基于SMP的岩土各向异性强度准则

基于SMP准则,假定材料的摩擦角随沉积面和SMP的夹角而变化,通过主应力空间和物理空间的变换,将SMP的法向量变换到物理空间,以沉积面和SMP的最小夹角α为参数提出了一个各向异性强度峰值Mα。从而得到一个各向异性强度准则,适用于横观各向同性岩土材料,通过试验条件下的数据验证表明,该各向异性强度准则能够较好地描述各向异性土的强度变化规律。     

初始应力各向异性土的弹塑性模型

剑桥模型沿球应力轴(p 轴)等向塑性体变硬化; 在日本广泛采用的关口 — 太田模型沿初始固结线( K0 线)不等向塑性体变硬化。三轴试验数据表明: 自 K0 状态向伸长方向剪切时, 前者方法计算的体积应变偏小, 而后者方法计算的体积应变偏大。 作者提出一种介于上述两者之间 、考虑初始应力各向异性(如 K0 固结)的不等向塑性体变硬化弹塑性模型。 为了使模型在三维应力下较好地反映土的强度和变形特性, 模型的剪切屈服准则使用 SMP 准则。模型的土性参数与剑桥模型一样, 其预测值与粘土实测值的比较表明, 提出的模型是简单合理的, 可望在实际工程计算中得到使用。     

基于FLAC3D含SMP强度准则黏弹塑性模型的二次开发

在分析岩土工程时通常会用到强度准则,在众多强度准则中,SMP准则的物理意义最为明确,其屈服函数表达式是非线性形式,对其进行二次开发研究具有较为重要的意义。利用FLAC3D的二次开发平台,使用VC++环境在FLAC3D软件中实现了含SMP强度准则的黏弹塑性模型的开发,其中的SMP强度准则推广到了黏性土,通过一个简单的算例验证了程序编制的正确性和可靠性,所采用的相关二次开发的思路可以为其他强度准则及流变本构模型的二次开发提供参考。     

广义非线性强度理论体系

广义非线性强度理论用一个表达式统一描述各种材料在 平面及子午面上的非线性强度特性,形成了一个全新的非线性强度理论系统,使非线性强度理论从适用于某一类特定材料的单一非线性强度理论发展到可以适用于众多不同材料的广义非线性强度理论,完善了强度理论体系。广义非线性强度理论包含了一系列现有的和可能有的单一非线性强度理论,如Mises准则、SMP准则等。利用土、岩石和混凝土强度试验结果验证了广义非线性强度理论适用于多种材料的优越性。     

土体强度各向异性基坑的抗隆起稳定性分析

天然土体通常为非均质、各向异性土体,目前常用的基坑抗隆起计算方法多是针对均质各向同性土体的。采用非均质非线性各向异性岩石破坏准则,考虑土体原生各向异性,假定Prandtl破坏模式,采用地基承载力模式进行基坑的抗隆起稳定性分析。根据滑移线理论计算承载力,利用有限差分法结合边界条件编制出相关计算程序,并定义基坑抗隆起稳定性系数。研究表明,各向异性比的提高会降低安全系数;内摩擦角和插入比的增大可有效提高基坑的稳定性。     

土破坏新准则的推导与验证

基于SMP准则和Lade强度准则,推导出新的无黏性土强度准则表达式,它较好地反映了单个主应力对滑动面的交叉影响,而不是仅局限于中主应力的影响。通过与真三轴试验数据的对比,发现该新准则在π平面上与试验数据较为吻合,优于上述两个传统的强度理论。     

基于状态曲面的非饱和土强度准则及其验证

考虑体变对非饱和土土-水状态的影响,将状态曲面函数引入传统的Vanapalli强度公式得到与孔隙比相关的抗剪强度准则,新准则使用饱和土的强度参数和两条不同孔隙比对应的土-水特征曲线。选择一种尾矿砂和高岭土的混合土料为研究对象,进行一系列的土-水特征曲线试验、吸力控制的等向压缩和三轴剪切试验。试验结果表明,新准则能更准确地预测非饱和土的强度,证明了传统强度预测的误差主要来源于忽略了体变导致的土-水状态变化,并提出在不同应力空间内精确地获得抗剪强度包线的方法,合理地解释了强度包线斜率在净应力-强度平面内随吸力增大、强度包线形状在吸力-强度平面内随净应力发生变化的特性。     

