等效时间和岩土材料的弹粘弹性模型

介绍描述岩土材料蠕变的等效时间,参考时间线等概念和如何用这些概念推导出一个简单的维弹粘塑性（１－ＤＥＶＰ）本构模型。还介绍了确定模型参数的方法,殷－Ｇｒａｈａｍ模型及其试验验证,和用土与岩石的试验数据来验证等效时间和蠕变速率与加载历史下无关的结论。     

岩土材料固有各向异性的模拟

给出了岩土材料的一种各向异性模型，并用一个各向异性参数来描述岩土材料的固有各向异性。各向异性参数、单轴抗压强度和单轴抗拉强度是分布函数，其分布可以用微结构张量和加载方向表示。建立了一个既能描述岩土材料的固有各向异性又能反映开裂和屈服2种破坏模式的破坏准则。数值模拟结果表明，该模型能有效地描述岩土材料的固有各向异性。     

等效时间和岩土材料的弹粘塑性模型

 介绍描述岩土材料蠕变的等效时间、参考时间线等概念和如何用这些概念推导出一个简单的一维弹粘塑性(12D EVP) 本构模型。还介绍了确定模型参数的方法、殷2Graham 模型及其试验验证, 和用土与岩石的试验数据来验证等效时间和蠕变速率与加载历史基本上无关的结论。     

考虑压剪耦合特性的岩土材料广义非线性屈服准则

针对岩土材料的压剪耦合特性,将原广义非线性强度理论(GNST)扩展为可合理考虑岩土材料屈服与破坏特性的广义非线性屈服准则。在偏平面上,屈服准则表达式采用SMP准则与广义Mises准则的插值表达式;在子午面上,屈服准则表达式采用可考虑压剪耦合特性的封闭曲线表达式。由于在过渡空间中建立相应的屈服准则表达式,因此与已有的Matsuoka-Nakai准则与Lade-Duncan准则的插值准则(MNLD准则)相比,新准则描述屈服时采用非线性强度曲线,同时能够更合理地考虑静水压力对于偏平面以及子午面上屈服特性的影响,模型参数均具有物理意义,且通过常规试验可以确定。通过不同岩土材料的破坏以及屈服特性的试验预测对比,验证了新准则在描述岩土材料压剪耦合特性方面的合理性。     

考虑压剪耦合特性的岩土材料广义非线性屈服准则

 针对岩土材料的压剪耦合特性,将原广义非线性强度理论(GNST)扩展为可合理考虑岩土材料屈服与破坏特性的广义非线性屈服准则。在偏平面上,屈服准则表达式采用SMP准则与广义Mises准则的插值表达式;在子午面上,屈服准则表达式采用可考虑压剪耦合特性的封闭曲线表达式。由于在过渡空间中建立相应的屈服准则表达式,因此与已有的Matsuoka-Nakai准则与Lade-Duncan准则的插值准则(MNLD准则)相比,新准则描述屈服时采用非线性强度曲线,同时能够更合理地考虑静水压力对于偏平面以及子午面上屈服特性的影响,模型参数均具有物理意义,且通过常规试验可以确定。通过不同岩土材料的破坏以及屈服特性的试验预测对比,验证了新准则在描述岩土材料压剪耦合特性方面的合理性。     

颗粒材料的组构-应力关系与等效应力法

对已有各向异性本构模型的建模思想进行系统地回顾,指出组构方向性的刻画大都归结为组构-应力坐标变换问题。对于各向异性材料而言,沿不同方向的土骨架的有效承载面积不同,总应力需要以各组分实际承载面积为权重进行分配。通过引入变换张量,提出等效应力张量,使之可以综合地描述颗粒材料的各向异性水平、材料内部真实应力的大小以及组构-应力的方向关系。将颗粒材料的宏观各向异性视为细观尺度上各向异性应力作用在各向同性材料上的结果,以等效应力张量描述细观尺度上的各向异性应力,以已有本构模型来刻画等效各向同性材料的力学特性,提出对现有的各向同性破坏准则与本构模型进行"各向异性化"改造的一般性方法——等效应力法。以SMP准则为例进行"各向异性化"改造,通过与已有试验结果对比,验证了这种"各向异性化"改造的合理性和有效性。     

岩石疲劳应力等效化及非线性疲劳变形本构模型

传统的岩石疲劳本构模型对循环加卸载次数敏感性方面存在明显不足,无法准确描述残余变形与疲劳损伤进程的关系.在蠕变与疲劳试验基础上,通过对岩石蠕变和疲劳的时间(循环次数)与变形归一化,分析验证了两者间存在某种"同源性".运用流变理论描述疲劳荷载下岩石变形全过程,基于等寿命Gerber曲线方程与Goodman直线方程,提出了...     

