抛物线型屈服面人工冻土蠕变本构模型研究

利用自行研制的W3Z-200型冻土三轴压缩蠕变仪,对淮南地区深表土冻土进行了三轴蠕变试验。根据试验结果,提出以标准黏弹塑性模型为基础,并耦合温度自由度,应用抛物线型屈服准则对模型中的黏塑性项进行改进,建立了新的本构模型来描述高围压复杂应力状态下冻土的蠕变变形特征。基于ADINA有限元软件平台,开发了冻土本构子程序。对淮南某冻结井筒开挖过程进行了数值模拟,计算结果验证了冻土抛物线型黏弹塑本构模型的正确性和合理性。     

冻土的蠕变及蠕变强度

基于试验，本本讨论分析了冻土三轴蠕变规律及温度和围压对冻土蠕变强度的影响，给出了土蠕变及蠕变强度随时间降低的方程式，进而提出了冻土蠕变强度的物型屈服准则。通过改变参数可将冻土的瞬时强度准则与冻土的瞬时强度准则与冻土的蠕变强度准则统一为同一个方程描述。     

冻土蠕变模拟实验的相似条件

从线性粘弹性理论出发，在满足Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ叠加原理的情况下，给出了模型实验应满足的一般相似条件，由此出发，进一步讨论了冻土蠕变模拟实验的相似条件，得出了由模型实验结果计算原型应力、应变及位移的公式。     

冻土蠕变的光粘弹性模拟实验可行性研究

本从冻土蠕变参数的确定，光粘弹性实验材料的制作及平面问题求解的原理诸方面，进行了冻土蠕变的光粘弹性模拟实验可行性研究，结论是可以实现所要求的条件，进行模拟实验。     

高温冻土的蠕变特性试验及蠕变模型研究

为了研究高温冻土蠕变变形特征以及各影响因素对蠕变的作用, 分别在含水量15%、 25%及35%, 荷载100 kPa、 200 kPa及300 kPa, 温度-1.5 ℃、 -0.7 ℃及-0.3 ℃的条件下开展了室内单轴蠕变试验, 分析在无侧限条件下高温冻土在不同温度、 荷载及含冰量条件下的蠕变变形特性。结果表明： 在当前试验条件下, 冻土蠕变变形非常可观, 且蠕变曲线都没有出现渐进流阶段; 温度是影响冻土蠕变的最重要的外在因素, 而含冰量是影响冻土蠕变的关键内在因素; 在高含冰量条件下温度及荷载的改变对蠕变速率的影响非常显著, 甚至引起量级上的差别。在现有试验条件下, 高温冻土蠕变过程可利用Burgers黏弹性模型来较好地描述。     

有圆形孔的冻土蠕变的光粘弹性模拟实验

从线性粘弹性理论出发，在满足Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ叠加原理的情况下，给出了模型实验应满足的一般相似条件，进一步讨论了冻土蠕变模拟实验的相似条件。确定了冻土及光粘弹性模型的蠕变参数。在此基础上对有圆孔的冻土蠕变进行了光粘弹性模拟实验，得到了孔边应力随时间变化的结果。     

屈服矿柱渐进破坏及应力分布数值模拟

采用拉格朗日元法,在矿柱端面上不存在水平方向摩擦力条件下,模拟了屈服矿柱的剪切带图案、渐进破坏特征、水平应力及垂直应力分布及演变。在弹性阶段,煤的本构关系为线弹性。峰值强度后煤的本构模型取为莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。数值计算结果表明,矿柱具有渐进破坏特征。破坏首先以剪切带的形式发生在矿柱的4个角上。然后,矿柱两帮的剪切带逐渐向矿柱内部发展,形成两套剪切带网络,直到两套网络重叠,并进一步演化。倾斜的剪切带多次穿透矿柱。当矿柱处于峰值强度后,矿柱水平及垂直应力分布曲面已经变得凹凸不平。凹陷、凸起区分别对应剪切带中心及边缘。矿柱中部的水平应力较边缘大。因此,其边缘的强度较中心低。严格地讲,水平及垂直应力的分布不是单调的,呈现锯齿型。其原因是矿柱发生了条带状局部破坏。矿柱承载能力的不均匀性由矿柱水平应力的不均匀性所决定。     

冻土蠕变指标试验研究

通过不同温度、不同加载应力作用下冻结兰州黄土、黏土、砂质黏土的蠕变试验,分析了蠕变曲线、初始应变、流变起始应变与流变起始时间、破坏应变与破坏时间及相对蠕变指标.结果表明：3种土质冻土的蠕变曲线变化规律大致相同,加载过程中,应变非线性增加,且加载应力越大、温度越高,初始应变越大;流变起始时间与破坏时间都与加载应力、温度有密切关系,加载应力越大、温度越高,越先出现流变和破坏. 对于相同的土质,加载应力和温度对流变起始应变、破坏应变的影响不大;对于不同土质的初始应变、流变起始应变和破坏应变,都是黏土最大、砂质黏土次之、兰州黄土最小. 3种土质冻土的初始加载段和非稳定蠕变段所占的时间较短,但产生的应变却较大;同时,温度越高,相对流变时间越短、相对破坏时间越长,说明非稳定蠕变阶段所占的时间随温度的升高而变短、稳定蠕变阶段所占的时间随温度的升高而变长.     

