黏土为代表的尾矿动模量衰减曲线,验证了用参考剪应变归一化得到不同围压下材料动模量衰减曲线的正确性,并将该方法用于尾矿,得到了高围压下尾矿的动模量衰减曲线,在不同围压下,将尾矿与天然土的动模量进行对比,得到了尾矿的一些特性。结果表明:材料在高围压状态下的动模量衰减曲线可以由低围压状态下的动模量衰减曲线将参考剪应变归一化的方法计算得到,其围压依赖性可以用参数k来表示。不同的材料对围压的依赖性不同,砂土的k平均取值为0.5,黏性土的平均取值为0.4,而对于尾矿,尾粉砂为0.4,尾粉土为0.3。     

粗粒土非线性剪胀模型研究

粗粒土具有明显的剪胀剪缩性,为非虎克材料。对8种颗粒材料进行了11组三轴试验,将体应变分为球应力和偏应力引起的体应变两部分,并假定弹性变形泊松比为常数,对实测体应变两部分大小进行了分离。假定三轴试验的轴向应变和剪应力引起的体应变服从Rowe剪胀方程,分析表明,对任一种颗粒材料而言,Rowe剪胀方程参数Kf的归一性良好,即不同应力状态下参数Kf均近似为一个常数。在此基础上,基于邓肯–张模型和Rowe剪胀方程,建立了体变模量KP、剪胀模量Kq、剪切模量G三参量与应力状态的关系,初步提出了一种新的非线性剪胀模型。该模型可视为邓肯–张模型的改进型模型。经验证,该模型能比较准确地描述各种颗粒材料的体变过程,是一种物理概念明确,简单实用的非线性剪胀模型。