各向异性岩体渗流应力耦合模型

基于流固耦合力学理论,提出在应力主轴与渗透主轴非重合情况下,渗透张量随应力水平的变化规律,建立各向异性岩体的渗流应力耦合模型,通过算例分析,验证了模型的可靠性,所建模型在实际工程问题中具有重要的理论意义和指导价值。     

岩石疲劳应力等效化及非线性疲劳变形本构模型

传统的岩石疲劳本构模型对循环加卸载次数敏感性方面存在明显不足,无法准确描述残余变形与疲劳损伤进程的关系。在蠕变与疲劳试验基础上,通过对岩石蠕变和疲劳的时间(循环次数)与变形归一化,分析验证了两者间存在某种"同源性"。运用流变理论描述疲劳荷载下岩石变形全过程,基于等寿命Gerber曲线方程与Goodman直线方程,提出了通过疲劳寿命与应力关系的方式,定义了一种新的疲劳应力等效方法。用村山黏弹塑性体替换Kelvin黏弹性体,并加入开关函数和岩石完整度参数对Bingham黏塑性体进行改造,建立了一种新的7参数岩石非线性疲劳变形本构模型。该模型能较好地表征疲劳荷载下岩石减速、等速和加速疲劳变形的全过程,其加速疲劳变形段的完整度参数随着循环次数N增加而减小,能够体现疲劳损伤对加卸载次数因素的敏感性。     

考虑各向异性影响的循环弹塑性模型

软黏土在动荷载作用下具有显著的非线性、滞回性和变形累积性等动力特性,因此采用弹塑性模型来描述土的动应力应变关系更为合理。基于混合硬化塑性模量场理论,建立了一个总应力形式的、屈服面连续变化的饱和黏土不排水增量弹塑性动本构模型。模型克服了一般嵌套塑性模型因在模量场中存在共轭点而具有奇异性的不足,不需要记忆应力反向面,也不需要判断当前屈服面是否超过应力反向面进而引入零圆心位置的过渡应力反向面,极大地简化了模型和数值计算。由于现有弹塑性动本构模型通常不能考虑各向异性固结对土体变形和破坏的影响,通过在破坏面方程中引入各向异性偏应力张量来反映各向异性的影响。对试样动三轴试验的结果与文献模型计算结果的对比分析表明:模型能够合理地描述土的主要动力特性及应力诱发各向异性对土体变形和破坏的影响。     

混凝土及岩土材料破坏过程的弹塑性各向异性损伤数值模型及其应用

混凝土及岩土材料的破坏过程，是一个极其复杂和极富挑战的研究课题，是力学、材料和工程等学科的研究热点和难点之一。研究混凝土及岩土材料的破坏过程，对于实现从传统的状态(强度)设计理念向现代的过程设计理念转变。揭示混凝土及岩土材料破坏过程的非线性力学行为本质及其破坏机理，提高岩土工程设计水平，评价地下工程安全性能，合理进行地基、边坡工程维修和加固等，均具有重要的理论意义和工程实用价值。     

桅杆纤绳等效非线性弹簧模型

桅杆结构计算模型的建立要考虑多种因素的影响,纤绳是其中的关键之一。纤绳的弦向变形和弦向张力不成正比,具有几何非线性的特点。文中在纤绳模型解析式的基础上,得到了其非线性弹性刚度,在此基础上,采用由解析式数值拟合的方法,得出了纤绳等效非线性弹簧模型。数值仿真表明,采用文中的方法进行纤绳的计算,可以满足工程应用的要求。     

近场方向性效应等效脉冲地震动模型的频域分析

等效脉冲模型在反应近场地震动对结构的影响上较反应谱方法有明显的优越性,然而由于缺乏对等效脉冲模型本身的深入研究,采用不同等效脉冲模型的研究结果之间往往不具有可比性,模型本身的缺陷也可能导致研究结果出现偏差。本文通过解析方法对常用的三种等效脉冲模型进行分析,明确三种模型之间的定量关系,指出了矩形脉冲模型的缺陷。结果表明,等效脉冲模型速度、加速度傅里叶变换各阶分量振幅的比例关系不随脉冲周期改变。当脉冲周期相等时,不同等效脉冲模型速度、加速度同阶分量之间存在固定的比例关系。正弦脉冲模型与三角脉冲模型速度、加速度各阶分量振幅数值较为接近。矩形等效脉冲能量集中于奇数阶分量,该特性与实际地震动不符。当结构固有频率较低且接近等效脉冲偶数阶分量频率或较高阶分量频率时,矩形等效脉冲激起的结构响应与正弦等效脉冲和三角等效脉冲相比可能有较大差异。当短周期结构固有频率接近等效脉冲较高奇数阶分量周期时,矩形等效脉冲激起的结构响应与正弦等效脉冲和三角等效脉冲可能有较大差异。     

