基于SMP准则的上海软土本构模型

根据上海典型软土的真三轴排水试验,文章提出了基于SMP(Spatially Mobilized Plane,空间滑动面)准则的平面上的形状函数,通过试验结果对形状函数进行了验证;提出基于SMP准则的上海软土的新的屈服函数,并与剑桥模型、关口-太田模型进行了理论比较,结果表明新的屈服函数能更好地反映屈服面的空间形态。     

上海黏土强度特性真三轴试验研究

利用自主改造的、大主应力与小主应力方向由刚性加压板加载、中主应力方向由围压室液压加载的自动控制刚柔复合真三轴仪,对上海原状软土进行同一π面上不同洛德角真三轴固结排水剪切试验。原状土样通过分块抽样法获取,共进行了5组不同洛德角（0°、15°、30°、45°和60°）排水剪切试验。试验结果显示,上海原状软土抗剪强度、屈服和破坏点位置随洛德角的增大而减小,体积变化量先增大后减小。三向应力状态下上海软土的破坏强度接近空间滑移面（SMP）破坏准则。     

重塑超固结上海软土力学特性及弹塑性模拟

对典型上海软土重塑样进行了围压不变和平均主应力不变的三轴排水剪切试验,得到重塑上海软土在不同初始超固结比和围压条件下的应力-应变关系,弄清了超固结比、围压以及应力路径对重塑上海软土的变形和强度特性的影响;根据土体的应力-应变曲线得到重塑上海软土的临界状态应力比及内摩擦角。采用姚仰平等建议的基于伏斯列夫面的超固结土本构模型,并根据等向压缩及三轴排水剪切试验确定其模型参数,对保持围压和平均主应力不变的三轴压缩试验进行了模型预测。预测结果表明,此超固结土本构模型能较好地反映重塑超固结上海软土的变形和强度特性。     

上海第4层黏土力学特性的弹塑性本构模拟

上海第4层黏土是典型的结构性海相软土,用一个本构模型统一地模拟不同应力路径下的力学特性对数值计算具有重要意义。对UNIFIED模型的结构性及超固结发展函数进行了改进,并提出了一种确定原状土材料参数和初始状态的方法。为了验证修正模型的正确性,用块状取土法取得上海第4层原状土样,进行了固结试验和三轴排水、不排水剪切试验。通过比较试验结果和本构模拟结果,明确了新的本构模型仅用一组材料参数就能统一地模拟上海第4层黏土在固结、排水及不排水三轴试验得到的应力-应变关系。模拟结果揭示了上海第4层黏土的结构比较稳定,即使在经历三轴剪切发生35%轴应变后仍能保持较高位的结构性。     

对一些角隅模型的认识

基于花岗岩的真三轴强度试验结果和双剪强度理论,考虑岩石在三轴压缩状态下和在三轴伸长状态下不同的强度特性,导出了花岗岩在三轴压缩状态下的 函数关系式和在三轴伸长状态下的 函数关系式,并分别将目前常用的 Gudehus-Arygris、William-Warnke、郑颖人、俞茂宏-刘风羽等角隅模型的屈服强度计算结果与花岗岩的真三轴强度试验结果进行了对比,得出了这些角隅模型能较为准确地预测屈服强度等一些有益的认识。     

粉细砂的真三轴试验与强度特性

采用柔性真三轴仪对上海粉细砂进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验,针对中主应力对粉细砂强度特性的影响进行了系统分析。基于真三轴试验结果对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进,并采用试验结果对强度准则进行验证。结果表明,建立在真三轴试验基础上的强度准则能更准确地反映砂土三维应力状态下的强度特性。     

一种基于热力学原理的密砂模型

从热力学定律出发,利用自由能函数和耗散函数,通过严格的理论推导得到屈服函数、流动法则和硬化规律。在临界状态模型的框架内,将基于热力学基础的各向异性模型和特定的旋转硬化规律结合起来,提出了一种新的处理方法用来模拟密砂在三轴试验中的变形曲线。给定多组模型参数,计算排水和不排水三轴试验,并简单讨论了模型参数对曲线规律的影响,结果表明这种方法是有效的。通过屈服面在变形不同阶段采用不同的旋转方向,能够考虑密砂的复杂试验曲线特征,又由模型的热力学基础保证了屈服面和剪胀函数的协调。这种方法确定的模型结构严密,适应性强,可以描述大范围土体的特性,且简单易于使用。     

考虑土体结构性的弹塑性硬化模型

在对人工制备结构性土样等应力比压缩试验结果分析基础上,确定出结构性土体初始屈服面形状和土体初始屈服后塑性应变增量的方向,推导出结构性土体屈服函数的表达式;硬化参数采用塑性功的函数,根据三轴排水剪切试验结果确定出土体的硬化规律。由此构建能反映土体结构性的弹塑性硬化本构模型,并用试验进行了验证。本文提出一种基于试验的建模方法,不依赖经典塑性力学理论的正交流动规则,并建立可考虑土体结构性影响的本构模型,对土体结构性研究具有借鉴意义。     

软土考虑K0固结非线性弹性模型的研究及其应用

通过研究软土各向等压固结不排水三轴试验和K0固结不排水三轴试验的应力-应变关系的归一化性状,建立一个软土考虑K0固结非线性弹性模型,并结合工程实例,检验其适用性.     