考虑饱和黏土初始各向异性的循环边界面塑性模型

天然土体的初始各向异性通常可对其后继循环特性产生显著影响。现有考虑循环载荷作用的土体弹塑性模型,往往采用类似修正剑桥模型的椭圆形屈服面,已有研究表明,该椭圆形屈服面因其拉伸弹性区域偏大,针对天然K0固结状态的土体,其计算精度较差。基于新近提出的广义各向同性硬化准则,在边界面方程中引入初始各向异性张量,并采用空间滑动面破坏准则（SMP）的变换应力法,建立了能考虑饱和黏土初始各向异性的循环边界面塑性模型。分别针对等压和偏压固结的饱和黏土静、动三轴试验进行模拟,结果表明,该模型能合理反映土体的初始各向异性及其后继循环动力特性。     

基于超微型贯入试验的黏性土干燥过程中结构强度演化规律研究

研究土体结构强度对了解土体开裂破坏过程和预防相关工程地质问题有重要意义。以南京地区下蜀土为对象,采用超微型贯入试验方法,分析了试样在干燥过程中的结构强度演化特征。结果表明:所采用的超微型贯入试验方法为定量研究土体在干燥过程中结构强度的演化规律提供了可行的途径,该方法具有操作简单、精度高和含水率适应范围大等优点; 在干燥过程中,当试样处于高含水率阶段时(w24.27%),剖面上的结构强度基本保持一致,空间差异性较小; 在低含水率阶段(w24.27%),试样结构强度空间差异性显著增强,随深度的增加,结构强度呈递减趋势并逐渐趋于稳定; 总体上,土体的结构强度在干燥过程中随平均含水率的减小呈指数递增趋势,这主要是由于土体水分蒸发导致吸力增加,土颗粒之间的作用力增强。此外,由于土体发生收缩变形,土体孔隙比减小,土颗粒间联接点增加,也会对结构强度产生贡献。     

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。     

软岩洞室最优支护的广义SMP准则解与对比研究

现有洞室最优支护设计均基于Mohr-Coulomb（简称M-C）准则,不能真实反映岩石强度的中间主应力效应以及围岩的三向不等应力状态。基于广义SMP准则和稳定蠕变J3准则,考虑中间主应力对岩石强度的提高作用,建立了软岩洞室最优支护力与围岩允许最大位移的理论解答。洞室最优支护解答对M-C准则、外接圆Drucker-Prager（简称D-P）准则均具有很好的拓展性,且工程实例验证了其正确性。研究结果表明：3种强度准则结果间的差异实际反映的是对中间主应力效应的不同考虑,M-C准则和外接圆D-P准则对应的结果是两个极端情况,推荐选用广义SMP准则解答;岩石长期强度是洞室最优支护设计的关键参数,围岩凝聚力与内摩擦角的影响亦很显著,应合理测定岩石的强度参数并充分考虑变异性。     

SMP准则在计算煤柱极限强度中的应用

基于黏性材料的SMP（spatially mobilized plane）破坏准则,分析了煤柱在三维应力状态下的应力问题,并推导了煤柱极限强度的计算公式。通过改变煤体的内摩擦角? 和凝聚力c,与Mohr-Coulomb准则下煤柱极限强度以及简化的A. H. Wilson公式得到的煤柱极限强度进行对比,结果表明,Mohr-Coulomb准则和A.H.Wilson公式由于忽略了煤柱中主应力的影响,其得到的极限强度计算公式低估了煤柱实际极限强度,说明基于黏性材料的SMP准则下的煤柱极限强度计算符合实际,对于分析煤柱的稳定性具有一定的现实指导意义。     

基于SMP准则柱孔扩张问题相似解

以柱孔扩张理论为基础,将柱孔扩张后塑性区半径b作为时间刻度,引入扩孔速度概念,将塑性区内任意一点的应力、应变描述成塑性区半径b和柱孔扩张后扩张体单元距孔心距离r的函数,采用平面应变条件下无黏性土的SMP准则和不相关联流动法则,考虑到无黏性土的剪胀性,推导出柱孔扩张后极限扩张力 的相似解。通过参数分析表明,土体强度和剪胀性对塑性区半径和极限扩张力产生很大的影响,即随着土体强度和剪胀性的增加,极限扩张力明显增加,相应塑性区半径却随之减小。通过与基于摩尔-库仑准则解答进行对比分析表明,考虑中间主应力影响的SMP准则所得到的极限扩张力明显高于基于摩尔-库仑准则的解答。该解答为无黏性土中进行静力触探（CPT）试验和静压桩等岩土工程问题提供必要的理论依据。     

