软土的弹塑性损伤模型在BiOt固结有限元中应用

在Biot固结理论基础上，引入弹塑性损伤本构关系，建立了固结分析有限元方程。对某试验路堤进行了损伤模型计算与弹塑性模型计算的结果比较。结果表明：损伤模型的计算结果大于弹塑性模型的计算结果；损伤随着加荷时间的增长而增大；路基中心线和路基坡脚下的土损伤程度较大。     

ABAQUS在软基固结过程分析中的应用

基于ABAQUS提供的用户子程序UMAT平台,介绍了如何在ABAQUS中实现Duncan-Chang本构模型的二次开发,探讨了用ABAQUS模拟堆载预压砂井软基固结过程的方法。工程实例分析表明,ABAQUS的计算结果与现场监测数据有很好的一致性。     

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。     

水井反冲洗地层三维弹塑性固结分析

注水井反冲洗工艺是抽油机井维持正常生产的重要措施之一,反冲洗压力是决定反冲洗效率的主要因素。反冲洗过程涉及到地层与套管在水压作用下的相互耦合作用,鉴于目前对洗井压力的制定以套管抗挤压强度为依据,运用ABAQUS-6.5软件,对油藏岩石-套管进行了三维弹塑性固结有限元分析,建立了流-固耦合数学模型,研究了注水井反冲洗过程中套管、地层和流体的瞬态响应,实现了套管、地层和流体间的耦合作用,得到了套管应力随洗井时间的变化规律。计算结果表明,洗井地层的地应力分布状态和地层性质对洗井压力影响较大,主要受到地层弹性模量、渗透性能和地层水平地应力的影响。洗井压力的制定应综合考虑套管和地层状况,与单纯考虑套管的承载能力相比,其研究结果可为洗井工艺的制定提供更为准确的理论基础。     

土体三维卸荷弹塑性模型及其试验验证

天然土体经历开挖卸荷应力路径后,其应力变形特性与常规加载应力路径条件下规律存在较大差异。目前常用土体本构模型大多建立在等向固结单向加载三轴试验基础上,没有考虑初始K0固结和开挖卸荷应力路径的影响。以剑桥模型为基础,借鉴关口-太田模型的建模思想,通过引入新的应力比参数,对p-q平面上屈服轨迹硬化轴进行旋转,调整弹性区范围,以反映初始K0固结的影响;再运用变换应力法将模型三维化处理,从而使模型可以描述土体三向不等向应力状态,最终得到一个能综合反映土体K0固结开挖卸荷应力-应变特性的三维弹塑性本构模型。通过和典型室内应力路径试验结果进行对比,验证了模型的合理性。     

考虑K0固结的软土基坑工程三维非线性有限元分析

为考虑基坑工程的空间效应,土体分别采用K0固结和正常固结试样固结不排水(CU)试验得到的Duncan-Chang非线性弹性模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,运用ABAQUS软件按照三维实体单元、壳单元、梁单元考虑接触相互作用的耦合有限元法,建立了福州市一典型软土基坑工程整体三维有限元分析模型,对基坑施工的各工况下整个体系的响应进行了数值模拟"目标试验",并与实测结果和二维数值模拟结果进行了比较,结果表明,采用K0固结试样CU试验参数的Duncan-Chang模型对该基坑进行的三维非线性数值模拟分析方法是较为可靠的,较之Mohr-Coulomb理想弹塑性模型和二维有限元分析,其结果的优势是明显的,是值得推崇和具有较好应用价值的方法。     

粉喷桩处理软基的变形及固结测试分析

以广珠准高速铁路软土路堤试验粉喷桩处理段的变形及孔压测试数据为基础 ,对用粉喷桩处理深厚软土地基的沉降、基底横向差异沉降、边桩变形、孔压分布规律及固结进行了分析     

三维边坡稳定弹塑性有限元分析与评价

在边坡稳定分析有限元强度折减法的基础上,将二维分析推广到三维分析,研究了其安全系数的定义方式、屈服准则与失稳破坏标准等。算例分析表明,三维有限元分析比传统三维极限平衡方法和二维有限元分析更加符合实际,可以较好地模拟解决实际工程的计算问题。探讨了影响二维与三维分析结果的一些因素,通过分析得出结论：相同模型中选取Mohr内切圆屈服准则比选取外接圆屈服准则的计算结果偏于保守;三维边坡的侧向边界约束条件和长高比对计算结果影响较大,侧向边界全部约束时安全系数将大大增加,而安全系数随着长高比的增加逐渐减小。     

