初始应力各向异性结构性土的二元介质模型

天然岩土材料具有结构性和各向异性。在岩土破损力学的理论框架下,建立了初始应力各向异性结构性土的二元介质模型。岩土破损力学把结构性岩土材料抽象成由胶结强的胶结块（胶结元）和无胶结的软弱带（摩擦元）组成的二元结构体,变形过程中胶结块逐步破损并向软弱带转化。假定胶结块为横观各向同性的理想弹脆性体,胶结块破损后转化成的软弱带为可用邓肯-张模型描述的非线性弹性体。通过引入考虑各向异性影响的破损率和局部应变系数,建立了初始应力各向异性结构性土的二元介质本构模型,并给出了模型参数的确定方法。最后给出了模型的表现,且通过人工制备初始应力各向异性结构性土的三轴压缩试验结果验证了模型的适用性。计算结果表明,所提出的本构模型可以较好地模拟初始应力各向异性结构性土的应力-应变和体积变形特性。     

卸荷路径下棱柱状结构体试件破损过程试验研究

通过棱柱状结构体在不同排列方式下的平面应变压缩试验,研究了侧向应力卸载状态下结构体的破损过程,探讨了结构性岩土材料在卸侧向应力状态下的变形和破损机理。试验发现,在侧向应力卸载的过程中,棱柱状结构体会发生错动和结构体的破碎,结构体的破损方式主要有劈裂破坏和剪切开裂两种。结构体试样逐渐破损,宏观上出现应变硬化或应变软化现象,最后形成宏观的破损带。试件的总体体积是收缩的,侧向变形则由收缩逐渐转化为膨胀。     

棱柱状结构体试件破损过程的试验研究

通过棱柱状结构体在直排、直错排两种排列方式下的平面应变压缩试验,研究了不同侧向应力状态下结构体的破损过程,来探讨结构性岩土材料在受荷过程中的变形和破损机理。试验发现,在棱柱状结构体试件的破损过程中,结构体表现出劈裂、剪切和压碎的破损方式,最后形成破损带;随着侧向应力由低向高的变化,应变软化逐渐向应变硬化过度;低侧向应力状态时应变软化、体胀和侧向挤出;高侧向应力状态时应变硬化、体缩和侧向收缩;不同的侧向应力状态和排列方式下几乎都没有结构体的转动发生。     

岩土破损力学:结构块破损机制与二元介质模型

沈珠江等在总结岩土材料的基本特性、分析理论和研究方法的基础上,提出了岩土破损力学理论框架和二元介质模型概念。基于岩土二元介质模型思想,近年来在试验、理论和数值模拟方面对结构性岩土材料进行了详细研究。通过对棒状和棱柱状结构块试件的平面试验,探讨了结构性岩土材料的破损机制,并发现了在受荷过程中结构块逐渐破损并转化为软弱带二者共同抵抗外部作用,即验证了二元介质模型对结构性岩土材料力学抽象的正确性;扩展了岩土二元介质模型对岩土材料的脆性变化进行了模拟,并与结构性土和砂岩的三轴试验结果进行了验证;基于二元介质模型概念,发展了一种模拟岩土材料破损过程的细观数值方法,同时提出了适用于结构性岩土材料的强度准则。     

基于微观力学的胶结岩土材料破损规律离散元模拟

采用离散元法（DEM）研究胶结岩土材料在不同加载条件下的结构破损规律。首先,基于微观力学理论,考虑胶结岩土材料颗粒间胶结特性,给出表征结构性损伤的破损参数式。该式具有微观物理意义,但不能直接用于建立宏观本构模型。其次,采用二维离散元源程序NS2D模拟等向压缩、等应力比压缩以及双轴压缩试验,分析破损参数在不同加载条件下随宏观力学变量（体积应变和剪应变）的演变规律。最后,根据模拟结果提出破损参数数学表达式,其为大主应变的函数。研究结果表明：胶结强度、应力比以及围压均在一定程度上影响了数值试样的结构破损规律。在等向压缩和等应力比压缩试验中,容易用函数式描述数值试样破损参数随体积应变或偏应变的演变规律;而在双轴压缩条件下,由于数值试样有剪胀特性,破损参数随体积应变的演变规律则不易描述。建议的破损参数数学表达式能够较好地描述数值试样在不同加载条件下结构破损规律。     

