正常固结非饱和黏性土的三剪边界面模型研究

将三剪统一强度准则分别与非饱和土的单应力变量理论和双应力变量理论相结合提出了正常固结非饱和黏性土的三剪强度准则,在此基础上采用等量代换法与坐标平移法分别推导出可以反映土体全应力状态效应的三剪破坏应力比。将该三剪破坏应力比引入非饱和黏性土修正剑桥模型的屈服面方程以确定初始边界面,采用径向映射法则确定后续边界面,根据插值函数得到加载面上的塑性模量,据之建立了非饱和黏性土单应力变量和双应力变量下分别采用等量代换法和坐标平移法的4个三剪弹塑性边界面模型并对这4个模型做了单调和循环压缩荷载试验验证。结果表明,所建模型均能较好地反映土的变形特征,但相比之下,双应力变量下建立的模型相对单应力变量下建立的模型更接近试验结果,采用等量代换法建立的模型相对坐标平移法更接近试验结果的特点。真三轴数值模拟结果表明,单调加载时,相同应力条件下中主应力影响系数增大会引起非饱和土强度增大;循环加载时,最小主应力或中间主应力的增大均会引起土体抗剪强度的增大,且荷载振幅越大,非饱和土的轴向应变随之增大。比较4个边界面模型在真三轴应力状态的模拟结果表明,单调加载时,非饱和黏性土在双应力变量下的模拟抗剪强度值相对较大;循环加载时,单应力变量下所得塑性变形相对较大。     

非饱和黏性土的三剪次加载面模型研究

基于非饱和土三剪强度准则和次加载面模型，构建了适用正常固结非饱和黏性土的Bishop和Fredlund应力变量法三剪次加载面模型，将2个模型计算结果与非饱和黏土的单调静三轴试验及循环动三轴试验结果做了对比，结果表明，Fredlund应力变量法本构模型要更接近试验结果。在静三轴试验的土体变形后期，Fredlund和Bishop应力变量法的模型计算结果与试验数据的应力偏差分别为2%和10%;在动三轴试验的土体振动后期，Fredlund和Bishop应力变量法与试验结果的应变偏差分别为4.2%和7.5%。另外，对所提模型的真三轴分析结果可知，静真三轴试验的中间主应力影响系数和基质吸力的增大均会使得土体的抗剪强度增加，随着基质吸力增大，不同模拟结果依次的应力偏差均为11%左右；随着中间主应力影响系数增大，不同模拟结果之间的应力偏差大致为4%。动真三轴试验的最小主应力或中间主应力越大，非饱和黏性土的棘轮效应和抗剪强度也越大，不同中间主应力模拟结果之间的应变偏差为3.3%,不同最小主应力模拟结果之间的应变偏差为8.5%。     

探析砂岩在轴对称条件下的分叉

不同应力状态下岩石材料的失稳断裂破坏一直是岩石力学与工程研究的重点。本文在对岩石进行平面应变、常规三轴基础上,采用非线性分叉理论对岩石在断裂失稳过程中的局部化分叉进行了研究。根据许多岩石工程处于平面应变状态的实际情况,自行研制了岩石平面应变仪,进行岩石平面应变实验,并将平面应变实验结果和常规三轴实验结果进行比较;为研究岩石材料弹性模量的应力敏感性,进行不同围压和不同应力水平下岩石的加卸荷循环实验;根据岩石的平面应变和常规三轴实验结果,建立不同应力状态下岩石非关联弹塑性本构模型,应用变形分叉理论的声张量法推导了不同应力状态下的分叉条件。     

多种混凝土材料的多轴强度模型

系统地研究了双剪强度模型的构造特点、边界条件及其应用。其中,利用三参数的确定解模型,可以推导出平面特征试验点;而通过四参数和六参数的不定解模型,则分别建立了多轴特征强度参数关系方程,并从理论上得到了多轴等拉强度接近但并不相等的结论。其次,通过对静水应力公式的变换,分别建立了适于平面和空间应力比例加载条件下的简单强度模型;而由四参数模型则给出了定侧压加载条件下的二轴强度模型。最后,依据所建立的各种强度模型,在仅知道材料的单轴拉、压强度的极端条件下,给出了推算所有缺失的特征强度和任意加载条件下的极限强度的两个计算流程图;并据此对多种混凝土的多轴强度进行了验证,其结果则说明了模型是合理的。     