Stability analysis of an embankment resting upon a column‐reinforced soil

The design against failure of an embankment resting upon a soft soil improved by a group of columns is investigated with the help of the yield design homogenization approach. Assuming that both constituents of the reinforced ground are purely cohesive materials (‘lime column’ technique), an upper bound estimate for the macroscopic strength condition of the reinforced soil as a homogenized medium is first obtained, providing definite evidence of a shear strength anisotropy associated with the reinforcement preferential orientation. The kinematic method of yield design is then performed on the basis of such a criterion, making use of rotational failure mechanisms involving slip circles in the reinforced ground. Upper bound estimates are finally obtained for the embankment stability factor, as functions of the degree of reinforcement and relative thickness of the soil layer. These results are compared with those derived from a simplified analysis, where the reinforced soil is assumed to exhibit an averaged isotropic cohesion. This comparison clearly indicates that the latter simplified analysis may produce quite unsafe estimates for the embankment stability, which can be attributed to the fact that it fails to capture the inherent strength anisotropy of the reinforced soil. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

土的三重屈服面应力-应变模型与SMP准则的结合

土的三重屈服面应力应变模型在国内有一定的影响力,它把土的塑性应变分成3部分,每一部分对应一个屈服面,分别为压缩屈服面、剪切屈服面和剪胀屈服面,从而在一定程度上反应了土的基本特性。但它在由三轴压缩应力状态向其它应力状态转化时,塑性系数需要重新确定,比较繁琐。而SMP准则能合理反映土的破坏特性,在国际上有一定的影响力。借用应力变换三维化方法,通过把土的三重屈服面应力应变模型和SMP准则相结合,使得原有的模型在不做任何假设的条件下,采用统一的塑性系数,由三轴压缩应力状态简单地转化到一般应力状态,并且能够考虑应变的分叉特性,能合理地预测已有的试验数据。     

考虑应力路径影响下砂土的三维本构模型

应力路径是影响土的应力-应变关系的一个重要因素。通过对一组砂土（日本Toyoura砂）三轴试验结果的详细分析,揭示了应力路径对剪应变及体积应变的影响规律,进而建立了能反映应力路径影响的应力-应变增量本构模型,提出的统一硬化参数反映了其剪胀特性,引入的变换应力能反映三维应力-应变特性。     

考虑强度各向异性的边坡稳定有限元分析

天然沉积的土层总是表现出一定程度的强度各向异性,但现有的边坡稳定有限元分析极少考虑各向异性的影响。对大型有限元软件ABAQUS进行二次开发,使其能够考虑土体黏聚力随大主应力方向的变化,动态更新增量迭代求解过程中边坡不同位置处的抗剪强度,进而提出具备安全系数自动搜索功能的各向异性边坡稳定分析方法。计算结果表明,均匀边坡的有限元解与极限分析上限解相差很小。如果采用土体固结方向的黏聚力并按各向同性评价缓坡的稳定性,可能严重高估安全系数,尤其是在黏聚力较高的情况下。与极限分析不同,建立的强度更新有限元模型能够分析成层边坡的稳定性。     

冻结粉土强度准则探讨

冻土的强度随围压的增加呈先增大后减小的趋势,通过修正子午面内q-p曲线的斜率M*来探讨冻土强度变化规律。基于摩尔圆和包络线定理,推导了冻土内摩擦角随平均正应力的变化规律。假定偏应力的大小采用Mohr-Coulomb和Von-Mises强度准则的组合形式表示,将内摩擦角引入到偏平面中获得了偏平面内的强度准则。在不同温度（-6、-10、-15 ℃）和0.3～15.0 MPa围压下对冻结粉土进行了一系列低温三轴压缩试验,根据试验结果确定了子午面和偏平面的相关强度参数。结果表明：（1）子午面内的强度准则能较好模拟冻土在低围压下的强化效应和高围压下的弱化效应;（2）内摩擦角随平均正应力增大呈先增大后减小的趋势;（3）随控制参数s的增加,在偏平面内偏应力由Mohr-Coulomb包络线逐渐向Von-Mises包络线转化,其形状大小与极限强度值呈一一对应关系。最后通过试验结果与已有的强度准则对比表明：修正的强度准则具有一定的适用性。     

三维弹塑性模型在路堤软基固结分析中应用

针对基于SMP准则改进的剑桥模型(MCC-SMP),采用弹性预测和塑性修正两阶段的回映算法,给出了应力更新算法,根据其算法编制了非线性有限元子程序,进行了三轴压缩、三轴伸长及平面应变等单元试验问题的数值模拟,通过数值分析和试验结果的对比,验证了子程序的精度;采用该本构模型,对澳大利亚某试验段路堤软土地基固结进行了三维有限元分析,重点分析和对比了孔压、沉降及水平位移的变化规律。