砂土各向异性和不排水剪切特性研究

在不同应力路径下,进行三轴和扭剪不排水剪切试验,揭示砂土力学行为与应力路径和各向异性的关系,并对砂土的细观结构和各向异性进行量化.研究结果表明,砂土的力学特性受材料各向异性和应力各向异性耦合影响.砂土各向异性的量化研究和力学试验结果为后续本构模型发展提供了依据.     

砂土内在各向异性的本构模拟

基于砂土的应力-应变-强度关系受土骨架结构朝向和主应力方向间相对关系影响,相同状态砂土在三轴压缩条件下剪切膨胀,在三轴拉伸条件下剪切收缩的研究.介绍一个模拟砂土内在各向异性的本构模型.模型采用描述材料内在各向异性的二阶对称组构张量和各向异性状态变量(组构张量和应力张量的联合不变量)描述土的各向异性.在e-p平面,临界状态线不固定,而与各向异性状态变量相关.塑性模量也与各向异性状态变量相关.模型能在很大应力和密度变化范围内模拟砂土的剪缩和剪胀行为,特别是主应力方向和土骨架结构朝向间夹角对砂土性质的影响.模拟结果与实验数据吻合.     

各向异性砂土剪切带角度的理论分析

针对平面应变条件下各向异性砂土剪切带角度的试验规律,采用传统的3种理论和分叉理论进行对比分析。将平面应变条件下剪切带角度的试验结果按照传统3种理论整理发现,尽管传统3种理论可以估算同种砂剪切带角度的极小、中间和极大值,但无法解释其各向异性规律。砂土在平面应变条件下破坏时会产生明显的剪切带,当剪切带方向和砂土沉积面方向接近时,会较早诱发剪切带的产生,使材料强度降低,造成了平面应变条件下各向异性强度规律明显不同于常规三轴条件下的试验规律,采用分叉理论结合各向异性模型则可以有效解释这个规律。随砂土沉积面角度的变化,模型可以从细观角度解释常规三轴条件下剪切带角度的单调变化的试验规律,结合分叉理论可以描述平面应变条件下其先减小然后增大的规律。通过几种理论对比分析表明,模型结合分叉理论不但能够描述多种应力状态下的平面应变和常规三轴应力条件下剪切带角度表现的不同规律,而且能够从细观角度解释其各向异性成因。     

砂土各向异性对挡土墙抗震性能影响数值分析

指出相同砂土在不排水三轴拉伸条件下测得的临界状态强度远低于在三轴压缩条件下的强度,这归因于土的各向异性.挡土墙在地震作用下变形与破坏的程度与填土的临界状态强度密切相关.正确估计土的强度对于评价挡土墙的抗震性能具有重要意义.对于受被动土压力作用的挡土墙,如果不考虑土的各向异性,可能会过高估计土的临界状态强度,即土液化后能够提供的被动土压力的大小,从而过高估计挡土墙的安全储备.对挡土墙抗震性能进行完全耦合有效应力分析,计算结果表明:对于受被动土压力作用的挡土墙,砂土内在各向异性对其抗震性能影响显著;对于受主动土压力作用的挡土墙影响轻微.     

一种与材料状态相关的砂土剪胀性理论模型

结合密砂和中密砂的相变点的概念,提出了以相变状态为参考状态的状态参量表达式,并将此状态参数引入剪胀比的计算公式.在修正剑桥模型的基础上,提出了新的塑性势函数和硬化参数表达式以消除应力路径的影响.在增量塑性理论的基础上,建立了一种适合于密砂和中密砂的与材料状态相关的剪胀性理论模型.     