岩石三维强度准则的研究

结合非线性统一强度理论与Hoek-Brown强度准则,以Hoek-Brown强度准则构建子午面上的强度曲线,以非线性统一强度理论构建偏平面上的强度曲线,通过应力空间变化方法将子午面上强度曲线与偏平面上强度曲线进行结合,从而建立一种新的岩石三维强度准则。建立的强度准则在子午面上为非线性,考虑岩石材料的静水压力效应;在偏平面上强度线涵盖了从上限Drucker-Prager圆到下限Matsuoka-Nakai曲线之间的所有区域,可较好模拟岩石材料的中间主应力效应。强度面光滑、外凸,可用于建立岩石的屈服函数。强度准则共有3个材料参数m_t、σ_c、m_i,各参数可通过岩石试验数据确定且具有明确的物理意义。另外,该文提出一种m_t的近似求解公式,总的参数可退化为σ_c和m_i,与Hoek-Brown准则基本参数一致,可由岩石常规三轴压缩试验按Hoek-Brown提出的回归公式确定。与国内外学者已开展的岩石材料三轴试验结果进行对比,建立的强度准则与试验数据吻合良好,可合理描述岩石材料的非线性强度特性。其次,通过引入地质强度指标GSI,建立的强度准则可应用于较为完整的岩体（GSI>25）,对于较为破碎岩体（GSI<25）需做进一步的研究。     

一种韧性断裂模型的理论研究和实验验证

为研究高强钢板成形过程中的损伤破裂机理,更准确地预测高强钢的断裂失效行为,基于细观损伤力学的空穴理论,并在屈服函数就是塑性势函数的通用性假设基础上推导了各向同性的韧性断裂模型;同时引入Lode参数以反映不同应变状态下空穴形核、长大以及聚合的差异,提出了一种包含应力三轴度和Lode参数的新模型.在Hill正交各向异性屈服假设下,描述了平面应力状态下应力比值、r值与应力三轴度、等效塑性应变的关系.最后,针对DP590进行了参数确定和实验验证.结果表明:应力三轴度在高强钢韧性断裂中仍然起主导因素,在低应力三轴下,材料主要是剪切型破坏,空穴的长大及聚合方式主要受剪应力影响,高应力三轴下,空穴损伤主要受拉应力影响,断裂是韧窝形的;Lode参数决定了应力组成形式,也间接地反映了应变状态,它与应力三轴度共同决定了空穴损伤的发展.新的模型能较准确地预测DP590的成形极限.     

深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性

采用解析方法在频率域内研究了深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性。基于Bishop非饱和土有效应力原理和单相流固结理论,建立了单相流条件下非饱和土的运动方程。通过位移势函数解耦,得到了非饱和土在简谐荷载作用下的动力响应解答。将衬砌结构视为均匀弹性介质,基于弹性理论,得到了简谐荷载作用下圆柱形衬砌结构的稳态形式解答。利用土体与衬砌界面的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,确定了表达式的待定系数。在此基础上,考察了饱和度、吸力折减系数、衬砌厚度等参数对非饱和土响应幅值的影响。结果表明:随着衬砌厚度的增加,系统响应幅值逐渐减小;饱和度和吸力折减系数对孔隙水压力幅值的影响较大,而对径向位移和环向应力幅值的影响较小。     

初始应力线和原状土的修正Mohr-Coulomb准则

原状土与重塑土在力学性质方面存在显著差别的原因,本质上在于建立在初始应力状态之上的结构性。重塑土一般是各向同性的,故在三维应力空间中其屈服曲面以等倾线为轴线。原状土由于在形成过程中一直处于三向不等压状态,故理论上讲其屈服曲面不能再以等倾线为轴线而应以初始应力线为轴线。该文以某真三轴试验为例,首先研究了特定八面体应变对应的广义剪应力随加载角的变化特征。随后,基于广义塑性力学和原状土的初始应力状态,提出了初始应力线的概念,并研究了初始应力线与等倾线的关系。进一步给出了三个适用于原状土的修正Mohr-Coulomb屈服准则,即平移模式、缩移模式和旋转模式。其中平移模式、缩移模式的屈服迹线仍然位于π平面上,而旋转模式的屈服迹线位于与初始应力线垂直的χ平面上。前两种模式可以通过等p真三轴试验结果直接对原状土的结构性进行评估;最后一种模式可以通过σ₁+K₀σ₂+K₀σ₃=c真三轴试验或等p真三轴试验数据在χ平面上的映射对原状土的结构性和各向异性进行研究。文献资料的验证表明,旋转模式修正Mohr-Coulomb屈服准则更能反映原状土的结构性,且物理意义清晰明确。     

