饱和土体动力本构模型研究进展

饱和土体的动力本构模型对于土体的动力反应计算分析和岩土工程初边值问题的求解发挥着重要的作用。本文对饱和砂土干口饱和粘土动力本构模型的研究进展情况进行了较为详细的综述，并对其未来发展的一些方向和有待进一步研究的问题作了介绍。     

含黏粒砂土的循环弹塑性本构模型及其动力数值研究

首先完善上下负荷面中超固结状态参量R与结构性状态参量R*的定义表达,并以此重新推导了应力诱导各向异性上下负荷面模型,并在数值程序中再现该模型,实现土的统一本构的数值化模拟。分析了黏土以及砂土的力学特性,及其在数值模型状态变量中的差异,为模拟含黏粒砂土的实现进行理论分析。通过参数试算找出含黏粒砂土的不同黏粒含量分别所对应的模型参数。     

含黏粒砂土的循环弹塑性本构模型及其动力数值研究

首先完善上下负荷面中超固结状态参量R与结构性状态参量R*的定义表达,并以此重新推导了应力诱导各向异性上下负荷面模型,并在数值程序中再现该模型,实现土的统一本构的数值化模拟。分析了黏土以及砂土的力学特性,及其在数值模型状态变量中的差异,为模拟含黏粒砂土的实现进行理论分析。通过参数试算找出含黏粒砂土的不同黏粒含量分别所对应的模型参数。     

混凝土材料动力本构模型研究进展

综述了近20年来国内外混凝土材料动力本构模型的研究状况。对国内外最新的几种混凝土动力本构模型进行了述评，指出了各种模型的适用条件及其优缺点。最后，根据现有的研究成果及混凝土材料的动力试验研究结果，得出了建立混凝土动力本构模型中应考虑的主要因素。     

基于Finn本构模型的饱和砂土地震液化分析

天然地震作用下的饱和砂土液化问题是岩土地震工程研究的重要课题之一。目前,国内推荐使用的规范法是基于实际地震液化调查而建立的判别方法,方法本身缺乏理论基础。采用Finn液化本构关系建立了砂土液化数值分析模型,运用有限差分法的动力时程分析模块,分析了饱和砂土地基的地震液化问题。结果表明,将Finn本构模型应用于砂土液化分析,可以较好地给出地震作用过程中孔隙水压力和有效应力变化的规律。     

重塑湖相软黏土动力特性试验研究

为研究重塑湿地湖泊相软黏土的动力特性,文中利用GZZ-50B型共振柱试验机来测得湖相软黏土的动剪切模量和阻尼比,并利用Davidenkov模型对湖相软黏土的动力特性参数进行拟合,得到了最大动剪切模量G_max、G/G_max-γ和λ-γ试验曲线及动力本构模型拟合参数。通过对比分析可知:含水率和围压对湖相软黏土的最大动剪切模量影响较大,含水率相同时,最大动剪切模量G_max随围压的增大而增大;围压相同时,G_max随含水率的增大而减小。重塑湖相软黏土动力特性曲线存在一个分界点,当动剪应变小于该分界点时,动剪切模量比呈线性缓慢的下降,而阻尼比则呈现线性缓慢的增长;当剪应变大于分界点后,动剪切模量比下降和阻尼比增长的速率开始大幅加快,并表现为非线性变化趋势。试验分析处理得到的动力本构模型曲线及拟合参数可以为实际工程建设提供参考。     

复杂加载路径下堆石料动力本构模型及数值模拟

采用所发展的亚塑性边界面模型，对堆石料在不同固结应力状态、排水条件和加载方式下的典型试验进行了数值模拟分析。在本构模型的数值实施中，联合应用自适应多步回退欧拉积分规律和局部迭代加快了迭代收敛的速度，提高了积分精度，进而编制了计算程序TESTROCK。数值模拟结果与已有试验成果的对比分析表明，该模型能够合理、有效地反映堆石料在复杂加载路径下的变形和强度特性，为深入揭示堆石料变形和孔隙水压力的发展特性和进行高混凝土面板堆石坝的非线性耦合静动力分析提供了理论基础。     

基于OpenSees的砂土本构模型对比研究

饱和砂土液化是由地震引起的一种最常见的工程地质现象,也是造成重大地震灾害的主要原因之一。由于成因的复杂性和所造成灾害的严重性,饱和砂土液化一直是土动力学和岩土地震工程研究领域的重要课题。针对饱和砂土液化问题,基于开源地震工程数值计算平台OpenSees,对材料库中的4种砂土本构模型进行数值计算。采用二维u-p单元模拟土颗粒位移和孔隙水压力,分析和对比4种模型在循环动力荷载作用下的加速度、超孔隙水压力、位移、剪应力-剪应变和平均有效应力路径方面的响应结果。研究结果表明:(1)砂土对输入加速度表现出一定的放大效应,对于不同的模型,该放大效应存在一些差异;(2) Stress Density模型在循环动力荷载作用下易产生永久变形;(3)在循环动力荷载作用下,PDMY模型和CycLiqCPSP模型的强度逐渐降低,直到完全消失;(4) Stress Density模型和Manzari Dafalias模型在循环动力荷载下表现出明显的剪胀效应。研究成果对砂土液化的数值模拟问题具有重要的理论价值,可为饱和砂土的液化模拟和砂土本构模型的选取提供参考。     