海积软土固结变形的结构性模型研究

土结构性模型是 2 1世纪土力学学科的核心问题。基于海积软土一维固结蠕变的宏观力学性状与微观结构定量分析相结合的方法 ,提出了软土在外荷作用下微观结构的演变模式 ,由此建议了一个含结构参数的固结变形本构关系。用试验资料和工程实例进行了初步验证 ,表明所建模型可以预测多级加载条件下海积软土的变形规律。     

三角形周期荷载作用下软基路堤沉降研究

采用能够同时考虑主次固结变形的Yin-Graham一维弹黏塑性模型,对三角形周期荷载作用下软土路堤运行期间和运行期结束时的长期沉降进行了理论分析,获得三角形周期荷载作用下软基路堤运行期结束时的总沉降计算公式和工后沉降计算公式。分析了三角形周期荷载作用下软基不考虑流固耦合与考虑流固耦合时长期沉降之间的相互关系,证明了三角形周期荷载作用下当循环荷载次数趋向于无穷大时软基具有最终沉降量与应力随时间增长的模式无关的性质。按照文中提供的总沉降计算公式,针对具体工程的土工参数,对路堤运行期结束时的总沉降量进行了计算,并由此确定运行期开始时软基应发生的沉降量,为合理确定高速公路路面铺筑时机提供沉降标准。     

上海软土各向异性弹塑性模型

根据同济大学真三轴仪所做的上海典型软土的排水试验、Kirkgard和Lade真三轴仪所做的旧金山湾淤泥的不排水试验资料，以及日本太田—关口(0hta—Sikiguchi)模型，提出上海各向异性弹塑性模型(简称上海软土模型)，该模型包括形状函数、屈服函数、应力—应变关系。为了证明模型的合理性，从理论和试验中对形状函数和屈服函数进行了检验。最后，提供了上海软土模型的有关参数。     

软土的一维次固结双曲线流变模型研究

软土的次固结对于软土的变形量非常重要。在软土次固结计算中,通常以次固结系数作为计算参数,但该系数不能反映荷载变化的影响,而且只适用于正常固结土。由于工程中所遇到的大都为超固结土,对超固结土的次固结计算还缺少合理的方法。通过室内试验开展了软土次固结沉降相关研究,进行了多组原状软土试样的分级加载次固结试验,试验结果表明,对于软土次固结计算,建议从次固结应变与时间关系的角度,采用双曲线形式进行拟合,并分别对正常固结和超固结状态的次固结应变参数进行分析,建立了一维次固结的经验模型公式,提出了一种考虑压力对次压缩影响的次固结沉降计算方法,并将该方法应用于现场工程项目,验证了该方法可以适用于正常固结土和超固结土,使得软土次固结沉降量的计算能够更好地反映实际工程问题。     

试论软弱筑堤土的固结效应

根据软土的排水固结效应,分析了软土强度随固结效应的增长规律,提出了考虑固结效应的堤基加载方案。同时,结合淮河入海水道近期工程软土堤段的实测资料,分析了堤基土的固结度和强度增长规律,提出了分级填筑施工法。     

高填石路堤动力响应的室内模型试验及弹塑性有限元分析

高填石路堤在工后运营过程中,长期受到动力荷载的作用。基于相似比理论建立高填石路堤动力响应的室内试验模型,以简谐振动荷载和冲击荷载模拟高填石路堤实际受到的复杂动力荷载,采用动土压力盒和加速度计拾取模型路堤在振动器作用下的响应波形,利用Drucker-Prager弹塑性本构模型进行模型路堤的动力响应有限元分析。分析结果表明,有限元分析值与实测值比较接近,即使在较大的动力荷载作用下,高填石路堤内部产生的塑性区也只是暂时的和局部的,仍可维持其整体稳定,且表现出应变硬化的动力特性。     