基于ABAQUS二次开发状态相关砂土本构模型的研究

剪胀性是砂土最重要的特性之一,其变形主要取决砂土的当前状态,而基于状态相关砂土本构模型能较好反映砂土剪胀性。ABAQUS作为有限元计算平台,具有强大的非线性计算和前后处理功能,标准ABAQUS程序仅包含一些通用土体本构模型,缺少状态相关砂土本构模型,因而有必要针对土木工程具体问题进行二次开发。利用二次开发工具和UMAT数据接口程序,采用隐式积分算法将基于状态相关砂土本构模型嵌入到标准ABAQUS程序中,并将有限元数值计算结果与实验数据及理论计算值比较,进行单元敏感性分析。计算结果表明子程序运行稳定可靠,不仅充分利用ABAQUS方便、快捷的前后处理和强大的非线性求解平台,还可以完成更复杂,且切合实际土体应力应变关系的有限元数值计算,拓展ABAQUS在土木工程领域应用能力。     

沥青老化临界状态与极限状态的确定

在室内对盘锦ＡＨ－９０沥青进行不同时间的老化试验,测试不同时间老化沥青及其混合料性能指标的变化,针入度（２５℃）变化范围在１３～７８（０．１ｍｍ）,通过分析各项指标变化规律,建立了老化指数与老化时间之间的关系,提出了以老化指数及残留针入度比为主的沥青老化分级概念,将沥青老化分为５个等级,在此基础上,确定了沥青老化的临界状态和极限状态。     

K_0结构性黄土的临界状态模型

在修正剑桥模型的理论基础上,引入参数描述土的结构性,建立K0结构性黄土的临界状态模型,使模型能够预测K0结构性黄土的结构性及其他基本特性.该具有明确物理意义的结构性参数通过分析K0结构性黄土相关的各种试验结果而获得,且作为一个状态参数,其与土初始结构性及应力水平相关,不需另行测得.对模型计算值与试验结果比较,提出的模型能够较好地描述K0结构性黄土的应力应变特性,表明了该模型的合理性.     

各向异性功能梯度材料弯曲断裂模型探讨

探讨各向异性功能梯度材料裂纹板受纯弯、纯扭、弯扭载荷作用下的弯曲断裂问题．根据弹性力学的基本方程以及断裂力学的有关理论及微积分方法,将材料常数（刚度系数）设为空间变量的任意函数,建立了各向异性功能梯度材料板弯曲断裂模型,即三类偏微分方程边值问题．再将材料常数依次设为空间变量的指数函数和幂函数,建立了相应的弯曲断裂模型,即一系列相关的偏微分方程的边值问题．这些模型是研究有关各向异性功能梯度材料板弯曲断裂问题的一个出发点和理论基础．     

钢铁材料各向异性的开发研究

分析讨论了钢铁材料各向异性开发利用的意义、现状和前景．     

A critical state subloading surface model of sands with shear hardening

Based on the framework of critical state soil mechanics,a subloading surface plastic model for sand, being applicable to cyclic loading, was proposed. The model can be used to describe strain softening behaviour of sand under monotonic loading when the similarity-ratio equals to unity. The characteristics of the model are as follows: 1) A reverse bullet-shaped yield surface is adopted to ensure accurate prediction of the behavior of sand, instead of bullet-shaped or elliptical yield surface in Cam-Clay mode...     

A constitutive model for the state-dependent behaviors of rockfill material considering particle breakage

The particle breakage during specimen compaction had more significant influence on the position of the breakage critical-state line(BCSL)of Tacheng rockfill material(TRM)in the e-lnp’plane than the particle breakage during shearing,based on the large-scale triaxial compression tests on TRM in a wide range of densities and pressures.The state-dependent dilatancy and the plastic modulus were correlated to the breakage index,based on the formulations of the BCSL of TRM in the e-lnp’plane.The state-dependent model considering particle breakage was proposed for TRM within the framework of the generalized plasticity theory.The proposed model contained fourteen material constants.The test data of TRM from Group A were adopted to determine these material constants,while the test data from Group B were used independently to validate the model predictive capacity.The comparisons between model simulations and test data illustrated that the model with consideration of particle breakage could well represent the stress-strain behaviors of TRM,e.g.,the strain hardening and volumetric contraction behaviors at a loose state and the strain softening and volumetric expansion behaviors at a dense state,and also the particle breakage behaviors of TRM.     

