基于扰动状态概念的结构性软土蠕变模型

结构性和蠕变性对软土工程性质具有双重影响,有必要建立一种模型能够准确描述扰动带来结构性逐步破损的过程并同时反映软土蠕变特性对地基变形的影响。引入扰动状态概念,选取三元件广义Kelvin模型描述相对完整状态,3DEVP模型描述完全调整状态,扰动函数采用经验表达式,建立了一个基于扰动状态概念的结构性软土蠕变模型。从宏观试验结果和微观结构变化分析,说明扰动模型可以很好地描述在应力作用下软土结构性在蠕变过程中逐渐衰减的过程。模型中的参数都可通过等向压缩蠕变试验与三轴蠕变试验获取。通过黄石地区的结构性软土的三轴固结不排水蠕变试验数据对模型进行检验,结果表明该模型能较好描述结构性软土的蠕变特性。     

拱坝坝肩岩石流变力学特性试验研究及其长期稳定性分析

采用岩石全自动三轴流变伺服仪,对小湾水电站两岸山体的蚀变岩进行三轴流变力学试验,得到岩石典型的流变全程曲线.流变试验结果表明:较高应力水平条件下,蚀变岩具有较为显著的流变特性,流变变形量大,流变速率快.基于试验结果,研究蚀变岩在不同应力水平下流变变形随时间的变化规律,分析试样的流变破裂形式与机制,掌握了蚀变岩三轴流变的基本特性.采用Cvisc流变模型对蚀变岩流变试验曲线进行辨识,得到相应的流变力学参数;基于三维非线性数值分析方法,采用黏弹塑性流变本构模型,模拟小湾水电站长期运营条件下的流变力学行为,并与弹塑性计算条件下进行对比分析.结果表明:小湾水电站拱坝及坝肩岩体长期流变变形明显大于弹塑性变形;考虑岩石流变作用使得应力场随时间增长发生重分布,局部应力集中现象有所缓解;坝肩岩体受力初期表现出较为显著的流变特性,流变一定时间后,流变速率变得恒定平稳,流变变形趋于稳定.     

考虑结构性影响的吹填软土流变历时特性研究

通过三轴流变试验仪,以原状土样与重塑土样为试验材料,对吹填软土流变历时特性进行了研究。研究结果表明:结构性对土体流变特性有明显影响。结构性的存在,使得原状土流变破坏峰值高于重塑土;当应力低于结构屈服应力时,由于结构性的作用,抵抗变形能力强,使原状土流变趋于稳定的时间要小于重塑土;当应力高于结构屈服应力时,随着结构的破坏,其流变历时特性逐渐向重塑土靠拢,最终趋于一致。     

辉绿岩非线性流变模型及蠕变加载历史的处理方法研究

 分级加载的流变试验方法采用单个岩样进行试验,可避免岩样离散性对流变变形的影响,但后级载荷的变形量包含前面各级载荷产生的蠕变变形,很容易引起混淆。详细分析流变介质对加载历史的记忆效应,并给出考虑加载历史的蠕变数据处理的具体步骤和数学依据。同时,对大岗山水电站坝基辉绿岩三轴流变试验曲线进行整理,分析其典型的流变特性。根据不同应力水平下的蠕变试验曲线,提出由瞬弹性Hooke体、黏弹塑性村山体、非线性黏塑性体串联而成的岩石非线性黏弹塑性流变模型。该流变模型通过引入非线性黏塑性体可以描述岩石流变的减速、等速特别是加速蠕变阶段。推导非线性黏弹塑性模型的三维蠕变方程,利用不同应力水平下岩石蠕变试验曲线,对流变参数进行反演。结果表明,非线性流变模型计算曲线与试验曲线较吻合,证实所建模型的正确性与合理性。     

海相软土热力学本构模型研究

从热力学基本理论出发,研究了海相软土受力变形过程中的能量耗散。研究中区分了海相软土中弹塑性变形引起的能量损失,与因土体内部胶结结构破坏引起的能量损失,引出了结构性胶结损伤耗能的概念。在Collins 的热力学土体模型的基础上,针对其不能考虑土体结构性的不足加以改进,构造了海相软土的能量耗散函数。结构性土体弹塑性模型的屈服轨迹、塑性流动、硬化规律及弹性规律均可通过能量耗散函数推导得到。这种本构模型的构造方法掘弃了以德鲁克公设为基础的传统塑性理论,自动满足热力学定律,具有较为严密的数学和力学理论基础。将本文提出模型的计算结果与人工制备海相软土的三轴试验结果进行了对比,初步验证了模型的适应性与有效性。     

