剪胀型土的试验大数据深度挖掘与本构关系研究

由于受到传统本构理论的约束以及未对土体基本力学特性的共同变化规律进行深入研究,使得当前建立的大多数本构模型并不能良好的反映土体实际变形机制。搭建了基于Hadoop+Spark的大数据处理平台,结合泛函网络和AIC评判准则,提出了一种能用于剪胀型土试验大数据深度挖掘研究的分布式自适应自回归算法。利用该算法,基于各塑性系数的大数据特征关系,再结合其显著性和次要影响因素的综合作用,在广义塑性力学的理论基础上建立了剪胀型土的本构模型。通过模型的验证试验,结果表明本文模型的预测效果要优于修正剑桥模型和考虑剪胀性的类剑桥模型,并且对不同应力路径下的剪胀型土的本构特性具有更强的适应性。将大数据技术和广义塑性力学应用于土的本构关系研究,有效突破了传统本构理论的束缚,具有更为广泛的理论意义,同时也为土的本构关系研究提供了新的思路。     

超固结非饱和土的本构关系

Alonso等提出的巴塞罗那(Barcelona)弹塑性本构模型是非饱和土本构模型中的代表,将巴塞罗那本构模型与姚仰平等所提出的超固结土UH本构模型相结合,使之适用于超固结非饱和土。该模型在吸力等于零的时候就退化成饱和土的UH本构模型;在吸力不为零且无超固结的情况下,就退化成巴塞罗那本构模型;该模型不仅使超固结状态下的湿化模拟更为合理,而且也能够反映超固结非饱和土的硬化、软化、剪缩、剪胀特性和不同应力路径对超固结非饱和土变形特性的影响,同时能够反映湿化使超固结程度降低甚至使超固结消失的特性。与巴塞罗那模型相比,本文所提出的模型没有增加任何新的材料参数,且与已有的试验结果对比分析,表明该模型能够较为合理地描述超固结非饱和土的基本力学特性。     

土的基本特性及本构关系与强度理论

土的基本特性及本构关系与强度理论是土力学及岩土工程学科的重要理论基础之一。本 文针对饱和黏土、砂土及堆石料等粗粒土,总结了这三类土在基本力学特性及本构强度理论方 面的研究现状和发展趋势。饱和黏土部分主要包括压缩特性、剪切特性—临界状态及剪胀/剪缩 、结构性及其破坏、中主应力影响、各向异性及主应力偏转效应、不排水抗剪强度、流变特性 、微观力学解析模型等;砂土部分包括临界状态概念与剪胀性、砂土各向异性、应变局部化等 ;堆石料等粗粒土部分则以颗粒破碎对堆石料等粗粒土的力学性质的影响为主线,重点介绍了 颗粒破碎的度量方法、颗粒破碎对剪胀性、临界状态线的影响以及相应的本构模型、宏观-微观 的力学分析方法。     

基于状态参数的筑坝粗粒土本构模型

粗粒土的应力应变关系与其密实度有着密切的关系。当前常用的粗粒土本构模型无法考虑密实度对其力学行为的影响,在粗粒土三轴试验基础上建议了一个基于状态参数的粗粒土双屈服面模型,推导了其应力应变表达式。该模型能够反映不同初始孔隙比条件下粗粒土的峰值强度、剪胀性、应变硬化或软化规律。通过与多组粗粒土三轴试验结果比较,验证了模型的适应性。     

基于耦合应力建立土本构模型的方法

土的平均应力与广义剪应力在引起塑性应变时会相互交叉影响,为此从反映该交叉影响的剪胀试验规律出发,构造了一个能综合考虑平均应力与广义剪应力交叉作用的耦合应力。在对已有的黏土应力应变试验规律分析的基础上,引用微积分学中曲线积分路径无关的充分必要条件,推导确立了黏土塑性体积应变与耦合应力的一维化本构关系。将该推导方法应用于砂土,又建立了砂土的类似一维化弹塑性本构关系。通过耦合应力的建立以及耦合应力与塑性体积应变一维化本构关系的推导,从全新的视角介绍了一种理解和建立土本构模型的方法。     