考虑原生各向异性土的统一硬化模型

通过将一种各向异性参数α引用到统一硬化模型中,建立能够考虑土的原生各向异性的统一硬化模型。该模型采用将各向异性土体的应力变换为等效各向同性土体的应力方法,来实现各向异性的同性化,以考虑土的原生各向异性特性。各向异性参数可以由具有原生各向异性土的三轴试验获得。通过对日本丰浦砂试验数据的预测,表明了砂土原生各向异性统一硬化模型可以合理地描述具有原生各向异性砂土的变形特性、强度特性及其剪胀性。     

考虑吸应力非线性非饱和的无粘性土主动土压力模型

挡土墙背后的填土往往是非饱和土。在稳态流条件下,非饱和土含水量铅直分布呈现非线性变化规律。通过对库仑土压力理论基本假设进行补充,采用条分法划分土楔体,在忽略条间力的前提下,利用静力平衡条件,结合抗剪强度公式、基质吸力铅直分布公式等辅助条件,建立考虑吸力非线性分布的无粘性土主动土压力计算模型,并对模型进行检验与计算。结果表明:库仑土压力公式是将整个土楔体视为单一土条推导得到的,是本文所建立模型的一个特例;无粘性土主动土压力随比流量和地下水埋深的增大均呈现先递减后增大的变化趋势。     

岩土材料弹性力学模型与计算方法

 岩土材料内摩擦性质是岩土的基本力学性质之一,无论岩土处于何种受力状态,都应考虑岩土体的内摩擦力。然而,至今只有岩土极限分析与塑性力学中考虑岩土体的内摩擦力,而在弹性理论与能量理论等诸方面均未体现。岩土体无论是处于塑性状态还是弹性状态,都存在着内摩擦力,为此建立岩土材料弹性力学的摩擦体力学单元。基于土体试验提出黏聚力先发挥,摩擦力随变形逐渐发挥,并假设摩擦因数与应变成正比,由此确定摩擦力的计算,最后仿效线弹性力学计算方法,但此时摩擦体的剪切模量G已非常数,从而形成摩擦体的非线性弹性力学计算方法。算例表明,按该方法计算出的弹性地基上的位移和剪应力小于传统方法计算出的位移和应力值,这比较符合实际情况,表明采用摩擦体力学单元对岩土材料是合适的。     

考虑应力方向依赖性的砂土等效统一硬化模型研究EI北大核心CSCD

土的应力方向依赖性是指土的力学特性随应力方向改变而改变的性质,其内在原因是颗粒堆积形成的土体在微观尺度上具有各向异性。为了定量描述各向异性颗粒材料沿不同方向孔隙特征的差异,提出孔隙面积比的概念,即颗粒材料某一截面上孔隙面积与颗粒面积之比,并建立孔隙面积比与组构张量之间的定量关联。在此基础上,将各向异性状态参数定义为当前方向的孔隙面积比与孔隙面积比的平均值(或孔隙比)的差值,以定量描述材料不同方向的状态与平均状态之间的关系。进而采用等效应力法对砂土UH模型进行“改造”,建立砂土的EUH模型。EUH模型仅增加了2个试验参数,便可以很好地反映应力路径、孔压、应力-应变关系的应力方向依赖性,实现了对主空间和物理空间中各应变分量应力方向依赖性的精确预测,进一步验证了等效应力法的科学性,为等效应力法的工程应用奠定了坚实基础。     

考虑温度影响的岩土材料高阶屈服函数

为了探究温度对土体剪胀特性和屈服面的影响,在临界状态土力学的框架下提出一个新的高阶剪胀方程。该高阶剪胀方程引入2个与温度相关的材料参数,对其进行积分可以得到一个新的高阶屈服函数以描述岩土材料屈服面的几何特性,而剑桥模型和修正剑桥模型的屈服函数可以视为其特例;进一步,考虑温度对土体前期固结应力的影响,可以得到一个新的考虑温度影响的屈服函数。将计算结果与试验结果进行对比分析,结果表明,升高温度会导致土体的塑性剪胀因子逐渐减小,同时土体的温度加载也会逐渐收缩。所给出的高阶剪胀方程及考虑温度影响的屈服函数对于不同温度下土体的剪胀特性和屈服面均有着良好的描述效果,为进一步探究温度对土体力学特性的影响规律和建立相应的弹塑性本构模型提供一个新的思路。     

岩土类材料的变换应力空间及其应用

土、岩石和混凝土的强度受平均应力和应力 Lode 角影响,其破坏面在应力空间为不规则的曲面。基于 Lade 准则和在 p,q 坐标下的幂函数破坏条件推导出了变换应力张量,使用该张量,在不增加任何新的参数条件下就可以使普通应力空间不规则的破坏曲面变换为变换应力空间规则的破坏锥面。在变换应力空间内整理试验结果,可以将其归一化在一个统一的框架内,将普通应力空间中复杂的变形和破坏规律变换为变换应力空间单一的、简单的规律,在新的变换应力空间进行应力应变分析,可使问题得到极大的简化。