不同排水条件下软土蠕变特性与微观孔隙变化

对东莞软土进行了固结排水与固结不排水三轴蠕变试验、原状样与蠕变后试样水平测面微结构的扫描电镜试验,分析了不同排水条件的软土蠕变特性与微观孔隙变化规律。结果表明,不同排水条件对试样应变-时间、应变-偏应力关系产生较大影响,土样在不排水条件下屈服破坏,蠕变变形明显;在排水条件下则未有明显屈服,排水过程中的固结效应使其蠕变非线性弱化。蠕变后土样可见大孔隙减少、小孔隙数量增加、形状趋向圆状发展、定向性略有增加,不同排水条件下微观孔隙变化是土体蠕变表现差异的微观内因,孔隙特征的渐变过程揭示了软土蠕变变形的微观机制。     

应用沉降和水位数据计算上海地区弱透水层的参数

弱透水层参数的确定是准三维或三维地下水流数学模型应用时的难点,而应力-应变图解法是一种估计弱透水层参数的有效方法。在介绍该法的基本原理之后,结合上海沉降和水位观测资料,求出了上海地区弱透水层的弹性贮水率、非弹性贮水率和垂向渗透系数,为上海地面沉降的数值模拟提供了较好的初始参数值。对于弱透水层,抽水试验的方法是不可取的,如果又没有条件取土样作室内试验时,若有沉降资料和相应的水位资料,则应力-应变图解法是确定近似参数值的一种比较好的方法。     

上海浅部土层压缩指数与天然含水率的关系

压缩指数Cc是土体变形特征的一个重要指标,一般通过固结试验获得,需要耗费较长的时间以及大量人力物力,因此通过其他基本物理指标（天然含水率wn、初始孔隙比e0、液限wL）来推算压缩指数Cc是一个快捷有效的方法。从上海地区钻孔得到第②～⑥层土的原状土样进行固结试验,并结合多个地点的勘察报告数据,发现wn和e0具有较高的线性相关性,但wn与wL间的相关性不明显。考虑到wn相比e0更容易得到,选用wn来建立与Cc的关系式。研究认为,常用的线性关系不适用于上海黏土中含水率wn大于45%的情况,提出了指数函数式（8）。该函数还可适用于中国东部沿海其他地区的黏土。     

基于达维坚科夫骨架曲线的软土非线性动力本构模型研究

试验研究表明,上海地区软土的动力变形特性符合“应变软化”规律,可用达维坚科夫（Давидеков）模型描述。首先以达维坚科夫骨架曲线为基础,采用Masing法则,构造了土体加载、再卸载的动应力-应变关系滞回曲线,推导了达维坚科夫骨架曲线和卸载、再加载滞回曲线的增量剪切模量表达式。随后将土体动应力-应变关系曲线从一维推广到三维应变空间,基于FLAC3D提供的二次开发平台,编制了基于达维坚科夫骨架曲线和符合广义Masing法则的土体非线性动力本构模型计算程序,并且通过复杂加载路径验证了编制程序的正确性和合理性。以相关文献中的土体动剪切模量比 随剪应变幅值 变化,以及阻尼比 随剪应变幅值 变化的试验结果为依据,运用编制程序计算了不同剪应变幅值下的 - 和 - 曲线,并与文献试验结果进行了对比。研究结果表明,相比于工程上广泛应用的Hardin-Drnevich模型,基于达维坚科夫骨架曲线构造的本构模型所得到的软土 - 和 - 曲线能与试验结果更符合,进而验证了所建立的本构模型的合理性与实用性,其结果可用于上海地区软土场地的动力计算反应分析。     

基坑开挖数值分析中土体硬化模型参数的试验研究

土体硬化模型已成为基坑数值分析中最常用的本构模型之一,其应用的关键是计算参数的确定。首先采用薄壁取土器现场取得土样,通过基于GDS的三轴固结排水剪切试验、三轴固结排水卸载-再加载试验及标准固结试验获得了上海典型土层土体的三轴试验应力-应变曲线和固结试验荷载-应变关系曲线。然后根据曲线确定了各土层的HS模型参数,建立了各土层HS模型参数中切线模量 、割线模量 、加载模量 的比例关系,并探讨了这些模量与压缩模量 之间的比例关系。最后将各层的模型参数与模量间的比例关系与国内外其他软土地区的结果进行了比较。试验结果可作为上海地区及其他软土地区基坑工程数值分析中确定HS模型参数时的参考。     

