一种土的非线性弹性本构模型参数的反演方法

旨在提出一种土的非线性弹性本构模型参数反演的方法。以现今普遍实行的地基载荷试验为基础,依据遗传算法的组合优化理论,采用正演计算和遗传算法优化相结合的方式,建立了土层非线性弹性本构模型参数反演的方法;并依据某黄土场地地基载荷试验数据,实施了黄土土层非线性弹性本构模型参数反演的全过程。计算结果表明,所建立的方法可以实现土层非线性弹性本构模型中相互关联的多个参数的组合优化,并在对初始值要求较低的情况下,可以获得良好的参数反演精度。从而为土的变形特性分析和土与其中及相邻结构的共同作用分析,提供了较好的土体本构模型参数的确定方法。     

群桩沉降计算理论分析

基于Geddes应力解,并根据叠加原理计算群桩内任意点处的三向应力,采用基于Duncen-Chang本构模型的修正分层总和法计算群桩内任意点处的沉降量,最后,根据基点法[1]和群桩基础荷载、变形协调关系建立方程,从而,最终获得群桩的沉降计算。该理论较常规弹性理论方法计算群桩沉降有较大地改进,具体体现在以下几个方面：（1）考虑了群桩中地基土的三向应力分布对群桩沉降计算的影响;（2）考虑了土体本构模型（Duncen-Chang弹性非线性本构模型）,因而,能计及土体非线性特性对群桩沉降的影响;（3）采用修正分层总和法理论,能考虑土体成层分布特性以及侧向变形对单桩沉降计算的影响。     

层状盐岩蠕变变形相互作用研究

考虑泥岩夹层和盐岩的弹性性质和稳态蠕变性质,通过数值试验方法计算层状复合盐岩体在单轴和低围压三轴荷载作用下蠕变变形过程中力学相互作用和变形时效规律,分析泥岩夹层和盐岩层因蠕变率不匹配对层状盐岩蠕变的影响,初步讨论了层状复合岩体的复合材料研究方法。结果表明,层状盐岩中泥岩夹层与盐岩因弹性参数不匹配产生的初始应力集中在蠕变过程中发生松弛,因泥岩夹层与盐岩层蠕变率不匹配导致两者之间应力重分布,泥岩夹层对盐岩层的蠕变有明显抑制作用。这些分析体现了层状盐岩蠕变过程的非线性性质,为建立层状盐岩体合理本构模型奠定了基础。     

某电厂工程场址地质灾害防治工程研究

建设工程场址紧邻某露天矿北采坑,最近距离不足10 m,且在场址地基中连续分布厚1.5～3.0m软弱夹层,该软弱夹层南倾并出露于露天采坑边坡,与采坑边坡构成顺向坡.因该场址所处周边环境的特殊性以及特定的地层结构,使得本工程可能遭受场地整体滑移、边坡滑动等地质灾害威胁,且危害后果严重.对场址地基整体稳定性验算与采坑边坡稳定性的计算表明：场址地基整体稳定性可满足规范要求,而采坑高边坡则处于不稳定状态,必须进行工程加固.综合考虑本场区地层结构、周边环境与危害后果等,提出了削坡减载十预应力格构锚固主体加固方案,同时辅以截排水与工程监测措施.依据锚固段岩土体力学特性,确定了各锚杆锚固力,采用Winkler弹性地基梁和连续梁模型计算了格构梁的内力.对削坡、锚固后边坡的稳定性验算表明：其安全稳定性可满足规范要求.     

基于Duncan-Chang本构的非线性土压力模型

假设基坑工程中挡土结构的变形和土压力服从双曲线模型,类比Duncan-Chang本构建模思想,在前人关于基坑主动区和被动区变形假设的基础上,建立了可以考虑位移变化的非线性土压力模型。把非线性土压力模型和Duncan-Chang本构模型联系起来,使得本文非线性土压力模型参数确定有根据。把弹性地基梁模型和该非线性土压力联系起来,使得弹性抗力系数的概念更加明确。以m法为例,深入分析了m法的影响因素。      

非饱和土的水力和力学特性及其弹塑性描述

简单回顾了非饱和土本构模型研究的发展历程,总结了近几年非饱和土弹塑性本构模型最新研究成果,重点介绍了能统一模拟非饱和土水力性状和力学性状耦合的弹塑性本构模型。通过对建立模型过程中的几个核心问题讨论,较详细地说明该类模型的结构、性能以及相关问题。非饱和土水力性状的滞回性用假定存在饱和度弹性区间的弹塑性过程来模拟;该类耦合模型不仅考虑了吸力对非饱和土水力性状和力学性状的影响,还考虑了饱和度对应力-应变关系和强度的影响以及土体变形对土-水特征曲线的影响。用同一套模型参数,耦合模型可统一预测在吸力控制或含水率控制下沿各种应力路径下非饱和土的水力-力学特性,并简单介绍了膨胀性非饱和土的弹塑性本构模型以及耦合模型在有限元数值计算中的应用。     

