胶结碎石充填体的本构关系

本文进行了两组胶结碎石充填体的应力应变全过程试验,讨论了它的本构关系,导出了相应的本构方程形式,并借助拟合分析用试验结果对本构方程进行了验证。     

岩石分数阶蠕变损伤本构模型研究

红层边坡蠕滑现象显著,岩石具有较强的蠕变特性。为了反映岩石蠕变全过程,基于岩石蠕变的阶段特征,通过弹性体、基于分数阶微积分的软体元件和黏塑性体来分别描述岩石蠕变的弹性应变、黏弹性应变和黏塑性应变。将损伤变量加入弹性体,引入SN元件改进分数阶软体元件,综合改进后的考虑时效损伤的弹性体和基于分数阶微积分的非定常黏滞体和黏塑性体,构建新的三元件蠕变损伤本构模型。采用RLW-2000三轴流变试验系统开展红层泥岩三轴压缩蠕变试验,再引用相关文献中盐岩和红砂岩典型蠕变数据,通过三种岩石蠕变曲线对该模型进行验证,证明所建模型的合理性和适用性。     

基于分数阶导数的岩石蠕变本构模型研究

针对组合元件模型无法描述岩石非线性蠕变加速阶段的劣势问题,将基于分数阶理论的软体元件和弹簧元件与一个由摩擦件及牛顿黏壶并联组成的非线性黏塑性组合体串联,组成一个能较好描述岩石蠕变全过程基于分数阶导数的四元件蠕变模型.分析岩石蠕变3个过程特点,推导出四元件模型的表达式.结合锦屏水电站绿片岩、万州红层砂岩和长山盐岩的蠕变试验数据,对该分数阶模型进行拟合,发现调整分数阶模型中的分数阶数可以更好模拟岩石等速蠕变阶段的非线性渐变过程,同时该分数阶模型也能体现加速蠕变阶段岩石应变随时间发展呈现指数函数增长的特点.通过对比,认为该分数阶模型能很好模拟岩石蠕变的全过程,且模型组合简单、参数少,具有良好的实际应用价值.     

堆石料的三维应力分数阶本构模型

为合理反映粗粒土的状态依赖非关联应力-应变特性,提出应力分数阶塑性力学模型。已有模型基于三轴试验结果,无法对堆石料真三轴条件下的应力-应变特性进行预测,为解决这一问题,基于特征应力法对已有分数阶塑性力学模型进行完善。进一步选取不同初始状态条件下堆石料的真三轴压缩试验数据对模型进行验证,结果表明,三维化后的分数阶岩土塑性力学模型可以合理地模拟不同初始状态的堆石料在真三轴压缩条件下的应力-应变行为。与传统塑性力学模型相比,提出的分数阶塑性模型在描述堆石料非关联流动时不需要额外引入塑性势函数,仅需对已有屈服面求解分数阶导数。此外,模型在特征应力空间中推导完成再映射到原应力空间,可描述土体的三维强度特性,无需额外采用三维强度准则。     

粉砂质泥岩蠕变特性与非线性黏弹塑性本构模型

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题,采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机,利用粉砂质泥岩相似材料试样,开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型,以7 MPa围压下蠕变试验结果为例,对所提出的蠕变本构模型进行合理性和可行性验证。结果表明：试样的稳态蠕变速率与偏应力大小有关,随着偏应力的增加,试样稳态蠕变速率与偏应力之间符合指数函数关系;在加速蠕变阶段的蠕变速率相对低偏应力水平下减速蠕变和稳态蠕变速率明显要增大很多,且非常短时间内就发生了蠕变破坏;提出一种描述粉砂质泥岩全蠕变过程的非线性黏弹塑性本构模型,该模型能描述粉砂质泥岩蠕变-破坏全过程的蠕变变形规律,反映了粉砂质泥岩在不同偏应力水平作用下的蠕变特性,克服了经典模型中无法准确描述加速蠕变过程的难题。     

冻结重塑黏土分数阶蠕变本构模型分析

人工冻土的蠕变特性受温度场、水分场、应力场的相互影响,而传统的岩土本构模型未能考虑温度、含水率等因素。为了表达冻土介于理想固体和理想流体之间的某种“勾兑效应”,基于岩土的经验模型,将分数阶导数理论引入其中,建立受水、热、力三场耦合影响的人工冻土分数阶蠕变模型。将西安某煤矿黏土重塑并进行不同温度、含水率的单轴抗压和单轴蠕变试验,得到温度和含水率对冻结重塑黏土强度特性和蠕变特性的影响规律。分析冻结重塑黏土在不同负温、含水率及两种应力等级下的蠕变曲线,得到lg t-lg ε曲线的线性关系,进而得出冻结重塑黏土分数阶蠕变模型相关参数与温度、含水率的函数关系。对比分数阶冻土蠕变模型试验值与计算值,发现该模型能够很好地反映冻土在不同应力等级下其蠕变随温度和含水率的变化规律,对指导寒区冻土工程设计与施工具有重要意义。     

一种非定常参数的岩石蠕变本构模型

在前人的研究基础上提出了一种新的非定常参数的岩石蠕变模型,该模型由一个牛顿体和一个类似于开关的SO元件并联后与一个广义Kelvin体串联,通过SO元件的作用,新模型可以在Burgers模型与广义Kelvin模型之间切换,并将Burgers模型中牛顿体的粘滞系数η1看成与时间有关的非定常参数,使得模型不仅可以反映稳态蠕变过程也可以反映加速蠕变过程.     

