非共轴本构模型的数值计算问题

应用角点非共轴本构模型结合有限元方法分析浅基础的受力沉降问题。当非共轴塑性模量较小时,包含非共轴模型子程序的ABAQUS的非线性计算可能不收敛。深入地分析表明,不收敛问题是由于在塑性变形刚开始时,非共轴的塑性应变增量明显大于共轴的塑性应变增量。为了克服数值不收敛问题,对原有的角点非共轴模型加以改进。在改进的模型中,非共轴塑性模量是累加塑性剪应变的函数。计算结果表明,这个改进的非共轴模型提高了非线性计算的收敛性,同时保持了原有非共轴模型的功能。     

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.     

一种新的本构模型及参数标定

在现行本构模型研究的基础上,建立了一种全新本构模型,它可以描述4种行为特征：弹性-弹塑性-软化、弹性-弹塑性-硬化、理想弹塑性、弹脆性;其模型参数只有4个,现行模型只是该模型的特例（如：邓肯-张模型）,介绍了模型参数的决定方法,其决定的依据是：模型所描述的行为特征与实测数据之间相关度最优;分析了岩土体破坏后区特征,提出岩土体破坏后区行为可以定义为视应力-视应变特征。并以实例对该模型进行了说明,结果表明,该模型可以描述岩土体的行为特征,并对虚内键模型、弹簧模型和离散单元法等具有借鉴作用。     

硅藻质软岩的三维弹粘塑性模型分析

基于Perzyna的弹粘塑性理论的基本假设、粘塑性流动法则及殷建华和Graham的三维弹粘塑性模型,得出了在三轴应力状态下的本构关系表达式。殷建华和Graham的模型提出了“等效时间”,“瞬时时间线”,“参考时间线”,“极限时间线”等一系列新的概念。用三轴应力状态下的本构关系表达式对软岩的固结不排水三轴剪切试验进行了模拟计算,并与试验结果进行了比较。结果表明：数值模拟计算结果与试验结果几乎一致。该模型简单、实用、精度较高,可以模拟硅藻质软岩材料与时间有关的应力-应变关系、孔隙水压力与应变的关系,以及有效应力路径等。     

岩石粘弹塑性模型的研究

根据岩石粘聚力在流变中的作用提出了新的流变机理,建立了新的一维粘弹塑性本构模型,推导了相应的一维蠕变本构关系和相应的一维松弛本构关系,并对蠕变实验结果进行了模拟,结果表明该模型能够反映岩石流变的全过程和模拟岩石蠕变中的第三蠕变,可以避免建模中的模型识别过程,反映岩石流变的机理,物理意义明确,适用范围广。实验证明该模型是合理的。     

岩石弹脆性分维损伤本构模型

本文定义岩石构元中破裂面的分维值为各向同性损伤变量,而各个方向上裂纹面的累加量定义为各向异性损伤变量,并根据裂纹发育特征提出了损伤变量演化方程,从而建立起岩石脆性变形破坏过程的分维损伤本构模型。最后,利用该模型对大理岩单轴压缩应力应变曲线进行了模拟,结果说明本文提出的模型是较为合理的。     

非共轴本构模型在地基承载力数值计算中若干影响因素的探讨

土体在剪切变形过程中产生主应力方向的旋转时,主应变增量方向与主应力方向之间存在着非共轴现象,然而传统的弹塑性本构模型未能考虑该现象的影响。通过在屈服面的切线方向增加一项非共轴塑性应变增量,即可实现对非共轴现象的反映。采用显式积分算法和自动分步方法,将非共轴本构模型运用到桶形基础地基承载力问题的有限元计算中,并讨论了流动法则、内摩擦角、膨胀角等因素与非共轴模型的联系。计算结果表明：采用有限元程序默认容许误差时,该本构模型可达到理想的收敛精度,并且,该模型对关联、非关联流动法则均适用。采用共轴模型进行数值计算时,不同流动法则对计算结果的影响可以忽略;采用非共轴模型时,不同流动法则的计算结果之间存在差异。非共轴现象对地基承载力-位移曲线具有软化作用,并且,该软化作用在采用非关联流动法则时变得更加明显     

粘土的粘塑性特性试验与三要素本构模型

研究了3种粘土的未扰动试样和重塑试样在三轴排水固结试验条件下的粘塑性。在试验过程中,利用计算机控制应变控制式三轴仪的加载速度,实现了在不同加载阶段的不同恒应变率加载。依据应力对应变率改变的响应程度对粘土的粘塑性进行了评价。实验结果表明,粘土的粘塑性表现为等时特性,并且经过一定时间的蠕变后,粘土强度会有较大地提高。并指出粘土的粘塑性应力-应变特性可以较好地采用非线性三要素模型对它进行描述。     

土体与时间相关的一维应力－应变性状、弹粘塑性模型和固结分析

论文根据室内实验结果首先提出一维变形状态下应变与时间相关的应力－应变性状。回顾了已有的与时间相关的土体应力－应变性状和固结分析中的一维本构模型和团结理论，并对这些模型和理论的局限性以及一些错误进行了讨论．然后引入了等效时间的概念和其它一些概念，并且详细介绍了怎样使用这些概念推导弹－粘－塑性（ＥＶＰ）本构模型（殷和格雷厄姆（Ｇｒａｈａｍ），１９８９ａ，１９９２ｂ；殷，１９９０）。采用加拿大ＮｏｖａＳｃｏｔｉａ的Ｈａｌｉｆａｘ港有机质粉质粘土的多级蠕变试验资料检验该模型中的基本概念、假设和确定该模型的参数。该模型已被用于荷载等级变化条件下粘土层的一维固结分析，其分析结果与大沙基固结理论和假说Ａ进行了比较。分析结果表明应用ＥＶＰ模型的固结模式可模拟不变荷载下粘土的粘滞性引起的孔隙水压力上升现象。     

