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。     

结构性土UH模型

在描述重塑土的统一硬化模型（UH模型）基础上,以动态地移动正常固结线（MNCL）代替静态的正常固结线（NCL）作为参考线来确定参考应力,将土的结构性衰减体现在MNCL的演化中,从而把UH模型扩展为可考虑土结构性的结构性土UH模型。结构性土UH模型可以合理地并连续光滑地描述结构性土的等向压缩规律、应变硬化、应变软化、剪切体积收缩、剪切体积膨胀、不排水剪切减压软化以及结构性和密度耦合影响等力学特性。相比于UH模型,结构性土UH模型新增3个参数,分别用于描述结构性的程度、衰减速度、以及塑性流动规律。通过3种天然土的试验结果与模型预测对比验证了结构性土UH 模型的合理性。     

结构性土UH模型EI北大核心CSCD

在描述重塑土的统一硬化模型(UH模型)基础上,以动态地移动正常固结线(MNCL)代替静态的正常固结线(NCL)作为参考线来确定参考应力,将土的结构性衰减体现在MNCL的演化中,从而把UH模型扩展为可考虑土结构性的结构性土UH模型。结构性土UH模型可以合理地并连续光滑地描述结构性土的等向压缩规律、应变硬化、应变软化、剪切体积收缩、剪切体积膨胀、不排水剪切减压软化以及结构性和密度耦合影响等力学特性。相比于UH模型,结构性土UH模型新增3个参数,分别用于描述结构性的程度、衰减速度、以及塑性流动规律。通过3种天然土的试验结果与模型预测对比验证了结构性土UH模型的合理性。     

描述饱和黏性土应变软化的弹塑性双面模型

常规三轴压缩试验中具有较强结构性的黏性土在围压较低时其应力−应变关系会呈现应变软化现象,一般还伴有塑性变形,通常土体内部结构损伤是应变软化产生的主要原因。考虑到采用经典塑性理论描述材料的应变软化不仅会违背 Drucker 的稳定性假设,而且也不能描述卸载塑性。因此,基于修正剑桥模型及 Li 和 Meissner 提出的塑性硬化准则,建立了一个描述饱和黏性土不排水应变软化的弹塑性双面模型。该模型以应力−应变曲线的峰值点分界,将应变硬化和应变软化分别作为独立的加载事件进行分析,同时引入新的结构性参数表征剪切过程中土体结构损伤导致的塑性刚度衰退。对不同固结状态饱和结构性黏土的三轴固结不排水压缩试验结果的模拟表明,所建模型能够较好地描述饱和黏性土的不排水应变软化特性。     

吹填软土邓肯-张模型与应变硬化指数理论研究

天津滨海新区正在进行大规模吹填造陆工程,由于吹填土成分主要以细粒为主,固结不充分,工后沉降问题成为亟需解决的问题。通过吹填软土重塑样的三轴固结剪切试验,以试验所得的应力应变关系曲线为基础,比较研究了邓肯一张模型和应变硬化指数理论。结果表明：两种模型各有特点,邓肯张模型能够准确预测应力应变曲线的始末段,而应变硬化指数理论参数能够反映吹填重塑土的应变硬化能力。     

考虑扰动影响的土体小应变硬化模型参数试验研究及其在基坑工程中的应用

天然结构性土体容易受到各类施工扰动,导致土体物理力学性质改变,进而影响工程稳定、变形以及邻近环境。针对宁波两种典型土体,分别对原状土和轻、重扰动土以及重塑土开展了三轴试验及一维压缩试验,分析了扰动度对小应变硬化模型(HS-small model,简称HSS模型)主要参数的影响规律,并将其应用于宁波某基坑工程,利用Plaxis3D分析了考虑周边土体扰动影响的坑后土体水平位移变化。研究结果表明,扰动会使土体的强度及刚度参数降低。对于淤泥质黏土,轻扰动试样的参考切线模量E_oed^ref 、参考割线模量E₅₀^ref及参考加卸载模量E_ur^ref值分别降低14%、10%、2%,重扰动试样三参数分别降低43%、14%、15%,粉质黏土三参数也呈现相似降低趋势。在考虑土体扰动影响的情况下,基坑周边两个测斜孔的最大水平位移值分别增大13%、15%,更加接近实测值。研究结果可为小应变硬化模型的参数取值以及考虑扰动影响的基坑工程分析计算提供指导。     