不同状态灰砂岩应力松弛特性试验及本构模型研究

岩石的应力松弛现象涉及到各类岩体工程的长期稳定性,且工程中水的影响不容忽视.开展干燥与饱和两种状态下灰砂岩单级应力松弛试验与循环应力松弛试验,对比分析了两种状态试样的松弛行为差异,并采用四单元广义Maxwell应力松弛本构模型对试验结果进行数值模拟验证.结果表明:(1)两种状态下的灰砂岩都表现为非完全衰减的应力松弛形式...     

复杂应力路径下土的本构模型研究

本文结合粉土着重研究复杂应力路径下，土的应力～应变～体变特性。提出考虑土的应变软化、剪胀（剪缩）性和应力路径影响的非线性弹性模型。通过试验成果验证，分析模型的适用性。     

钛合金室温受压蠕变损伤本构模型

为了解决工程上在评估深潜器耐压壳体安全可靠性时不考虑拉压蠕变破坏机理产生的差异,会导致较大计算误差问题,本文提出了适用于室温蠕变的蠕变损伤本构模型。通过分析钛合金材料蠕变特性,考虑了室温环境下位错堆积造成的蠕变阻力,并且位错堆积的现象与时间有关。基于微分自洽法提出了适用于室温环境下的钛合金蠕变本构模型,得到受压情况下TC4ELI的相关材料参数,并将该模型用USDFLD和CREEP子程序进行定义。研究表明：对于受压结构而言,使用通过拉伸蠕变实验得到的本构模型的计算结果会过于保守,对于含V型缺口平板受压时等效蠕变应变的相对误差为168.20%。本文所提出的模型适用于环肋耐压壳结构的蠕变损伤分析。     

基于TTS本构模型真三轴条件下的热蠕变研究

真三轴条件下单调和循环温度荷载显著影响土体轴向、径向变形和侧压力系数,对能源地下结构抗裂、沉降控制及承载力设计提出了挑战．基于清华热力学岩土（Tsinghua thermodynamical soil,TTS）本构模型及Matlab点源求解程序,开展一维压缩和平面应变状态下饱和黏土和粉土的排水热蠕变模拟．分析一维侧限条件下超固结比（over consolidated ratio,OCR）和温度循环对热蠕变的影响;预测OCR及温度循环次数对侧压力系数的影响;模拟真三轴应力条件下各个主应力方向的热蠕变．TTS本构模型模拟的Bonny粉土真三轴排水条件下热蠕变方向和大小与试验结果符合,预测的相同试验条件下Bangkok软黏土温度蠕变幅值更大.结果表明,TTS本构模型可以合理描述真三轴条件下各主应力方向收缩或膨胀的热蠕变及温度剪应变．研究可为能源桩侧摩阻承载力设计提供参考．     

砂土的应力路径损伤本构模型

在工程荷栽范围内,不计砂土骨架颗粒的变形,骨架的变形实际是颗粒接触面变形的总和.骨架的变形主要受土颗粒之间的联结方式控制,论文将土颗粒之间的联结方式分为完善联结和滑动联结.在弹性变形阶段,颗粒之间的联结为完善联结,随剪应力的增大,骨架中一部分完善联结逐渐变成滑动联结,这种转变即为损伤的演化.骨架的损伤和破坏遵循Mohr-Coulomb准则,在p-q平面中以应力点到初始损伤线和破坏线的相对距离表示损伤比,论文给出了一种描述骨架损伤和计算损伤演化的方法,进而提出了一种描述砂土变形行为的损伤本构模型.模型中的参数可根据常规三轴剪切和等应力比固结两种应力路径试验确定,模型的形式简单,可适用于复杂的应力路径情况.对试验结果的拟合表明该模型能较好地反映砂土的主要变形特征--非线性、弹塑性和剪胀性.     

高应力水平下深部黏土临界土力学模型研究

基于近来发展的临界土力学模型CASM,提出了考虑强度参数C影响的模型CASM-hc.以ABAQUS为二次开发平台,编制了模型CASM-hc的用户子程序,并计算模拟了中常压以及高压作用下的三轴不排水剪切试验.结果表明,模型CASM-hc能较好反映中常压和高压作用下饱和黏土临界强度特征,高压作用下不计C影响的计算临界剪切应力比可大于相应试验值0.66倍;若高压作用下饱和黏土的C值减小,则计算峰值偏应力和孔隙水压力均相应减小,且其减小幅值是C减小幅值的1.44倍.     