考虑温度影响的重塑非饱和膨胀土非线性本构模型

以非饱和土的非线性模型为基础,通过对土性参数的修正和考虑温度本身引起的土的变形,建立了考虑温度效应的重塑非饱和膨胀土的本构模型。该模型包括土骨架的本构关系和水量变化的本构关系两个方面,涉及18个参数,都可用非饱和土三轴试验确定。共做了13个重塑非饱和膨胀土温控三轴试验,分析了温度对土的强度和变形的影响,研究了模型参数的变化规律。     

层状岩体深埋长隧道锚杆支护优化设计

层状岩体是地下工程中经常遇到的一种岩体,力学性质具有明显的各向异性。选择合适的屈服准则和强度参数变化规律,结合各向异性弹性本构方程,获得横观各向同性弹塑性本构关系,利用该本构模型对共和隧道锚杆支护方案进行数值计算。首先考虑地应力、岩性的影响,从围岩的变形、破坏形式、塑性区及锚杆拉力的大小等方面改进、优化支护设计方案;其次从实际工程出发,考虑施工难度、工程造价等因素的影响,得到改进方案Ⅰ效果较理想,通过试验段现场监测确定改进方案I。本构模型对计算结果的影响很大,正确模型的计算结果可以为实际工程提供科学依据。     

非均匀地基与均匀地基解答之间的相似关系：弹性波速

考虑物理力学特性沿深度连续变化的非均匀地基,研究了非均匀弹性体波相速度和群速度与相应均匀弹性地基解答之间的转换关系。首先,基于弹性动力学基本方程,获得了任意非均匀变化的地基中平面弹性体波相速度以及群速度的解析表达式;与均匀地基弹性波相速度的经典解答进行了比较,发现可将非均匀地基的解答用均匀地基解答线性表示,从而获得了两种解答之间的相似转换关系;最后,作为数值算例,考虑材料特性沿厚度按幂律连续变化的非均匀地基,分析了地基非均匀程度、泊松比以及相位角等对相似转换系数的影响。研究表明,借助于均匀地基中弹性波速的经典解答,可将非均匀地基中波速的求解转化为对相似转换系数的计算,从而使得求解过程得以简化。     

考虑损伤阀值影响的钢纤维混凝土损伤本构模型研究

从室内试验得到的不同体积率下的钢纤维混凝土全应力-应变曲线的特性,探讨了损伤变量的变化规律及建立钢纤维混凝土损伤本构模型时考虑损伤阀值影响的必要性。基于连续损伤力学理论和统计强度理论,在传统的两参数Weibull分布函数基础上引入损伤阀值参数（位置参数）,建立可考虑损伤阀值影响的钢纤维混凝土损伤本构模型,该模型可以反映钢纤维混凝土在低应力水平或变形较小时的线弹性变形特性;根据经验确定损伤阀值参数后,通过混凝土应力-应变全曲线的几何条件求解Weibull分布函数另外两个参数的表达式。最后,基于MATLAB的分析计算结果,并通过与钢纤维混凝土单轴压缩试验实测结果对比,证明模型可以很好的反映单轴受压状态下钢纤维混凝土的应力-应变关系,探讨了损伤阀值取值的大小。     

不同桩底地层超长桩工作性能的数值模拟

超长桩在大型桥梁和高层建筑中得到了越来越广泛应用。以某超长桩基础工程为例,采用三维有限元法分析了桩底地层对超长桩工作性能的影响。土体本构关系采用邓肯-张双曲线非线性弹性模型,混凝土、岩石采用线弹性模型模拟,桩土界面采用有厚度的薄单元模拟。结果表明：桩底地层不同时,桩端阻力和桩侧阻力的比例不同,但承载性状仍属摩擦型桩;桩顶极限荷载不同,但桩身失稳时的极限沉降基本相同;桩端阻力的发挥程度不同,但桩基失稳的原因都是桩侧土体的破坏。     

A state-dependent hyperelastic-plastic constitutive model considering shear-induced particle breakage in granular soils

Acta Geotechnica - An elastic–plastic constitutive model considering particle breakage for simulation of crushable granular soils behavior is proposed. In the model, elastic strain rates are...     