结构性软黏土时效特性的一维弹黏塑性模拟

为了研究土体结构破坏对软黏土一维变形的时效特性的影响,在Bjerrum的等时间线体系基础上,提出了等黏塑性应变率线等黏塑性应变率线概念,建立了非结构性软黏土的一维弹黏塑性模型;为了描述土体结构渐进破坏特征,定义了结构性参数--结构应变,在非结构性模型的基础上推导了结构性软黏土一维弹黏塑性模型;讨论了通过试验法直接确定模型参数的方法,并利用新建模型对温州天然软黏土的一维常规压缩试验、天然Ariake 黏土的分级快速固结试验、结构性Berthierville黏土的一维等应变率压缩试验及长期蠕变试验进行模拟。模拟与试验结果的对比表明,该模型能较好地描述结构性软黏土一维压缩变形的时效特征。     

二次加载盐岩损伤自愈合与应变硬化试验研究

为研究损伤盐岩的应变硬化和损伤自愈合特性,通过力学试验、孔渗测试试验、核磁试验,探究损伤盐岩于常温静置和围压保压两种情况下盐岩试样的力学性质、渗透率和孔隙度以及孔径分布在应变硬化和损伤自愈合的共同作用下的变化规律,结果表明：（1）损伤盐岩的应变硬化使得岩样塑性减弱,二次加载峰值应变减小,弹性模量变大。常温静置或围压保压处理后盐岩发生损伤自愈合,塑性逐渐恢复,二次加载时峰值应变增大,弹性模量减小。（2）完整盐岩和损伤盐岩试件的应力-应变曲线几乎没有压实阶段,而经过长时间常温静置和围压保压处理后的试件应力-应变曲线出现了明显的压实阶段。（3）完整盐岩渗透率和孔隙度极低,损伤盐岩的渗透率均高出完整盐岩两个数量级,并随着常温静置时间的变长,渗透率和孔隙度缓慢减小。围压保压后的损伤盐岩的渗透率恢复到了与完整盐岩相同的数量级。（4）常温静置和围压保压作用后,部分中孔和大孔愈合成小孔和中孔。（5）常温静置下损伤盐岩就会产生缓慢的损伤自愈合,而围压保压作用可以大幅度提升盐岩损伤自愈合的速度。（6）盐岩的损伤自愈合可分为前期的快速阶段和后期的缓慢恢复阶段。     

基于真三轴试验的黄土结构性变化规律研究

基于综合结构势理论,通过自主研发的真三轴仪,研究了原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的应力-应变关系和土的结构性变化规律,针对反映黄土变形过程结构性演变的应力比结构性参数,揭示了不同含水率黄土结构性参数与广义剪应变关系随固结压力、应力路径的变化规律,建立了数学描述模型,同时验证了真三轴仪和应力比结构性参数的可靠性。结果表明,土的状态不同,其应力-应变关系存在明显差异。原状土更易呈现应变软化或双曲线特性,而重塑土或饱和土更易呈现双曲线或应变硬化特性。随着剪切变形和含水率的增大,土的结构性均逐渐减小,而固结压力? c和中主应力参数b值也会影响土的结构性变化规律。提出的结构性参数的拟合公式与理论和试验结合吻合较好,可推广工程应用。     

南票矿区松散层土体结构性参数试验研究

为了研究采空区影响下地表建(构)筑物的变形与破坏,必须首先全面认识建(构)筑物地基土的结构力学特性。基于综合结构势理论,利用TSW-40型土壤真三轴仪,以南票矿区松散层土体为研究对象,开展一系列不同围压、含水率和中主应力比条件下的真三轴试验,揭示了真三维应力状态下松散层土体应力比结构性参数的变化规律,建立了结构性参数数学模型。研究结果表明:原状土的q-ε_s曲线呈现出应变软化型、理想弹塑性型和应变硬化型3种典型的状态。重塑土和饱和土q-ε_s曲线一般均表现为应变硬化型。应力比结构性参数m_η随剪应变、含水率、固结围压和中主应力比的增加而降低;剪切作用初始阶段,m_η下降较快,当ε_s达到5%左右后,m_η逐渐趋于平稳,至ε_s=15%时,m_η趋近于1;结构性参数数学模型结果表明,固结围压对m_η影响最大,含水率次之,中主应力比对m_η影响最小。利用所建立的数学模型预测不同试验条件下松散层土体结构性参数变化规律,模型验证结果与试验结果吻合,证明了模型的有效性,可以作为进一步研究的理论基础。     