K_0状态下西安黄土流变特性的研究

对原状西安黄土进行三轴流变试验,系统分析黄土在不同含水率和不同压应力状态下的流变特性。考虑到天然黄土不等向固结历史的影响,试验土样在进行三轴流变试验前均先进行K0固结至原位应力状态。研究表明:对于K0固结黄土,加载初期黄土具有一瞬时变形,当应力值固定时,流变变形后期衰减趋于稳定。在较高的应力作用下,加载初期出现加速流变现象;不同含水率下,流变曲线变形趋势相似,变形幅度与含水率正相关;在不同应力与含水率下,黄土流变均呈现出两阶段变形。基于此,建立了三轴条件下不同含水率的黄土非线性流变本构模型。     

基于统一弹塑性有限差分法的真三轴数值模拟

基于拉格朗日有限差分方法,建立了以强度参数c和φ表示的关于应变硬化模型的统一弹塑性有限差分格式;在VC++中编写动态链接库文件,将有限差分格式表示的统一弹塑性模型导入FLAC3D中进行计算分析。主要内容为运用统一弹塑性有限差分方法,对软土的真三轴试验进行了模拟分析。在FLAC3D中使用统一弹塑性模型针对上海软土的真三轴试验进行了不同围压和不同中间主应力比条件下的应力应变关系的数值模拟,并与实测数据进行了比较分析。通过分析可知,统一强度理论的中间主应力影响系数B为0.5时能够反映真三轴试验的软土强度特性。     

堆石料流变应变的硬化特性试验研究

堆石料流变变形是高土石坝工程长期变形的重要来源之一,过大的长期变形可导致发生坝体裂缝和面板挤压破损等问题。目前常用的流变模型主要是根据单级加载流变试验成果建立的,未考虑多级加载情况下堆石料加载变形和流变变形之间的相互影响。研制了三轴仪油压伺服轴向应力稳压器,实现了应变控制进行应力加载和应力控制进行稳压流变的联合控制模式,据此提出了一种进行多级应力加载和流变的三轴试验方法,可有效避免流变的起算时间问题。采用糯扎渡弱风化花岗岩堆石料,进行了系列的多级加载三轴流变试验。根据试验结果,探讨了多级加载条件下堆石料应力应变曲线的分段特性,发现堆石料流变变形会引起堆石料的塑性硬化,可使得堆石料在后续应力加载的一定范围内处于弹性再加载状态。基于弹塑性理论,探讨了堆石料流变硬化特性的作用机理,表明堆石料流变的硬化特性具有普遍性,是流变的一项固有属性。     

软土中桥梁基础的流变性能试验研究

利用应力式直剪蠕变仪,对取自江苏徐州的软土土样进行流变、桩—软土界面流变试验。得到不同应力状态下软土的流变曲线后归纳比较了流变的过程和特点,分析其中的黏弹塑性关系,建立了四元件黏弹塑性流变模型。     

堆石流变试验及双屈服面流变模型的研究

通过对两类不同岩性的堆石料作室内三轴流变试验,研究了堆石料的流变特性,试验结果表明流变体积应变和广义剪应变随时间均呈双曲线变化。殷宗泽曾以椭圆–抛物双屈服面弹塑性模型为基础,提出了一个综合反映堆石料瞬时变形和流变的双屈服面流变模型的初步框架。结合堆石流变试验规律,将该模型用于模拟试样在不同应力状态下的流变变形的发展,确定了模型参数的计算方法,初步验证该模型的合理性和有效性。该模型能反映复杂加载情况,反映剪胀、剪缩特性和流变特性。     

软土各向异性三屈服面流变模型

为了模拟软土在隧道、基坑开挖等工程中所表现出的三维各向异性和时间相关特性,在前人研究的基础上,结合室内试验成果,创建了软土各向异性三屈服面流变模型,详细介绍了新模型的本构方程、硬化规律和流变特征。同时应用实例对新模型的弹塑性和流变特性进行了验证,其计算值和实测值吻合。     

基坑回弹时间效应的试验研究

软土基坑开挖时,坑底土体的隆起存在明显的时间效应。利用三轴流变试验仪,模拟基坑开挖时坑底土体的应力路径,进行卸载流变试验,并提出一个五元件模型对试验结果进行模拟。模拟结果显示,拟合曲线与试验曲线基本吻合,该模型可作为淤泥质黏土在卸载条件下的流变学模型,对基坑隆起变形的预测有指导意义。     