结构性土二元介质本构模型及破损率影响因素的研究

岩土类材料是非均质的具有微缺陷的天然材料,岩土破损力学将岩土材料抽象成由结构块和结构带组成的非均质二元结构体。破损率演化方程反映了岩土材料在外部荷载作用下,结构块向结构带动态变化程度的过程。从细观尺度上分析结构性土体变形、破坏过程发展机制,揭示土体在荷载作用下结构块向结构带转化的过程。最后,针对杨陵黄土,通过三轴剪切试验,研究围压、含水率对破损率演化规律的影响。研究结果表明,单参数模型的破损率与围压和含水率没有关系,使从实验上证明参数模型的破损率是大主应变的函数。     

粘土变形特性分析

从土的微结构出发,以颗粒材料力学特性和微结构模型为基础进行了理论分析,认为结构性粘土的塑性变形包括颗粒的滑移和颗粒的破损。单纯地考虑任何一个方面,只能片面地反映结构性粘土的力学特性,而不能反映其真实变形机理。在岩土破损力学框架内分析了粘土的变形。     

人工制备结构性土力学特性试验研究

通过对结构性土的研究可以掌握天然土受荷过程中的变形破损过程, 从而为考虑土结构性的结构物设计、地基加固等提供依据。本文尝试了一种简单可行的结构性土样的人工制备方法, 通过在原状土料中加入少量水泥和盐粒以形成颗粒间的胶结作用和大孔隙组构以模拟天然黏土的结构性。然后进行了室内压缩试验和不同胶结强度土样在排水和不排水条件下的三轴剪切试验,分析结构性土样的力学特性,以探讨结构性土的破损过程和变形机理。     

循环荷载作用下海床结构粉质土的液化渗流机理定性研究

通过对黄河三角洲海床粉质土的基本性质和循环荷载作用下的喷水冒砂现象的分析,认识了海床粉质土的结构性。利用岩土破损力学原理,建立了海床结构粉质土的二元介质模型。定性分析了结构带土体在加荷、卸荷、液化渗流过程中的变形破损和在液化渗流过程中有效应力和超孔隙水压力的相互转化,指出在液化深度内,土体恢复后的固结强度应提高。这与试验结果相一致。用二元介质模型对解释试验中液化渗流差异是结构带内出现喷水冒砂和结构体上出现遍地冒水现象。     

岩土破损演化理论(Ⅰ):破损空间

指出当前利用CT数研究岩土力学的所有方法为观察研究,浪费了宝贵的CT定量化信息.利用CT数定义了岩样某点的完整度和破损度.根据完整度和破损度的水平以及集合论定义了λ水平完整域、λ水平破损域和(λ1-λ2)截理,利用测度论精确度量它们的大小,在此基础上建立了岩土介质完整空间和破损空间的概念,为利用CT数开展岩土介质力学性质定量分析开创了新途径.如果将λ水平由细观值逐渐放大到宏观值,则该方法适应于宏观岩土力学,实现了宏观力学与细观力学的统一描述,实现了连续介质力学与多孔或裂隙介质力学的统一描述.     

超固结粘土的二元介质模型

为了分析超固结粘土边坡的变形和稳定的需要,在岩土破损力学的框架内建议了一个适用于这类土的二元介质模型。该模型考虑了土体内在的不均一性,把它看作由结构块和结构带组成的复合体,两者共同分担外荷载,模型包含10参数,并拟定了这些参数的测定方法。通过模拟三轴试验的计算表明,该模型可以反映London粘土的应力-应变特征。     

颗粒物质力学及其在工程地质领域中的应用初探

由碎散物质组成的地质体失稳流滑大变形所致的地质灾害严重影响国民经济发展和人民生命财产安全,绝大多数造成此类地质灾害的对象属于颗粒物质,而地质灾害与颗粒物质力学的交叉融合一直以来都是软物质物理学和工程地质科研工作者的努力方向之一.颗粒物质是由大量离散颗粒组成的复杂无序体系,其力学特性极为复杂,根据颗粒的运动状态可以表现出...     

结构性黄土二元介质本构模型在局部化剪切带中的应用

基于破损力学理论,将结构性黄土抽象成具有一定结构强度的结构块和摩擦带组成的二元介质模型。对结构性黄土体来说,局部化剪切带问题也是土体的破损问题,剪切带萌生发展的实质就是结构块向摩擦带转化的动态过程。应用结构性土的双参数破损率二元介质本构模型,采用数值分析方法模拟了平面应变压缩条件下结构性土中局部化剪切带萌生、扩展的过程,研究了不同缺陷方案下局部化剪切带的形态、特性与规律,发现结构性土中局部化剪切带的发展起初是由一段段不连续的微小局部破坏区域在外荷载逐步作用下渐进扩展连接贯通而形成整体剪切带的破坏形式。二元介质本构模型和常规有限元的结合,形象生动地再现了局部化剪切带萌生、发展的过程。