再生混凝土三轴受压力学性能试验研究

为了研究再生混凝土在三轴应力状态下的力学性能,以再生骨料取代率和围压值为变化参数,设计了36个圆柱体试件,采用位移控制的加载方式进行常规三轴试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取试件受力破坏全过程应力-应变曲线以及峰值应力、峰值应变等特征参数,分析了再生骨料取代率和围压值对再生混凝土三轴受压力学性能的影响,提出了侧向围压值与初始弹性模量、竖向峰值应力、峰值应变之间的关系公式。研究结果表明:取代率对三轴受力再生混凝土的峰值应力和峰值应变影响不大,与天然混凝土相比,其变化分别在5%和2%的范围内波动,而取代率对再生混凝土的初始弹性模量有较大的影响,与天然混凝土相比,三轴受力再生混凝土的弹性模量提高了20%左右;侧向围压值对三轴受力再生混凝土的各项性能指标影响显著,增大围压值能有效提高再生混凝土的弹性模量、承载能力和变形性能。研究结果为再生混凝土的进一步科学研究和推广应用提供参考。     

考虑相变状态的较密实饱和砂土弹塑性模型

在三轴试验中,较密实砂土是很难最后到达临界状态的。该文在Yu等提出的CASM模型基础上,提出了适合模拟较密实饱和砂土的弹塑性模型。该模型有两方面的改进:一方面,模型将剪胀应力比M_d引入剪胀方程;另一方面,模型中硬化参数采用与应力路径无关的参数来替代CASM模型中的塑性体应变增量。经试验结果验证,该模型较适合模拟饱和中密或密实砂土的剪胀特性,同时也能较好地体现中密或密砂剪切过程中的硬化及软化现象。模型共10个参数,用常规三轴试验就可获取。     

基于统一强度理论分析软岩断裂面对岩体强度的影响

对含有结构面的岩体,基于统一强度理论,在考虑洛德参数的基础上,推导出可以考虑不同受力状态下随洛徳参数和中间主剪应力系数b变化的材料统一强度参数Ct、φt,建立了含断裂面岩体的强度公式,即考虑中间主应力的岩体破坏公式,并分析了其有效范围。通过硅藻质软岩的普通三轴试验结果验证了所建立公式的正确性,并根据岩土材料统一强度参数确定的方法,分析了含有不连续面岩体强度以及统一强度参数随洛德参数的变化,以及中间主剪应力系数b值对强度参数的影响,结果表明:统一强度参数随洛徳参数的增大而增大一定值后随洛徳参数的增大而减小;随中间主应力系数的增大而增大。     

正常固结非饱和黏性土的三剪弹塑性本构模型

基于临界状态土力学框架,采用单应力变量法和双应力变量法非饱和土三剪强度准则,将原饱和土屈服函数中的屈服应力和破坏应力比分别替换成能反映土体饱和度影响的屈服应力和三剪破坏应力比,采用等量代换法和坐标平移法的三剪屈服函数推导出4种三剪弹塑性本构模型.所提本构模型能反映非饱和土全应力状态下土的强度区间效应、拉压强度差及黏聚力...     

钢纤维混凝土多轴损伤比强度准则EI北大核心CSCD

以损伤比强度理论为基础,建立了钢纤维混凝土真三轴损伤比强度准则,并根据钢纤维混凝土试验资料,推荐了钢纤维混凝土损伤比变量表达式中的6个经验参数。利用钢纤维混凝土在单轴、双轴和三轴受力状态下的应力-应变曲线试验结果验证了损伤比取值合理性,对比了单轴受拉、单轴受压和双轴等压等典型受力状态下钢纤维混凝土和普通混凝土损伤比变量取值的差异。通过与国内外共104组钢纤维体积率为0.5%~2.5%的钢纤维混凝土三轴强度试验资料的比较,表明六经验参数钢纤维混凝土损伤比强度准则的三维破坏包络面接近已有认识;通过与国内外强度准则比较,表明损伤比强度准则与钢纤维混凝土三轴试验数据有较高的吻合度。对于围压三轴受力状态,提出简化的钢纤维混凝土常规三轴强度准则,并与已有常规三轴强度准则进行比较分析。此外,对于材料处于二轴受力,推荐了简化的损伤比二轴强度准则中的经验参数取值。     

Strength of non-spherical particles with anisotropic geometries under triaxial and shearing loading configurations