砂土液化大变形本构模型及在ABAQUS软件上的实现

基于Yang和E lgam al等人提出的砂土液化大变形本构模型,对该模型的建立过程进行了详细的推导,基于新的嵌套屈服面硬化规则,对原有模型的硬化规则的不连续性做了改进,把该本构模型扩展应用到三维液化大变形的数值分析中,实现了基于ABAQUS大型商用软件计算平台上砂土液化大变形的计算子程序的开发,基于该计算平台和开发的本构模型,对动三轴试验体系中砂土试样的液化过程进行了数值试验分析,给出了试验过程中试样的竖向动位移、整体竖向应力应变关系滞回曲线和动孔压时程曲线的数值计算结果。文中初步验证了该模型在ABAQUS上开发的子程序的可靠性和数值计算模型的可行性,模型的可靠性及其子程序的稳定性还需通过试验结果和数值计算结果的对比分析与进一步验证。     

应力诱导各向异性介质中地震波的传播

主要讨论了应力变化如何影响各向异性介质中波速度的问题。推导了一般各向异性介质在初始应力下的Christoffel方程,得到介质中3种波的相速度和初始应力的关系表达式;通过实验数据验证了单轴应力能够诱导各向异性,当施加单轴应力时,速度在沿应力的方向增加最大,在垂直应力的方向增加最小,实验结果与理论推导一致;用Christoffel方程的数值解模拟在3种对称情况下的弹性各向异性介质中初始应力对波速度的影响。数值结果表明:初始应力对各向异性介质中波传播速度的影响,随着各向异性强度的增加而增大,而且速度越慢,影响越大。     

基于损伤扰动的土体本构关系研究

邓肯E-B模型无法描述软化土体的应力应变关系以及土体的剪胀效应；采用抛物线型体应变曲线的南水模型破坏时的剪胀率趋于定值，与实际土体不符。但南水模型适合描述应力应变峰值点前或最大剪胀率前土体的本构关系，邓肯模型适合描述的应变范围更小。因此，若要进行土工结构渐进破坏的分析计算，则需要建立一个适合于描述直至破坏的更大应变范围的土体本构关系。采用损伤扰动概念，将变形过程中的土体视为“相对完整”的未损伤土体和“完全调整”扰动土体的混合体，其应力应变关系可根据损伤扰动程度，由各自的应力应变关系组合确定。并根据试验提出了确定损伤扰动函数的计算公式。对体应变曲线，则采用抛物线加双曲线的形式加以描述。     

Dynamic evolution patterns of the degree of ground resistivity anisotropy and the seismogenic process

Following a new train of thinking, this paper has explored first the potential information in the ground resistivity data observed by the existing geoelectric observation system, investigated and proposed a new dimensionless geoelectric precursor factor, the degree of ground resistivity anisotropy, S, and studied the characteristics of dynamic evolution pattern of S during the seismogenic process. The results show that, during the seismogenic process, the degree of ground resistivity anisotropy (S) displays a process of 'normal' →'abnormal strengthening (amplitude, range)' →abnormal weakening' → 'earthquake occurrence'→ 'normal'. The earthquake would occur at the time when the S value has entered the late stage of strengthening and turns to weaken and in the gradient belt on the margin of S anomaly region. The dynamic evolution pattern of S reflects the changes of the tectonic stress field during the seismogenic process. Therefore, it would be possible to trace the process of earthquake generation and occurrence from the dynamic evolution pattern of S so as to service earthquake prediction.     

循环荷载下南京片状细砂的动应力——应变关系

以片状颗粒成分为主的片状结构砂与常用的圆形颗粒标准石英砂相比,在物理力学特性上有显著的差异。循环荷载作用下,饱和砂土振动孔压上升会导致土体刚度发生软化,当振动孔压累积达到一定水平时,会产生液化现象,从而引起土体结构发生破坏。采用英国WFI动三轴仪,研究了南京片状细砂在循环荷载作用下,静偏应力水平、循环应力比水平和循环次数对其动应力一应变关系的影响,考虑每一次循环过程中动应力—应变关系滞回曲线的卸载及再加载割线动剪切模量Gsec和最大割线模量Gmax的变化特性,建立了动剪模量软化的经验公式;静偏应力水平对动剪模量软化有显著影响,随着循环次数的增加,动应力—应变滞回圈逐渐向应变累积方向滑移和向应变轴方向倾斜,且彼此分离;考虑循环软化特性,采用修正的Masing准则,描述了循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系。     