冻土单轴蠕变过程中结构变化的CT动态监测

ＣＴ为岩土材料非破坏的持续检测和内部结构的定量描述提供了可能，利用这一手段观测分析了冻土单轴蠕变过程中结构的变化情况，结果表明蠕变过程中结构缺陷的增生与扩展制约着土的结构的强化与弱化作用，控制着蠕变过程形态特征。易破坏区首先发生于样品的低密段，在软弱段的某一薄弱层面形成一环状低密带，然后向外扩展，最终导致整体结构的破坏。     

冻结黄土的拉伸蠕变特性

本以为依据揭示饱水冻结黄土拉伸蠕变过程的若干特点。拉伸蠕变同样具有两类三阶段性质，与压缩蠕变相比，拉伸非衰减蠕变的总变形小，第Ⅲ阶段变形的比例不大，历时短，不论土温高低最终均发生脆性破坏，根据应变速率－时间曲线特征提出拉伸蠕变方程，对第Ⅲ阶段变有较好的表述。     

冻粘土蠕变损伤耦合本构关系研究

以冻土试验为基础,提出了冻粘土服从DP屈服准则的粘塑损伤变量,通过推导得到了相关联流动法则下的冻土粘弹塑性损伤耦合本构方程.为了研究粘弹塑性和损伤的耦合作用,将建立的冻土材料粘弹塑性损伤耦合本构模型,通过用户子程序嵌入到ADINA有限元中.结果表明:粘弹塑损伤耦合本构模型能较好的模拟冻粘土加速蠕变过程,与实测蠕变吻合较好.     

冻土三轴蠕变过程中结构变化的CT动态监测

利用ＣＴ手段观测了分析冻土三轴压缩蠕变过程中结构的变化情况，结果表明，蠕变过程中围压的作用抑制了冻土体中裂隙的增长，加强了结构的强化作用，致使冻土在不稳定蠕变阶段和稳定蠕变阶段表现出结构强化占优势，随着非弹性变弄的进一步累积，如果结构强化仍然占优势，则变形具有衰减特征；如果弱化作用克服了围压效应占主导，则发展以破坏而告终的非衰减蠕变，破坏首先发生在样品低密段的薄弱区，在样品表面形成拉伸裂缝，然后向     

粘弹塑本构模型及用于冻土数值计算的柔度矩阵

随着寒区经济发展及冻结法施工技术在工程中的推广应用,对冻土蠕变的深入研究显得尤为重要.对冻土单轴流变试验结果分析,用非线性牛顿体替代线性牛顿体,从而对西原模型进行了改进,得到了冻土三向应力状态下的本构方程;并利用D-P屈服准则推导出应用与数值计算的柔度矩阵.通过有限元程序的二次开发,将本构模型添加到大型非线性程序ADINA中.用三轴蠕变试验检验了粘弹塑本构模型,获得相应的试验拟合曲线.结果表明:三轴蠕变试验与理论计算结果吻合良好,说明粘弹塑本构模型可以描述冻土在高应力下反映的非衰减性蠕变变形特征.     

冻结砂土在动荷载下的蠕变特征

通过分析不同试验条件下的蠕变过程曲线,探讨了冻结砂土在动荷载下的蠕变模型,分析了最大加载应力,温度及加载频率对冻土蠕变破坏应变,破坏时间和最小蠕变速率的影响.结果表明,当最大加载应力变大时,破坏应变增加,破坏时间缩短,最小蠕变速率变快;加载条件相同时,温度越低,破坏应变越小,破坏时间越长,最小蠕变速率越小;加载频率变化时,最小蠕变速率的变化无明显规律,都在一个量级范围内,当频率变大时,最小蠕变速率略有变小的趋势.频率增加,破坏时间缩短,破坏应变减小.频率小于7Hz时,频率对破坏应变和破坏时间影响较大,而当频率大于7Hz时,随频率加快,破坏时间和破坏应变只略有减小.     

冻土三轴蠕变非线性数学模型研究

采用MTS-810液压伺服材料试验机, 对人工配制的冻黏土试件进行了三轴蠕变试验, 获得了冻黏土在复杂应力状态下的蠕变曲线. 结果表明: 冻土的蠕变变形具有较强的温度敏感性, 温度越高, 这种温度敏感性越强; 相同温度下, 荷载越大, 变形越大. 运用相关理论, 推导了冻黏土在复杂应力状态下的三轴蠕变非线性数学模型, 采用MATLAB软件的数据拟合功能得到了模型方程参数的数值, 模型参数与温度之间存在密切关系, 建立了二者之间的数学表达式. 冻土三轴蠕变非线性数学模型的曲线与试验曲线拟合精度较高, 建立的数学模型可以精确体现冻土的蠕变规律, 能够为实际冻土工程的变形发展预测提供有效的理论指导.