对“土体耗散势的不存在与不可解耦”讨论的答复

非常感谢蔡国庆博士研究生等对土体耗散势的不存在与不可解耦一文[1](以下简称原文)的关注及讨论,结合讨论稿所提到的几个问题,答复如下:(1)原文中已指出,耗散势涉及两个基本问题:①岩土材料是否存在耗散势函数;②耗散势函数可否分解为塑性势函     

土体损伤复合体理论的几个基本问题

土体损伤理论是描述土体结构性问题的有力武器,土体损伤复合体理论是土体损伤理论的重要分支。通过对岩土损伤复合体理论的基本问题进行深入研究,获得的主要成果有:得出了岩土损伤体的应力应变合成合理模式,不能采用简单的并联假设或串联假设;基于损伤是能量耗散的不可逆过程,提出一个新的损伤变量和损伤演化方程;提出了基于岩土损伤复合体理论的一般本构模型,及其各向同性情况下的表达式。     

基于FLAC3D强度折减法的土溶洞稳定性评价

为评价土溶洞稳定性,采用FLAC^3D强度折减法对广州白云机场一代表性土溶洞进行静力计算,分析土溶洞在结构层荷载和飞机荷载作用下的破坏机制。通过对模型单元弹塑性状态、剪应变增量和位移在不同折减系数下的发展趋势进行研究,提出了基于强度折减法分析土溶洞稳定性的方法,得到了土溶洞稳定性安全系数。结果表明,FLAC^3D强度折减法可有效用于土溶洞的稳定性评价。     

隧道单侧扩建跳槽式开挖方法合理槽宽的确定

随着交通量的日益增加,原有隧道的容量已经不能满足需求,需要在原有的隧道的基础上进行扩建。本文根据隧道扩建的自身特点,建议采用“跳格掏槽,间隔爆破”的扩建方式—跳槽式开挖。从跳槽开挖产生拱效应的机理及力学特性入手,分析了在隧道埋深一定的情况下,通过合理拱轴线模型,得出了隧道扩建跳槽式开挖合理槽宽与预留间隔长度计算公式。结合重庆渝州隧道的扩建工程,确定了该浅埋隧道扩建跳槽开挖的合理掘进长度与预留间隔长度。     

一种新的结构性土损伤模型

从结构性土体的基本性质出发,放弃了将结构性土体视为结构性土和重塑土的复合体的传统思路,而将结构性土看作是重塑土富含有土体结构,损伤直接导致土体结构的丧失,与重塑土部分无关。在此基础上,提出了一种适用于结构性土的新型损伤模型,该模型是修正剑桥模型的推广,当结构性的参数取为0时,该模型退化为修正剑桥模型。结合显式有限差分程序FLAC3D的主要计算思路,使用VC++.NET平台开发了该模型的FLAC3D接口程序,并编译成动态链接库DLL文件。并与结构性黏土不同围压下的三轴排水剪切试验进行对比,表明所建立的模型可以较好的描述结构性土的变形特性。     

土体结构性损伤模型研究

结构性土体具有明显的损伤破损效应,结构性土体可看作是重塑土附含有一定的结构性。在荷载作用下,结构性土体的结构性逐渐消失,即土体的结构性发生损伤,直至结构性土体转化为重塑土。基于此认识,可将结构性土体的损伤变量与经典连续介质损伤力学中关于损伤变量的定义一致,同时也是经典损伤力学的扩展。将损伤而耗散的能量定义为损伤耗散能,并引入到土体的能量平衡方程中。通过对结构体元的能量分析,推导了相应的损伤演化方程,并给出了模型参数的确定方法。最后将试验结果和本文方法的结果进行对比,结果表明本文方法能较好反映土体损伤演化规律。     

围岩稳定性粗糙集专家系统设计

以粗糙集理论为基础,设计了专家系统的知识获取和知识过滤模块,构建了围岩稳定性评价专家系统.运用粗糙集理论的数据挖掘技术,对数据进行分析,从实测的数据中删去大量对决策无效的冗余数据,实现了对知识库的精简,形成了决策规则.解决了专家系统开发过程中的知识获取、知识处理和知识运用的核心难题.将基于粗糙集理论的专家系统应用于围岩稳定性评价,为围岩稳定性评价提供了一种新方法.     

岩土损伤复合体理论的应力应变合成模式研究

近年来岩土损伤本构模型取得了长足的进步,但岩土材料损伤的复合体理论的一个基本问题——复合体的两个组分的应力、应变合成模式上存在争议。从损伤力学的基础——连续介质力学的基本概念出发,对岩土损伤复合体理论应力-应变合成的合理模式进行了深入研究。得出了一般损伤情况下的岩土损伤复合体理论的应力-应变合成公式,给出了各向同性损伤情况下的简化公式,认为对于岩土损伤复合体理论不能简单的采用并联、串联假设。     

基于能量方法的结构性土体损伤演化规律研究

结构性土体的力学特性具有明显的损伤破损效应。根据岩土材料复合体损伤理论,结构性土体可看作是由结构相和损伤相各占一定比例的复合材料。结构性土体的损伤过程本质上是土体中结构相的变形能向相变损伤耗散能转化,相变损伤耗散能促使结构相退变为损伤相的损伤发展过程。从任意方向截面上看,结构相表面损伤后即变为损伤相的表面。基于此认识,把结构性土体的损伤变量与结构相、损伤相所占的截面面积联系起来,从而与经典连续介质损伤力学中关于损伤变量的定义一致。将土体结构的损伤引起的外力多做的那部分功定义为相变损伤耗散能,并将此引入到土体的能量平衡方程中。通过对结构性土代表体元的能量分析,推导了基于结构损伤耗能条件下的损伤演化方程,给出了模型参数的确定方法。最后将试验结果和本文方法的结果进行对比,表明本文方法能较好反映土体损伤演化规律。     

土体耗散势的不存在与不可解耦

从热力学出发,发现了基于不可逆热力学土体损伤理论所存在的两大基本问题：①岩土材料是否存在耗散势函数;②耗散势函数可否分解为塑性势函数和损伤势函数,即塑性、损伤两种耗散机制可否解耦。分别给出了全量型和增量型两种耗散势函数存在的充分必要条件并加以严格证明,结合土体的基本变形性质,证明了土体不存在耗散势函数。进一步考察耗散势函数的解耦性,给出了全量型和增量型这两种耗散势函数塑性耗散与损伤耗散可解耦的充分必要条件并进行了严格论证,结合土体的基本变形性质,证明了土体塑性耗散和损伤耗散机制不可解耦。从而证明了塑性耗散势与损伤耗散势都是不存在的。