This paper presents a study on the macroscopic shear strength characteristics of granular assemblies with three- dimensional complex-shaped particles. Different assemblies are considered, with both isotropic and anisotropic particle geometries. The study is conducted using the discrete element method (DEM), with so-called sphero-polyhedral particles, and simulations of mechanical true triaxial tests for a range of Lode angles and confining pressures. The observed mathematical failure envelopes are investigated in the Haigh–Westergaard stress space, as well as on the deviatoric-mean pressure plane. It is verified that the DEM with non-spherical particles produces results that are qualitatively similar to experimental data and previous numerical results obtained with spherical elements. The simulations reproduce quite well the shear strength of assemblies of granular media, such as higher strength during compression than during extension. In contrast, by introducing anisotropy at the particle level, the shear strength parameters are greatly affected, and an isotropic failure criterion is no longer valid. It is observed that the strength of the anisotropic assembly depends on the direction of loading, as observed for real soils. Finally simulations on a virtual shearing test show how the velocity profile within the shear band is also affected by the grain’s shape.     

A Review of Critical Plane Orientations in Multiaxial Fatigue Failure Criteria of Metallic Materials

The paper presents a review of multiaxial fatigue failure criteria based on the critical plane concept. The criteria have been divided into three groups, according to the fatigue damage parameter used in the criterion, i.e. (i) stress, (ii) strain and (iii) strain energy density criteria. Each criterion was described mainly by the critical plane orientation. Multiaxial fatigue criteria based on the critical plane concept usually apply different loading parameters in the critical plane whose orientation is determined by (a) only shear loading parameters (crack Mode II or III), (b) only normal loading parameters (crack Mode I) or sometimes (c) mixed loading parameters (mixed crack Mode). There are also criteria based on few critical plane orientations and criteria based on critical plane orientations determined by a weighted averaging process of rotating principal stress axes.     

基于常规三轴试验的岩石双剪强度准则

基于岩土体的双剪强度理论和已有的一些岩石真三轴强度试验资料,提出了一个岩石双剪强度准则的推广型式,探讨了该强度准则相关参数的选取问题,验证了该强度准则的合理性,并指出双剪强度准则有一个)()(8mfgsqts=的函数表达型式。研究表明岩石的tc88/tt随平均主应力ms的变化而变化,当ms较小时tc88/tt比值较大,而当ms较大时tc88/tt比值较小。这种现象一方面论证了随着ms的增大,岩石有逐步向着均质化方向发展的趋势;另一方面也说明了在较低的ms应力水平下,Drucker-Prager强度准则对岩石类材料是不适合的。     

An experimental study of failure and softening in sand under three-dimensional stress condition

This paper describes an experimental study of failure and softening behaviour in dense Toyoura sand. A true triaxial apparatus equipped with three pairs of rigid loading platens is used to test sand sample under three-dimensional stress condition. The testing results demonstrate that the rigid boundary around the sand samples cannot prevent formation of shear localization. Shear localization are observed to emerge in the hardening or the softening regime in the loading depending on the magnitude of intermediate principal stress. Uniform deformation for the whole strain range is obtained only in triaxial compression tests. The peak stress state obtained from tests of sand samples of the same initial density can be described with good approximation by the Matsuoka–Nakai criterion.     

Some aspects of workability studies on P/M sintered high strength 4% Titanium carbide composite steel preforms during cold upsetting

Workability is concerned with the extent to which a material can be deformed in a specific metal working process without the initiation of cracks. Ductile fracture is the most common failure in bulk forming process. The formability is a complicated phenomenon which depends on the friction between the preform and the die surface in cold upsetting. A complete experimental investigation on the workability behavior of the steel composite of 4%TiC was performed under different stress states, namely, plane and triaxial stress state conditions. Cold upsetting of the Fe–1.0%C–4%Ti steel composite preforms was carried out applying different lubricants, namely, graphite, zinc stearate and molybdenum disulphide, and without lubricant, and the formability behaviour of the same under plane and triaxial stress state conditions was determined. The curves plotted for different preforms were analysed and relationship was established between the axial strain and the formability stress index under plane and triaxial state conditions. A relationship between the relative density and the axial strain was also established. Various stress ratio parameters, namely, (σ_θ/σ_eff), (σ_m/σ_eff) and (σ_z/σ_eff), under plane and triaxial stress state conditions were determined empirically as a function of the relative density. An attempt is also made to study the variation of slope of the relative density versus stress ratio parameters under plane and triaxial stress conditions with respect to the relative density to identify the pore closure mechanism.