大型地下储油洞粘弹性稳定性分析

在大型地下岩洞中储油是世界各国石油战略储备的重要方式之一。随着我国石油进口量的不断增加,建造大型地下储油洞库无疑是一种综合经济效益良好的方案。针对大型地下水封储油岩洞库的工程特点,利用数值模拟方法对储库洞群中各洞室的开挖施工顺序进行了仿真模拟计算。通过对3种可能的施工方案所引起的地表变形、洞周关键位置的变形以及应力场和位移场的分布规律对比分析,比选出了洞群中各洞室较优的开挖先后顺序。对筛选出的较优方案进行了施工过程与粘弹性稳定性分析模拟,给出了考虑岩体流变特性时油库的变形规律特点,并对大型地下油库的强度及长期稳定性进行了分析评价,所得结论对地下储油库的开挖施工有一定的参考价值。     

An internally consistent integration method for critical state models

A new procedure to integrate critical state models including Cam–Clay and modified Cam–Clay is proposed here. The proposed procedure makes use of the linearity of the virgin isotropic compression curve and the parallel anisotropic consolidation lines in e–ln p space which are basic features of the formulation of critical state models. Using this algorithm, a unique final stress state may be found as a function of a single unknown for elastoplastic loading. The key equations are given in this article for the Cam–Clay and modified Cam–Clay models. The use of the Newton–Raphson iterative method to minimize residuals and obtain a converged solution is described here. This new algorithm may be applied using the assumptions of linear elasticity or non‐linear elasticity within a given loading step. The new algorithm proposed here is internally consistent and has computational advantages over the current numerical integration procedures. Numerical examples are presented to show the performance of the algorithm as compared to other integration algorithms. Published in 2005 by John Wiley & Sons, Ltd.     

高含冰量冻土路基融化固结规律研究

为了研究高含冰量冻土路基的融化固结规律,在线性大变形融化固结理论的基础上引入非线性本构关系,并运用分段插值法实现了孔隙比与压缩模量之间的非线性关系,完善了三维大变形融化固结数值模拟方法。在此基础上结合青藏公路实测数据验证了其合理性。研究结果表明,采用非线性应力-应变关系的大变形融化固结理论能够显著提高高含冰量冻土路基的沉降计算精度,并能够进一步合理描述热学场和力学场的相互叠加影响。冻土融化固结度受有效融化固结时间以及特征排水长度等因素的影响呈现出完全不同于融土路基的发展规律,即在路基运营初期其融化固结度上升,随着时间发展,其固结度在达到峰值后持续降低,这主要是由于融化深度持续增大后所引起的特征排水长度的增加和有效融化固结时间的缩短所造成的。因此,在计算高含冰量冻土路基稳定性设计指标时,应采用非线性应力-应变关系来进一步提高融化深度、沉降以及固结度等指标的计算精度。     

节理岩体爆破数值模型及模拟研究

运用多刚体系统动力学及接触冲击理论建立了节理岩体弹塑性动态本构模型。基于DYNA－2D程序原理及其框架,利用所建模型,模拟了节理岩体的爆破过程,量化了节理岩体在爆炸载荷作用下不同时刻的应力场。     

Generalized trapezoidal numerical integration of an advanced soil model

This paper investigates the numerical performance of the generalized trapezoidal integration rule by using an advanced soil model. The generalized trapezoidal integration rule can include many other integration algorithms by adjusting a single parameter α ranging from 1 to 0. The soil model used is the recently developed middle surface concept (MSC) sand model which simulates different soil response characteristics by using different pseudo‐yield functions. The generalized trapezoidal rule and MSC sand model are used to simulate the responses of sand samples with different relative densities under various initial and loading conditions. Instead of a single step, multiple loading steps bring the sample to the vicinity of failure. These comprehensive investigations examine and compare the influences of various values of α on the numerical solution of integrated constitutive equations, the convergence of Newton's iterative scheme, and the integration accuracy. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

应力与变形的数值模型方法--数值模拟软件FLAC介绍

FLAC软件是进行应力与变形的一种专业软件，特别适合求解岩土力学工程中非线性的大变形问题，在地质构造及块体运动学、动力学研究中得到了广泛应用。本文主要介绍了FLAC应用软件的主要功能和特点以及它在国内外的应用现状。     

考虑土体结构性的弹塑性硬化模型

在对人工制备结构性土样等应力比压缩试验结果分析基础上,确定出结构性土体初始屈服面形状和土体初始屈服后塑性应变增量的方向,推导出结构性土体屈服函数的表达式;硬化参数采用塑性功的函数,根据三轴排水剪切试验结果确定出土体的硬化规律。由此构建能反映土体结构性的弹塑性硬化本构模型,并用试验进行了验证。本文提出一种基于试验的建模方法,不依赖经典塑性力学理论的正交流动规则,并建立可考虑土体结构性影响的本构模型,对土体结构性研究具有借鉴意义。