Hyperelastic modelling of small‐strain stiffness anisotropy of cyclically loaded sand

Experimental evidence shows that soil stiffness at very small strains is strongly anisotropic and depends on the stress level and void ratio. In particular, stiffness anisotropy varies considerably in sand when subjected to cyclic loading, following the stress cycles applied. To model this behaviour, an innovative hyperelastic formulation based on the elastoplastic coupling is incorporated in a new kinematic hardening elastoplastic model. The proposed hyperelastic–plastic model is the first to be capable of correctly simulating all aspects of the small‐strain behaviour of granular materials subjected to monotonic and cyclic loads. This hyperelastic formulation is generally applicable to any elastoplastic model. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑土体结构性的弹塑性软化模型

采用在原料土中掺入水泥的方法,人工制备试样模拟天然大孔隙结构性土。根据人工制备试样在不同应力路径下等应力比压缩试验结果,确定出结构性土体初始屈服面和初始屈服后塑性应变增量方向;另外,根据三轴排水剪切试验结果建立了土体屈服后硬化规律。在此基础上,提出了一个能够反映土体结构性的弹塑性应变软化模型,并用试验进行了验证。结果表明,所建模型能够较好地反映结构性土体的应力变形规律。     

New basis for the constitutive modelling of aggregated soils

Natural and compacted soils are usually characterized by aggregation of particles. The mechanical behaviour of these materials depends on soil structure. The oedometric compression tests performed on aggregated samples presented here showed that these materials exhibit a yield limit depending not only on stress history and stress state but also on soil structure. Evidence is provided using the neutron tomography technique. These results revealed that soil structure modification occurs together with plastic deformations. The experimental results are used to propose a new state parameter to quantify the soil structure. Based on pore-scale experimental observations, an evolution law for this parameter is proposed as a function of associated plastic strains. Considering both soil fabric and inter-particle bonding effects, a new yield limit depending on stress state, stress history and soil structure is introduced for the aggregated soils. Accordingly, a new constitutive framework consistent with strain hardening plasticity is proposed to consider soil structure effects in the modelling of aggregated soils.     

地下水位升高时黏性土无限边坡的水平位移

在平面应变条件下,采用摩尔-库仑强度准则和相关联流动法则,对地下水位升高过程中平移模式下的黏性土无限边坡进行了弹塑性分析,探讨了坡体变形的变化规律,分析了边坡安全系数和坡面水平位移的关系。数值分析表明,土坡的初始应力状态和抗剪强度指标对地下水位升高过程中滑坡前塑性区的厚度、坡体内塑性应变和水平位移的发展都有很大影响。     

The influence of the plastic potential on plane strain failure

The influence of the shape of the plastic potential in the deviatoric plane on plane strain collapse is investigated. The most commonly employed elastic‐perfect plastic models are considered, which adopt well‐known failure criteria for defining the yield and plastic potential surfaces, namely the von Mises, the Drucker–Prager, the Tresca, the Mohr–Coulomb and the Matsuoka–Nakai criteria. Finally, the conclusions are also extended to strain hardening/softening models. For simple constitutive models based on perfect plasticity, it is shown that the value of the Lode's angle at plastic collapse in plane strain conditions strongly depends on the specific failure surface adopted for reproducing the plastic potential surface. If the value of the Lode's angle at yield coincides with the failure value prescribed by the plastic potential, the stress–strain curves exhibit the typical perfect plastic behaviour with yield coinciding with failure, otherwise the stress changes after yield and the stress‐strain curves resemble those of strain hardening/softening models. The infinite strength which is in some situations exhibited by the Drucker–Prager model in plane strain condition is investigated and explained, and it is shown that this can also affect strain hardening/softening models. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.