Dynamic evolution patterns of the degree of ground resistivity anisotropy and the sets mogenic process

IntroductionTothefinalanalysis,earthquakepredictionisstillamarginalscienceofextremedifficultyintheworld.Tomakesomebreakthroughorpromoteearthquakeprediction,itisnecessarytostrengthentheresearchonnewtrainofthinking,newtheoryandnewmethods.Theresearchontheanisotropyofcrustalmediaduringtheseismogenicprocesshasbeentakenmoreandmoreseriouslybyseismologists.Inthepast,manyscholarsoftenmadestudiesonthefeaturesofmediainresponsetoseismicwavesandachievedsomeprogress(Teng,etal,1992).Thispaperstudiestheelect…     

应力主轴旋转条件下各向异性云母砂变形的试验研究

实际工程中人工填土由于碾压的施工方法不同都存在不同程度的各向异性,在这些工程的不同阶段内部土体受力状态将发生变化,应力主轴会发生一定角度的偏转,导致诱发各向异性的产生。为了研究这种工况下,土体的变形特性,文中以固有各向异性较为明显的云母砂为研究对象,采用香港科技大学的自动控制空心圆柱扭剪仪进行了应力主轴连续旋转的循环扭剪试验,根据试验结果获得云母砂的诱发各向异性变形规律。     

粉煤灰改良饱和黄土动力特性研究

以资源循环再利用与提高饱和黄土地基抗震性能为目的,通过对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土进行动弹性模量-阻尼比试验,研究了动荷载作用下粉煤灰掺量对饱和改良黄土动骨干曲线的影响,同时对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土初始动弹性模量、最大动应力幅值、动弹性模量与阻尼比进行了对比研究。研究结果表明:饱和压实素土与不同掺量粉煤灰改良饱和黄土动骨干曲线均可用双曲线模型进行描述,模型参数受粉煤灰掺量影响较大;粉煤灰的掺入可有效改善饱和黄土地基抗震性能,随粉煤灰掺量增加,不同掺量饱和改良黄土动弹性模量与阻尼比分别总体呈增大与减小趋势;考虑粉煤灰改良饱和黄土抗震性能与经济成本,提出了饱和改良黄土最佳粉煤灰掺量为20%~25%;并基于回归分析,给出了饱和改良黄土动弹性模量衰减经验公式与阻尼比增长经验公式及其拟合参数。     

饱和黏土振动弱化性态的边界面模型分析

基于增量弹塑性边界面理论,构建一种可以描述振动应力作用下饱和黏土弱化的边界面应力应变关系。该关系利用具有严谨理论基础的旋转硬化法则描述振动应力作用过程中边界面大小与位置的变化,并将塑性累积偏应变长度作为反映振动应力历史对饱和黏土应力应变响应影响的状态参数,通过建立包含状态参数的塑性模量插值关系描述饱和黏土振动弱化应力应变响应,进一步按照正交流动法则形成增量应力应变关系。该关系包含9个参数,其中5个是剑桥模型参数,其余4个参数有相对明确的物理意义。利用所构建的边界面应力应变关系,对两种黏土的等压固结不排水静三轴试验和动三轴试验进行预测,并与试验结果进行比较,结果表明这一关系能够较好描述振动应力作用下饱和黏土刚度与强度弱化特性。     

Dynamic analysis of structures with Maxwell model

A numerical method has been developed for the dynamic analysis of a tall building structure with viscous dampers. Viscous dampers are installed between the top of an inverted V‐shaped brace and the upper beam on each storey to reduce vibrations during strong disturbances like earthquakes. Analytically, it is modelled as a multi‐degree‐of freedom (MDOF) system with the Maxwell models. First, the computational method is formulated in the time domain by introducing a finite element of the Maxwell model into the equation of motion in the discrete‐time system, which is based on the direct numerical integration. Next, analyses for numerical stability and accuracy of the proposed method are discussed. The results show its numerical stability. Finally, the proposed method is applied to the numerical analysis of a realistic building structure to demonstrate its practical validity.     

Effect of consolidation ratios on maximum dynamic shear modulus of sands

The dynamic shear modulus (DSM) is the most basic soil parameter in earthquake or other dynamic loading conditions and can be obtained through testing in the field or in the laboratory. The effect of consolidation ratios on the maximum DSM for two types of sand is investigated by using resonant column tests. And, an increment formula to obtain the maximum DSM for cases of consolidation ratio κc>1 is presented. The results indicate that the maximum DSM rises rapidly when κc is near 1 and then slows down, which means that the power function of the consolidation ratio increment κc-1 can be used to describe the variation of the maximum DSM due to κc>1. The results also indicate that the increase in the maximum DSM due to κc>1 is significantly larger than that predicted by Hardin and Black's formula.