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。     

基于状态相关本构模型的砂土非共轴特性模拟

基于屈服面角点非共轴理论中采用Gram-Schmit正交化方法,提出了一种新的非共轴本构模型。模型修正了原有的流动法则,其中非共轴流动方向被定义为将单位应力增量方向在参考主应力正交方向上的投影,同时与塑性标量因子相关联。另外,根据广义应力的状态下的剪胀方程推导了一种新的塑性函数形式。以状态相关砂土模型为基本模型,分别采用新的非共轴模型和未修正的模型模拟了Toyoura砂的空心圆柱单剪试验和空心圆柱扭剪试验,将模型模拟的结果与试验数据进行对比,结果表明,新非共轴模型能更为合理地反映试验中非共轴现象及其变化规律,特别是固定主应力轴方向的单调剪切试验。     

基于临界状态模型的砂土非共轴本构模拟

传统的砂土本构理论隐含了应力和塑性应变率的共轴条件,无法客观描述主应力轴旋转试验中的非共轴现象,并且当密度和围压变化较大时也不适用。基于材料状态相关砂土临界状态概念,将Pietruszczak和Stolle所提出的砂土本构模型进行了改进,并在模型中引入非共轴塑性流动理论来描述非共轴现象。通过对单剪试验和空心圆柱试验进行数值模拟,表明基于临界状态理论的非共轴模型能够合理描述主应力轴旋转过程中砂土的非共轴变形特性     

土体非线弹性-塑性本构模型

把本质上属于亚弹性本构模型,在岩土工程界广为应用的Duncan-Chang模型与服从Drucker-PragerMohr-Column屈服准则的弹塑性本构模型相结合,推出了非线弹性-塑性的组合本构模型,以克服经典的弹塑性模型不能考虑岩土材料在塑性屈服前的非线性行为以及一般的Duncan-Chang模型不适用于应力水平接近于屈服或破坏状态等缺点。所建议的本构模型简单实用,能较好地综合利用工程地质勘察资料和常规的土工试验数据。针对实际边坡具体地层条件的分析表明,该模型及其非线性析算法的正确性和可行性,而且在岩土工程方面具有广泛的实际应用价值。     

从各向异性的角度解释和模拟土的非共轴特性

从发挥面的角度出发,分析论证各向异性是引起岩土材料出现非共轴现象的根本原因,得到与材料力学一致的结论。当共轭的两发挥面与沉积面的夹角不相等时,主应力面上将出现塑性应变增量的切向分量,所以塑性应变增量的主方向与应力的主方向非共轴。按照这一结论,对非共轴的数值模拟,也应当根据各向异性本构模型进行。为考虑各向异性影响新近提出的各向异性变换应力法,改变了各应力分量的相对大小,得到的各向异性变换应力张量与真实应力张量的主方向不一致,因此也能反映非共轴。利用各向异性变换应力法,能够在现有的弹塑性本构模型的框架下,描述土的非共轴现象。以各向异性UH模型为例,预测各种加载条件下的非共轴变形,验证了该方法的有效性。     

加筋土本构模型研究进展

概括了加筋土理论计算的分析方法 ,对采用复合模型进行研究所必须的加筋土本构模型的进展进行综述 ,综合分析了各种加筋土本构模型的适用条件和局限性 ,提出了今后加筋土本构模型研究的重点     

基于广义位势理论的土的非共轴特性研究

传统的塑性位势理论隐含了应力主方向和塑性应变增量主方向共轴的假定,无法客观地描述主应力轴旋转过程中的非共轴现象。基于广义位势理论提出的拟弹性弹塑性本构模型,把总的塑性应变分解为满足弹性分解准则的拟弹性部分和符合传统塑性理论假设的纯塑性部分,分解后建立的模型更为合理和简便,同时又可以解决土的非共轴问题。通过单剪试验结果的验证表明,基于广义位势理论的拟弹性弹塑性模型的模拟效果较好,传统的弹塑性模型（共轴模型）模拟得到的主应力方向和塑性主应变增量方向保持共轴,而拟弹性弹塑性模型（非共轴模型）的模拟结果则能够合理地描述主应力轴旋转过程中的非共轴特性,结果更符合实际,从而为解决土的非共轴特性问题提供了一种有效的方法。     