砂土的剪胀理论及其本构模型的发展

经典的应力剪胀理论被广泛应用于土体弹塑性本构模型的建立,较好地模拟了黏性土的变形特性。最新的研究表明:由于应力剪胀理论中忽略了土体内部状态参量对剪胀的影响,而使得该理论应用于砂土时发生了困难。近来一些学者纷纷将土的密度作为变量引入剪胀方程,提出了状态相关剪胀理论,成功地模拟了砂土的各种变形特性。本文就砂土的状态及其描述、剪胀理论的发展、砂土本构模拟等方面进行介绍。     

考虑剪应力对体应变和静水压力对剪应变相互作用的土的神经网络模型

土的本构关系模型的研究是土力学研究中的一个关键问题。但由于土的性质受多方面因素的影响 ,如何找到一个既能准确描述土的本构关系又具有工程实用价值的模型一直是学者们探讨的课题。基于此 ,本文利用人工神经网络的方法建立了一个土的非线性本构关系模型 ,该模型考虑了剪应力对体应变和静水压力对剪应变的相互耦合作用 ,并成功的避免了传统本构模型的经验假设和简化 ,同时充分利用了实验的全部数据 ,提高了模型的精确度。模型亦具有很大的容错性。     

粗粒土BP神经网络本构模型研究

为了描述具有应力应变关系非线性和剪胀性的粗粒土本构特性,利用改进的BP神经网络算法,通过优选网络结构和对粗粒土的大型三轴固结排水剪试验数据样本学习,建立了一个以平均主应力p和广义剪应力q作为网络输入向量、以体应变εv和剪应变εs作为网络输出向量的粗粒土BP神经网络本构模型。利用此模型对粗粒土的应力应变关系进行了预测,整体预测结果的最大误差均在10%内。预测表明本神经网络模型具有良好的预测精度和适用性。     

地基剪切波速与抗剪强度的关系研究

地基土特性与其剪切波速密切相关。根据软粘土的非线性本构模型、莫尔-库仑强度准则及土动力学原理,建立了软粘土地基的抗剪强度与剪切波速的关系式。工程实例表明,该公式能有效地估算地基的抗剪强度,满足工程实际应用的要求。     

混凝土和土的本构研究的现状综述

从新兴交义学科的研究成果对混凝土本构关系发展的影响和在特定环境下混凝土本构关系的新成果两个角度评析了混凝土本构关系研究的发展，指出为了适应混凝土的复杂加载和破坏的特点，将多种模式组合，将会得到进一步加强。及综合分析了土的本构模型的研究现状，讨论了经典模型的建立依据和适用条件，并对土的本构模型研究发展趋势进行了评述与展望，以使土的本构模型研究进入更高的层次。     

用于本构模型的新的神经网络

In this paper, a new neural network is developed to connect FE analysis with the feed-forward neural network.With this new neural network, the constitutive model of material may be determined from the information of nodal‘s force and displacement. In this methodology, the stage which takes long time to obtain stress and strain by FE analysis is prevented.     

人工神经网络技术在混凝土本构模型中的应用

利用反向传播前馈神经网络 (BP网络 )的模拟能力来代替传统的方法 ,建立了在三轴单调比例加载情况下混凝土的全量型和增量型神经网络本构模型。通过对比模拟结果 ,对这些模型的差别进行了分析。从模型预测值和试验值逼近程度可以看出 ,训练后的模型具有很高的学习精度和良好的泛化能力 ,可以保证在结构工程问题中的应用     

边坡稳定性分析中工程岩体抗剪强度参数选取的神经网络方法

影响工程岩体抗剪强度参数的因素很复杂，具有不稳定性。由于神经网络方法不仅能考虑定量因素，而且能考虑定性因素的影响，因而神经网络适用于解决非确定性的工程岩体抗剪强度参数的选取问题。建立了选取工程岩体抗剪强度参数的人工神经网络模型，并利用大量工程资料对网络进行训练和测试，得出了一些有意义的结论。     