岩石弹塑性损伤本构模型建立及在隧道工程中的应用

在实际隧道施工过程中,隧道开挖引起地下岩体应力重分布使得围岩的微裂纹扩展损伤,并伴随有塑性流动变形。在地下水环境中对于孔隙和微裂隙围岩介质受到应力作用时,在内部将产生高孔隙水压力影响岩石的力学性质,也改变了围岩的破坏模式。为了研究损伤引起的刚度退化和塑性导致的流动两种破坏机制的耦合作用,从弹塑性力学和损伤理论的角度出发,同时引入修正有效应力原理来考虑孔隙水压力的作用,建立基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性损伤本构模型;针对该本构模型推导了孔隙水压力作用下弹塑性损伤本构模型的数值积分算法-隐式返回映射算法,分别对预测应力返回到屈服面的光滑圆锥面或尖点奇异处两种可能的情况给出了详细的描述,隐式返回映射算法具有稳定性和准确性的特点;大多数弹塑性损伤模型中涉及参数多且不易确定的问题,采用反分析方法获得损伤参数,解决了损伤参数不易确定的难题;采用面向对象的编程方法,使用C++语言编制了弹塑性损伤本构求解程序,并对所建立的弹塑性损伤模型和所编程序进行了试验和数值两个方面的验证;最后将其在吉林抚松隧道工程中进行应用,模拟了塑性区和损伤区的发展变化。研究结果表明：所建立的弹塑性损伤本构模型能够较好地描述岩石的力学性能、塑性和损伤变化趋势,所编程序能够进行实际工程问题的模拟,对现场施工给予一定的指导。     

Numerical analysis of an embankment on soft soils considering large displacements

The behaviour of an embankment built on a Portuguese soft soil is analysed considering the material and geometric non-linearity associated with a coupled soil–water formulation. The numerical predictions are compared with the field data in terms of settlements, horizontal displacements and excess pore water pressures. The repercussions of including the large displacements formulation are also studied. It is found that the analysis considering large displacements results in a decrease in settlements and an increase in the rate of excess pore pressure dissipation, both of which are related to the reduction of the thickness of a deformable layer.     

土的基本力学特性及其弹塑性描述

Cam-clay模型是在等向加载试验基础上建立起来的且能够描述正常固结土在常规三轴试验条件下应力-应变关系的最简单弹塑性模型,是建立各种土的弹塑性本构模型的基础。文中分别按加载方式的不同和土组构的不同,对描述与应力状态、应力历史、应力路径、持荷时间等因素有关的加载方式下土应力应变特性的弹塑性本构模型进行了归纳。对反映不同组构所形成的结构性、各向异性和颗粒破碎等特性的弹塑性本构模型进行了综述,并着重介绍了描述应力状态的三维化方法、反映应力历史影响的超固结土模型和模拟渐近状态路径的渐近状态模型等典型研究成果。     

竖井地基的粘弹—粘塑性固结及有限元解

用1个带双屈服面的粘弹-粘塑性模型来描述软土的流变性状，并结合Biot固结理论对软土地基的固结沉降进行有限元分析。对竖井预固结地基进行计算，以预压所产生的沉降量及所引起的附加有效应力分别大于设计载荷所引起的最终沉降量和附加应力为终止预压的依据，计算取得了合理结果。     

Stress history effects on 1‐D consolidation of soft soils: a rheological model

Stress history plays an important role in controlling the consolidation behavior of soft clays, but few models exist that can provide quantitative estimate of its influence. In this paper, the Gibson–Lo rheological model is used to simulate the coupled processes of drainage and creep of soft soils that takes stress history into account. A hybrid combination of analytical and numerical methods is adopted to solve the governing equations of consolidation with the nonlinear rheological model. The methodology is applied to a saturated soft soil subjected to surface loading. The soil profile is separated into normally consolidated and overconsolidated layers by a boundary that is allowed to move. Comparisons of the model predictions and its simulations are used to evaluate the effects of stress history, model parameters, and loading pattern on consolidation behavior. It is shown that stress history influences the location of the moving boundary, variations of the profiles of excess pore water pressure dissipation, stress and deformation‐based average degrees of consolidation. Parametric studies conducted show that when soil is stiffer, the excess pore water pressure dissipates much more quickly, and thus the soil consolidates much faster especially at the early stages. The results also show that soil viscosity influences the deformation‐based average degree of consolidation at the latter stages. The consolidation process of soil layer under linear loading is shown to lag behind those under instantaneous loading: the longer the loading period is, the smaller the average degrees of consolidation are no matter how they are defined. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.