考虑损伤的节理本构模型

本文在弹塑性损伤的理论框架内,讨论了节理等地质间断面的本构模型。这个模型能够反映节理面的损伤弱化,扩容和弹性刚度劣化等复杂特性。这个模型的另一优点是,塑性变形增量与屈服面是非正交的,但本构矩阵具有对称性。这种对称性在岩石力学的理论研究和数值分析中是至关紧要的。     

柔性桩复合地基承载力数值计算

利用ANSYS有限元软件对柔性桩单（多）桩复合地基的承载力进行了数值计算,考虑的因素有：荷载、置换率、桩长径比和桩距,研究结果表明：随着荷载桩和长径比的增加,柔性桩单桩复合地基的桩身轴向应力峰值基本出现在距桩顶0.1倍左右桩长处,两者的变化均导致桩、土沉降有相同变化趋势;置换率的增加会导致桩承担更多荷载,但桩-土沉降变化趋势相反,不利于柔性桩复合地基的共同沉降;荷载和桩长径比对柔性桩多桩复合地基桩体承担的荷载贡献不大,但会导致桩-土有共同的变化趋势;桩距的变化能够导致柔性桩桩体承担的荷载有较大范围的变化,桩间土沉降较之桩沉降趋势更为明显,对柔性桩复合地基承载特性有一定的影响。     

基础宽度对地基承载力影响的数值分析

利用数值方法对传统的地基极限承载力的计算公式进行了验证,结果表明传统的理论公式中基础宽度对极限承载力的贡献是正确的。通过数值计算结果,针对目前地基规范中地基承载力特征值限定基础宽度的贡献,研究了地基承载力的合理确定方法,认为地基的承载力应根据实际基础的沉降和地基承载力的安全系数来确定更科学合理。基础宽度对地基承载力的影响已在沉降和承载力安全系数上得到反映,从而计算时不必限定基础宽度,由此可以获得更合理的地基承载力值。     

含下卧软层地基极限分析数值试验及承载力安全性研究

含下卧软层的地基在工程中比较常见,但目前对其破坏机制和承载力计算还依赖于很多的假设条件和经验。基于极限分析和快速拉格朗日数值模拟方法,对含下卧层地基的加载破坏过程进行应变控制的数值试验。首先用Prandtl的极限承载力解析解验证了数值试验的有效性,然后对一个含下卧层的地基模型按照不同加载尺寸进行加载数值试验,发现模拟结果存在明显的荷载尺寸效应。模拟获得不同荷载条件下的极限承载力以及相应的应力-应变曲线、渐进破坏模式、下卧软层的沉降规律。进一步将下卧层的地基承载力加载安全系数与强度折减系数进行对比,发现折减系数与加载系数随荷载尺寸变化的趋势相同,但前者的数值偏小。     

斜坡基桩水平极限承载力及影响因素模型试验和数值模拟

斜坡上的基桩具有承重和阻滑的双重功能,其受力变形性状远比平地上的情形复杂。采用模型试验和数值模拟相结合的方法研究了其水平承载特性及影响因素。模型试验结果表明：临坡距对基桩的水平承载变形性能有较大影响。同一级荷载下,临坡距较大的桩身水平位移小于临坡距较小的基桩;临坡距较大基桩的临界荷载和极限承载力也大于临坡距小的基桩。数值模拟研究结果表明：基桩水平极限承载力随着斜坡坡比的增大而减小,随着临坡距的增大而增大,与模型试验的结果基本一致。对比分析了斜坡和平地基桩水平承载变形性能的差别,得出了可考虑坡比和临坡距的斜坡基桩水平极限承载力简便计算方法,可为有关规范的修订以及工程设计提供参考。     