Ferroelectric relaxor as a critical state

After revisiting models for the ferroelectric relaxors, we notice that the models can be classified into two categories. One group models are directly based upon the compositional fluctuations, such as Smolenskii's theory and SRBRF model. The other models are experimental phenomenon oriented, such as macro-micro domain crossover and superparaelectric state. The later explanations imply that the ferroelectric relaxor is in a critical state. The unusual field induced phase transition in ferroelectric relaxor also suggests that this is a critical phenomenon with first order phase transition feature. Therefore within the framework of effective field approach and with introducing the concept of quantum temperature scale, we reproduce the diffused phase transition of the dielectric constant and the field induced phase transition. It seems that the larger quantum fluctuation at low temperature depresses the ferroelectricity in ferroelectric relaxors, and results in their unusual physical properties.     

描述饱和砂土剪切特性的一个热力学本构模型

砂土的力学特性十分复杂,与其所处的物理状态直接相关,表现为松砂的剪缩以及密砂的剪胀特性,受相对密度和有效围压的共同影响。为有效地描述饱和砂土在不同物理状态下的剪切特性,基于颗粒物质热动力学理论,考虑颗粒层次能量耗散机制,并结合引入状态参数的剪胀方程,发展一个饱和砂土的热力学本构模型。该模型形式较为简单,不涉及屈服准则、流动法则等概念,而是引入颗粒熵和颗粒温度的概念来描述砂土内部的不可逆变形,并通过迁移系数和能量密度函数将饱和砂土内部的能量耗散机制与宏观力学行为建立联系。模型可以反映饱和砂土在剪切过程中由于相对密度和有效围压的变化对土体强度和变形特性的影响。基于模拟计算结果与等向压缩、三轴不排水以及排水剪切试验结果的对比,验证了模型描述饱和砂土剪切特性的能力。     

用于流动液化变形分析的临界状态砂土模型

介绍一个用于流动液化变形分析的临界状态砂土模型.该模型的参量与应力和材料状态无关,模型能自动处理材料因过程发展而产生的各种状态变化.对于一种或几种类似的土,参量一经率定,不论材料初始处在松的可液化状态还是紧的剪胀状态,模型以统一方式模拟材料从起始阶段近似弹性的响应直到趋于临界状态破坏,包括流动液化在内的全程响应,无需在分析过程中人为干预调整模型参量.作者利用完全耦合有限元分析程序SUMDES2D,以Upper San Fernando土坝在1971年地震中的分析为例,示范该模型在流动液化变形分析中的应用.     

Asymptotic state behaviour and its modeling for saturated sand

A new double hardening elasto-plastic model is proposed in this paper based on the existing unified hardening model (UH model). By assuming that there is part coupling effect between the plastic volumetric strain and plastic shear strain, hardening parameters consisting of a coupled and an uncoupled components are adopted in this model. A unique feature of this model is that it can describe not only the conventional drained and undrained behaviors of soil, but also the stress-strain relationships of soil under partially drained conditions which can be volumetric compression or dilation. Adopting the asymptotic state concept, simple equations for estimating the limiting stress ratio under undrained or earth pressure at rest (i.e. K ₀) conditions are derived. The new model is relatively simple to be adopted in practice for two reasons. First, the same soil parameters as in Cam-clay model are used except the addition of one extra parameter, the stress ratio at the characteristic state. Second, all the parameters can be determined using conventional triaxial compression tests. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10672010 and 50479001) and the National Earthquake Science Item (Grant No. 200808076)     

一种新的污秽绝缘子模型临界状态计算方法

临界条件是污秽绝缘子最重要的特征量之一.本文详细讨论了基于优化算法的污秽绝缘子模型临界条件的计算,包括建模、仿真和计算流程,并利用有限元分析软件对典型实验模型作了计算.由于该法可以动态的控制寻优范围和叠代步长,所以收敛迅速,结果准确.该法不仅可以计算简单模型,对于形状不规则或表面污染物分布不均匀的模型同样适用,和传统的模拟电荷法和电路分析法相比,更加适合于绝缘子闪络特性的仿真和计算.     

流体临界状态的热力学性质及临界性质的计算

从热力学角度分析了超临界流体的临界状态性质,分别介绍了纯流体及混合流体临界性质计算的常用方法,还从临界条件出发,推导出了适合二元物系的计算临界性质的严格算法,并对实际体系进行了计算, 取得了较好的效果。