饱和砂土弹塑性动力本构模型研究

利用土体的塑性流动理论,提出了基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型,用于描述饱和砂土的动力反应性质。土体总的变形由3个部分组成:弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变。土体在初始加载与卸载和重新加载阶段性质的差别通过采用不同的模型参数加以反映。通过将应用该模型模拟计算的结果与试验结果进行对比,表明该模型能够较为准确地描述饱和砂土在循环加载条件下的反应性质,具有较少的模型参数,这些参数都可以通过常规的三轴压缩试验和静水压力试验进行确定。同时,该模型的形式比较简单,可用于数值计算中。     

多重应力路径下粘土本构关系的神经网络模型

基于反问题中的模型参数辩识理论，通过人工神经网络，建立了考虑应力路径影响的粘土的神经网络本构模型。这种本构关系的建模方法优越于传统的建模方法，它不仅可以充分利用实验数据所包含的全部信息，而且还可以定量地反映出应力路径对粘土本构关系的影响。这对岩土工程的计算机模拟和仿真有着重要意义。     

考虑应力路径的砂土的神经网络本构关系模型

基于反问题中的模型参数辨识理论，通过人工神经网络，建立不同应力路径下的砂土神经网络本构关系模型，这种本构关系的建模方法有利于传统的建模方法，它不仅可以充分利用试验数据所包含的信息，还可以反映出不同的应力路径对本构关系的影响，这对实际工程的数值模拟与仿真有着重要的意义。     

考虑应力主轴循环旋转效应的砂土弹塑性本构模型

 已有试验研究表明,应力主轴循环旋转条件下砂土具有以下基本变形规律：(1) 体应变随循环周数的增加而增加,但增加速率随其自身累积值的增加呈递减趋势;(2) 剪应力–剪应变关系曲线存在明显的滞回圈,随循环周数的增加,滞回圈由未封闭型转化为封闭型;(3) 应力主轴旋转条件下砂土的非共轴流动具有分段特征;(4) 中主应力系数对应力主轴循环旋转条件下砂土的变形有重要影响,体应变的累积速率随中主应力系数的增加而增加。基于对上述应力主轴循环旋转条件下砂土的基本变形规律的认识,采用将主应力幅值变化以及应力主轴旋转产生的塑性变形单独加以考虑的办法,建立一个可合理考虑应力主轴循环旋转效应的砂土弹塑性本构模型,并对该模型在包含应力主轴旋转的多种复杂循环应力路径下的有效性进行验证。数值模拟结果与试验结果的对比表明：该模型可较好地考虑应力主轴循环旋转效应,对不同条件下各应变分量及体应变的发展历程能够进行较为合理的模拟,初步验证了该模型良好的适用性及有效性。     

黄土剪切蠕变特性试验研究

 通过对陕西杨凌地区Q3黄土的直接剪切蠕变试验,研究原状、重塑和饱和黄土的蠕变特性。结果表明：原状、重塑和饱和黄土均具有蠕变特性;相同试验条件下,饱和黄土的蠕变速率最快,蠕变变形量最大,重塑黄土次之,原状黄土蠕变现象较不明显。根据蠕变曲线形态特征,建议一种对数型蠕变模型;选用分数线性蠕变模型模拟杨凌地区Q3黄土的剪切蠕变特性,经验证,该模型能很好地描述杨凌地区Q3黄土的剪切蠕变特性。另外,基于试验数据,拟合出剪切模量和法向应力、时间的关系,为确定剪切模量提供一条新途径。     

饱和砂土循环动应力应变特性的弹塑性模拟研究

本文以各向异性运动硬化模量场理论为基础，针对饱和砂土在周期荷载作用下的主要特性，探讨了描述这些特性的本构模型；用福建砂的振动扭剪试验确定模型参数，并对模型进行了验证。此外，还就基岩在地震作用下实际水平自由场地的动力稳定性进行了计算，结果表明，本文模型可用于实际工程。