地基弹塑性承载力安全性研究

随着对地基承载力理论研究的深入及大量工程实践的开展,暴露出弹性理论的诸多缺陷。基于弹-塑性理论,对以前学者的地基分类进行改进,推导出地基的临塑承载力、弹-塑性承载力以及极限承载力的公式,并且为了更好地进行地基土处于非线性变形阶段弹-塑性承载力的计算,提出了弹-塑性承载力利用率的概念;针对以前学者提出的危险度的概念,由于其不能在工程实际工程中很好地推广应用的缺点,给出了具有工程意义的弹-塑性承载力安全度Kep这一参数。结合工程实际说明只要Kep满足要求,地基土可用到非线性变形阶段,由此理论设计地基基础,造价将大大降低。     

加筋地基承载力研究现状

基于目前国内外文献对加筋地基承载力的研究成果,总结了加筋地基承载力的影响因素及其影响规律,并基于已有文献的研究成果得到了最优加筋参数的建议取值范围。对目前加筋地基的破坏模式及承载力计算公式进行了总结,并讨论了各承载力计算公式的区别与联系及优劣性。提出加筋地基承载力计算公式应基于准确的破坏模式与加筋机理。加筋地基的破坏模式与破坏模式类型定量化判断标准、加筋机理、原型实验等应成为加筋地基承载力未来的研究重点。     

钙质石灰岩中桩基轴向承载特性的有限元分析

为了研究钙质石灰岩中桩基的合理设计理论及开发相关的变形破坏数值分析方法,利用弹塑性有限元方法对以硫球石灰岩作为持力层的桩基现场轴向载荷试验进行了数值分析。有限元分析中钙质石灰岩被假定为理想弹塑性材料。结果表明,如果能在有限元解析中合理地考虑桩侧摩阻力的低减效果,弹塑性有限元计算可以较好地模拟与分析钙质砂土中桩基的轴向承载力特性。最后还对开口钢管桩基的土塞效应的发生机制进行了分析。     

一种新的本构理论及其在基桩分析中的应用

首次将岩土体荷载与位移特征曲线划分为3种类型,并定义高地应力的判别标准。提出一种新的本构理论,可以描述在不同正压力（或不同围压）下应力（或荷载）与应变（或位移）的全过程特征,只有3个描述材料结构和状态的力学参数。该理论不仅可以描述单个材料,也可以描述多种材料组成的复合材料和两种不同材料界面等力学特性,变形可达任意值。对于长沙湾特大桥基桩,在不同静载荷作用下不同土体与桩之间的力学特性采用新本构理论进行数值模拟,结果表明该本构理论可以描述不同岩土体和岩土体与基桩之间的力学特性。     

条形基础极限承载力数值分析

根据塑性力学滑移线理论,推导了条形地基在极限平衡状态下的平衡微分方程,然后利用有限差分法推出地基土在极限状态时的有限差分公式,结合边界条件编制出地基承载力计算程序,该程序求解条形地基极限状态下的滑移线区域及相应的地基极限承载力值时可以考虑基础埋深、地基土重度、土的内摩擦角、基础与地基摩擦等参数。利用程序,得到了土的内摩擦角与地基承载力系数N? 的对应表,并全面讨论了基础埋深、地基土重度、内摩擦角及基础与地基摩擦角等参数对地基承载力和滑移线形状的影响,得到了一些有意义的结论。     

后压浆桩基础的承载力试验对比分析

结合陕西省高速公路工程某特大桥试验区4根试桩的应力测试结果,对比分析常规桩和后压浆桩的承载性能以及沉降量的变化情况。试验结果表明,在相同地质条件下,钻孔灌注桩桩端后压浆可以通过改善桩端和桩侧承载性能,从而提高单桩极限承载力,减小沉降,达到优化桩基础的目的。