低矮路堤下膨胀土地基渗流与变形耦合研究

二维渗流与变形耦合控制方程是基于流体质量守恒、Darcy定律及膨胀土弹性本构方程得出的。结合云桂高速铁路低矮路堤下膨胀土地基现场浸水试验,并采用考虑耦合和不考虑耦合两种数值模拟方法,分析了低矮路堤下膨胀土地基的膨胀变形特性。研究结果表明,耦合情况下地基表面膨胀变形呈双曲线变化,非耦合情况下地基表面膨胀变形随时间的增加而逐渐增大,对同一时间而言,未考虑耦合效应数值模拟得到的膨胀变形落后于考虑耦合影响的膨胀变形;耦合与非耦合情况下地基的相对膨胀率沿深度方向呈衰减变化。数值计算结果与现场试验结果比较表明,不考虑耦合影响的数值模拟方法难以描述人工浸水条件下膨胀土地基的膨胀变形规律,而考虑耦合影响的数值模拟方法与现场实测值吻合较好。     

土的可恢复剪胀的一种解释

从土的各向异怀角度对土的可恢复剪胀现象进行了解释。基于各向异性情况下的土体弹性本构关系理论分析，认为土的可恢复剪胀现象可部分归因于土的各向异性引起的弹性剪胀。借助有关土体弹性参数实验结果，研究了应力诱导各迥异性对土体弹性剪胀的影响，结果表明：随土体应力诱导各向异性的增大，土体的弹性剪胀也增大。从土体弹性剪胀角度研究了土的卸荷体缩条件，认为土体卸荷体缩取决于加载应力路径的应力增量比，给出了土体出现卸荷体缩的区域。     

Analysis of piled raft with nodular pile subjected to vertical load using a Winkler model approach

An investigation is made to present analytical solutions provided by a Winkler model approach for analysis of piled rafts with nodular pile subjected to vertical loads in nonhomogeneous soils. The vertical stiffness coefficient along a piled raft with the nodular pile in nonhomogeneous soils is derived from the displacement given by the Mindlin solution for elastic continuum analysis. The vertical stiffness coefficients for the bases of the raft and the nodular part in the nodular pile in a soil are expressed by the Muki solution for the 3‐D elastic analysis. The relationship between settlement and vertical load on the pile base is presented considering the Mindlin solution and the equivalent thickness in the equivalent elastic method. The interaction factor between the shaft of the nodular pile and the soil is expressed taking into account the Mindlin solution and the equivalent elastic modulus. The relationship between settlement and vertical load for a piled raft with the nodular pile in nonhomogeneous soils is obtained by using the recurrence equation of influence factors of the pile for each layer. The percentage of each load carried by both nodular pile and raft subjected to vertical load is represented through the vertical influence factors proposed here. Comparison of the results calculated by the present method for piled rafts with nodular piles in nonhomogeneous soils has shown good agreement with those obtained from the finite element method and a field test. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Work input for unsaturated soils considering interfacial effects

In this research, the interfacial energy is taken into account in the deformation work for unsaturated soils. Based on porous media theory, the thermodynamic balance equations for each phase and the interface are used to derive the work input for unsaturated soils. The work input equation serves as the basis and starting point for the choice of stress state variables, based on which the conjugate stresses and strain increments are derived. The influences of the interfaces on the effective stress and the constitutive law for the liquid phase are then discussed based on the work input equation. The effective stress can be expressed as Bishop's type, and the effective stress parameter is shown to be a function of both the degree of saturation and the interfacial area. The constitutive law for the liquid phase under dynamic condition is also presented. The relationship among interfacial area, saturation, and capillary pressure is proposed to calculate the value of the effective stress. Experimental data obtained from literature are used to validate the proposed model equations. Results show that our findings are in accordance with the existing research. Unlike the phenomenal study, our research has a rigorous theoretical basis, which lays a foundation for further research of unsaturated soils considering the interfacial effects.     

边坡加固中预应力锚索框架地梁的杆系有限元分析

提出利用杆系有限元,考虑地梁与岩土体相互作用的方法,对边坡加固中的预应力锚索框架地梁进行计算。基于线弹性Winkler地基模型,分别考虑结构的弯曲变形和扭转变形,对框架地梁有限元计算模型进行了详细地分析说明。应用该方法对某工程实例进行了计算,与实测值的对比分析结果表明了该方法的可行性。     

基坑悬臂支护桩双参数弹性地基杆系有限元法

对地基抗力双参数法在基坑悬臂支护桩位移和内力计算方面进行了探讨,即采用地基土抗力系数随深度按双参数非线性变化的假设,以弹性地基杆系单元模拟,支护桩则按弹性梁单元模拟。对某基坑悬臂支护桩进行数值模拟反分析表明,通过试算调整可获得适合于实际设计计算的地基抗力双参数,该法应用到福州市某基坑悬臂桩的实际分析和设计中获得了较为满意的结果,可供悬臂支护桩设计计算时参考。