基于灰色GM（1，1）模型的城市生活用水量预测

介绍灰色理论建模原理和模型参数辨识方法,并以上海市为实例建立灰色GM（1,1）预测模型,运用残差检验、后验差检验以及关联度检验3种方法对模型进行精度检验,其模型拟合精度达97．25％。用所建立的模型对上海市2003～2007年城市生活用水量进行预测。结果表明,该灰色模型用于城市生活用水量预测,符合其灰色特性,通用性好,并且所需数据少,计算量适中,预测结果与实际情况比较吻合。     

工程环境效应引起上海地面沉降预测

地面沉降是目前常见的地质灾害之一,其长期的积累给城市带来巨大的经济损失,成为制约城市发展的主要因素。进入20世纪90年代以来,工程环境效应诱发的沉降已经成为上海地面沉降的新趋势,对于外荷载引起的地面沉降过程而言,影响因素较多,既无法用明确的数学关系式表达,又非黑箱那样内部结构、参数和特征一无所知,因此可将灰色预测理论应用于地面沉降的预测。针对监测和观测时间的非等时性,本文应用非等时距灰色理论模型对上海陆家嘴地区某高层建筑的沉降进行预测,并和实际监测沉降量进行了比较;对室内模型试验进行沉降预测,并和实验观测数据以及自适应神经网络系统(ANFIS)预测结果进行了比较。研究发现,对于工程环境效应引起的地面沉降,应用非等时距灰色理论模型进行沉降预测是可行、精确的。     

Simulation of yielding and stress–stain behavior of shanghai soft clay

In this paper, a simple bounding surface plasticity model is used to reproduce the yielding and stress–strain behavior of the structured soft clay found at Shanghai of China. A series of undrained triaxial tests and drained stress probe tests under isotropic and anisotropic consolidation modes were performed on undisturbed samples of Shanghai soft clay to study the yielding characteristics. The degradation of the clay structure is modeled with an internal variable that allows the size of the bounding surface to decay with accumulated plastic strain. An anisotropic tensor and rotational hardening law are introduced to reflect the initial anisotropy and the evolution of anisotropy. Combined with the isotropic hardening rule, the rotational hardening rule and the degradation law are incorporated into the bounding surface formulation with an associated flow rule. Validity of the model is verified by the undrained isotropic and anisotropic triaxial test and drained stress probe test results for Shanghai soft clay. The effects of stress anisotropy and loss of structure are well captured by the model.     

上海软土动剪切模量衰减规律的试验研究

为了获得上海软土在循环动力荷载作用下的动力特性,特别是动剪切模量的衰减规律,采用原状第④层上海软土进行等向固结不排水动三轴试验,分析了加载频率和动应力比 对动剪切模量的影响。试验结果表明,对于上海第④层软土,动应力比达到0.2时,土样才发生破坏;土样的剪切模量-累积轴应变曲线不受加载频率和动应力比的影响;剪切模量的衰减下降主要发生在轴应变0～1%区间。最后提出了一个描述剪切模量衰减规律的数学模型。     

重塑上海软土的压缩和剪切变形特性试验研究

根据典型上海软土重塑土样的等向压缩试验,测K0与不测K0的单向压缩试验结果,得到不同试验条件下的压缩指数Cc和膨胀指数Cs,并分析了它们之间的关系。进行三轴排水剪切试验,得到了重塑上海软土在不同超固结比和围压下的变形和强度特性,并计算出重塑上海软土的内摩擦角。最后,根据一组不同荷载下的长期单向压缩试验结果,得到重塑上海软土的次压缩系数C?与荷载之间的关系。上述研究得到的初步结论及相关参数可为工程实践、超固结上海软土本构模型的建立提供参考数据。     

考虑孔压积累-消散耦合的等效有限元方法

交通荷载往复作用下饱和软土路基会发生显著的工后沉降,并引起不均匀沉降。采用基于室内循环三轴或空心圆柱扭转试验建立的经验显式模型与等效有限元相结合方式,在预测路基长期沉降方面取得了较好的效果。然而,其采用的瞬时积累、逐步消散的孔压模型与实际工程中孔压积累与消散同时进行有着明显的差异。忽略这种差异将会使得计算结果低于实际值。采用能反映自然排水条件下震动孔压长消规律的解析公式,对以上的不足作出改进,并用改进的孔压模型计算了上海浦东国际机场第一跑道的长期运营沉降。分析表明,与瞬时积累、逐步消散的孔压模型相比,考虑孔压积累与消散耦合效应的孔压模型,计算结果更接近实测资料。