堆石料加载与流变过程中塑性应变方向研究

确定塑性应变增量方向是建立土体弹塑性本构模型的核心之一,弹塑性理论中通常假定塑性应变增量方向仅与应力状态有关,与应力增量无关。流变试验是一种应力状态恒定的特殊试验,应力增量为零,所有应变均为塑性变形。研究流变过程中塑性应变方向与应力状态的关系及其与加载过程中塑性应变方向的差异,对于建立土体弹塑性本构模型具有重要价值。通过对某抽水蓄能电站筑坝堆石料的大型三轴压缩试验和三轴流变试验,分别研究了加载和流变过程中剪胀比与应力比之间的关系。结果表明,三轴压缩和三轴流变过程中,堆石料的剪胀比均随着应力比的增加而减小,且相同三轴压缩应力状态下,堆石料的流变剪胀比明显大于加载剪胀比,即流变过程中堆石料剪缩性比三轴压缩过程中的剪缩性更为强烈。因此,采用相同的塑性势函数同时确定加载塑性应变方向和流变黏塑性应变方向是不恰当的,建立考虑堆石料流变的弹塑性模型时应该选用不同的应力剪胀方程或塑性势函数。     

天然软粘土屈服性状的试验研究与本构模拟

为研究结构性及各向异性对天然软粘土屈服特性的影响,对上海软粘土进行了一系列相关试验,包括一维固结试验、三轴不排水剪切试验以及三轴排水应力路径剪切试验;同时在单面边界面模型框架内,引入考虑结构性及各向异性影响的内变量,建立本构方程。通过对边界面与传统屈服面模型计算结果的对比,证明了边界面模型在模拟天然软粘土屈服性状上具有一定的优势;通过对天然软粘土各种屈服试验结果的模拟,验证了模型的合理性。结果表明:修正后的边界面模型可以更有效地反映天然软粘土的变形特性。     

基于弹黏塑性本构模型的旋转硬化规律

 为更好地反映原状K0固结软土的变形特性,在已建立的考虑软土初始诱发各向异性的弹黏塑性模型基础上,进一步研究软土的旋转硬化规律。通过分析土体在等向固结过程中的黏塑性体积变化,推导表征黏土各向异性演化速率的旋转硬化参数b的理论表达式,便于实际应用。针对浙江温州原状软黏土进行三轴不排水压缩和拉伸剪切试验,分析K0固结温州软黏土的应变率效应以及旋转硬化规律对其受力变形性状的影响。对比分析试验结果与模型计算结果,验证模型及旋转硬化规律的有效性和适用性。     

基坑回弹时间效应的试验研究

 软土基坑开挖时，坑底土体的隆起存在明显的时间效应。利用三轴流变试验仪，模拟基坑开挖时坑底土体的应力路径，进行卸载流变试验，并提出一个五元件模型对试验结果进行模拟。模拟结果显示，拟合曲线与试验曲线基本吻合，该模型可作为淤泥质黏土在卸载条件下的流变学模型，对基坑隆起变形的预测有指导意义。     

分级加卸载条件下Q3黄土三轴蠕变特性研究

采用分级增量循环加卸载方式,利用SR-6型三联式三轴蠕变仪对陕西省泾阳县某边坡原状黄土进行了三组室内三轴固结排水蠕变试验,着重研究了黄土黏弹塑性的基本规律,以此建立了黏弹塑性九元件蠕变模型。结果表明:该地区原状黄土具有明显的流变特性,总体呈线性衰减蠕变;卸载后,土样产生衰减黏弹性回弹变形,回弹量随着卸荷量的减小,围压的增大,含水率的增大而减小;加卸载应力历史对黄土蠕变变形具有累积效应;该地区原状黄土的回弹变形不明显,黏弹性变形在蠕应变中所占比重较小;所建立的元件蠕变模型可以较好地描述该地区黄土的三轴线性蠕变特性,物理意义明确,且模型参数易得。     

温州煤场软土结构性试验研究

以温州发电厂 2 # 、 3# 煤场工程为背景 ,通过现场静探、十字板试验和室内试验 ,分析煤场软土的工程特性、软基十字板强度及其排水板施工扰动影响 ;从各项试验的结果出发 ,探寻温州软土的结构性在试验中力学性状上的体现 ,指出三轴试验中结构性土样破坏的新规律 ,最后提出确定结构屈服应力、原位压缩曲线的新方法     

宁波软土结构性成因及其对工程特性影响的研究

土结构性对工程特性具有重要影响。通过内、外因对宁波软土结构性的成因进行分析以及单向固结试验和常规三轴固结不排水试验,对比宁波地区典型淤泥质软土原状土与重塑土的试验结果,系统对其结构性引起的压缩特性、孔压特性以及强度特性进行研究,以分析结构性对宁波软土工程特性的影响。最后根据试验成果提出在该地区软土本构模型研究中应注意考虑的问题。     

软黏土循环黏弹塑性本构模型的验证及分析

借助ABAQUS软件的UMAT用户子程序接口实现了简化后的循环黏弹塑性本构模型的二次开发,并对三轴剪切试验和循环三轴试验进行了有限元模拟,模拟结果表明,简化后的循环黏弹塑性本构模型能够正确反映软黏土的剪切性状和循环荷载下的变形特性。