受剪应力影响的CFRP-钢界面蠕变本构模型

为研究碳纤维增强复合材料(CFRP)-钢界面胶粘剂的蠕变特性,开展不同拉伸荷载作用下CFRP-钢双剪试件的长期加载试验,分析CFRP应变分布规律及其随加载时间变化特点.基于Burgers模型特性及胶层剪应变随时间变化规律给出了模型中各参数的求解方法.根据试验数据拟合得到了Burgers模型和Findley幂律方程中各参...     

铝合金7050高温流变应力特征及本构方程

在高温分离式Hopkinson压杆装置进行高温冲击压缩试验，研究航空铝合金7050—77451在温度范围200—550℃及应变率范围1400—2800s’内压缩变形时的流变应力变化和特征。结果表明，流变应力随着温度的升高而降低，随应变率的升高而增大。温度对流动应力的影响较应变率对流动应力的影响更为显著。用修正的Johnson—Cook模型建立7050-T7451铝合金的本构方程，描述了该合金材料高温下流变应力、应变与应变率之间的关系。     

中碳钢热拉伸流变应力本构模型

为了进一步研究温度和应变速率对固体金属材料的粘性性质及其流变力学特性的影响,在建立20号钢的高温流变应力模型的基础上又对35号、45号碳素钢在温度为450～550℃和等应变速率（0．05～0．2／s）范围内进行了一系列恒温恒应变速率实验,并比较分析了Perzyna模型和Johnson—Cook模型的优缺点,在此基础上提出了一种修正模型,建立了35号钢和45号钢的高温流变应力本构关系,并将模型计算结果与实验结果进行了比较,证实了该模型能更好地描述中碳钢的温度效应和应变率效应．     

铝硅合金流变模型及应力－应变本构关系的研究

通过Ａｌ－Ｓｉ合金准固态流变性能的测试，建立了该合金准固态流变模型，并推导了轴对称铝硅合金铸件凝固过程应力－应变本构方程，为开展铸件凝固过程热应力数值模拟和热裂预测提供了可靠的理论依据。     

20钢动态力学性能及本构模型的建立

为研究20钢大应变高速冷滚打成形的流动规律,进行20钢常温准静态压缩实验和应变率为2 000~4 000 s-1、温度为100~400℃时的动态压缩实验,分析动态力学性能和应变率及温度对流动应力的影响,建立20钢JC模型。并依据实验数据进行JC模型的修正。运用标准的统计参数方法,进行修正JC模型、标准JC模型及实验结果的对比分析。结果表明,修正的JC模型更能准确地描述20钢流动应力与应变,应变率和温度的关系。     

多孔弱胶结岩石破裂的围压影响机制及压密-损伤本构模型

通过开展粉砂岩单轴、三轴压缩试验,研究不同围压下岩石的力学性质及声发射活动规律,揭示了围压对多孔弱胶结岩石破裂的影响机制;根据声发射能量计数建立损伤变量,并提出了表征岩石损伤分布程度的损伤度;采用粉砂岩空隙体积应变建立岩石的空隙压密度,验证岩石空隙压密-损伤破裂本构模型并进行了参数分析.研究表明：1)施加围压阶段产生的体积压缩量最高,占据岩石最大体积压缩量的65%;泊松比随围压增大而减小,与致密硬岩恰好相反.2)围压限制了岩石的微裂纹扩展,粉砂岩单轴压缩时的声发射振铃计数率最大值为三轴压缩的十几倍;围压越大,声发射空间分形维数越小,微裂纹分布越集中.3)多孔弱胶结岩石的破坏是岩石内部短时间内产生大量小尺度剪切微破裂并迅速汇集—兼并形成大尺度宏观裂纹的过程;低围压可以有效地抑制小尺度微裂纹的扩展,而高围压对大尺度微裂纹的约束效果更明显.4)空隙压密-损伤破裂本构模型的理论参数物理意义清晰,能够准确反映围压对粉砂岩压密及破坏的影响机制,对于描述三轴压缩下多孔弱胶结岩石变形破坏规律具有较好的适用性.     

Hardfill筑坝材料应力—应变特性与本构模型研究

胶凝砂砾石（Hardfill）材料是用少量胶凝材料将砂砾料固结得到的一种低强度筑坝新材料。通过对材料试验资料的分析,获得Hardfill材料应力—应变关系的特点为：表现出较典型的弹塑性材料应力—应变特征;在低应力水平表现为线弹性性质,当应力达到峰值强度的60%～80%后逐步进入弹塑性阶段,直至达到峰值强度;其后,应力随...