多重耗散函数率无关塑性力学在粘土模型中的应用

由于经典的塑性力学无法根据Drucker塑性公设从理论上证明非相关联流动准则,因而从连续介质热力学基本原理出发研究土的弹塑性模型。根据率无关塑性力学理论,通过Gibbs自由能和多个独立耗散函数,建立土的多重屈服准则及其流动准则,证明了屈服准则重数和独立耗散函数个数相等,分析了耗散函数形式对屈服准则和塑性流动准则的影响。分析了一簇新的能够同时考虑相关联流动准则和非相关联流动准则的粘土的Gibbs自由能和耗散函数的表达式,殷宗泽双屈服面模型是其特例,但新模型具有更为明确的物理含义,能考虑非相关联流动准则的情况。根据粘土室内实验选取了模型参数,并与实测应力-应变曲线进行对比,说明新模型可以模拟粘土的多重屈服面本构关系。     

降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定分析

针对降雨入渗土坡的稳定问题,建立一个考虑水力渗透系数特征曲线、土-水特征曲线以及修正的Mohr-Coulomb破坏准则的非饱和土流固耦合有限元计算模型,进行雨水入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值模拟,得到非饱和土边坡变形与应力的若干重要规律。研究成果为降雨入渗条件下非饱和土边坡的稳定分析提供了基础。     

非贯通节理岩体直剪试验研究进展

基于典型的直剪试验,国内外学者提出了非贯通节理岩体贯通破坏机理,并建立了相应的强度准则,如Jennings方法,即加权平均强度理论和强度准则、Lajtai岩桥破坏理论和强度准则、断裂力学的II型破坏理论和强度准则,拉剪复合破坏和强度准则。然而,非贯通节理岩体破坏机理目前还没有完全弄清楚,已建立的强度准则所包含的重要参数还需深入研究,如：如节理面的传压系数、传剪系数、弱化了的岩桥内摩擦力和内摩擦角等;非贯通节理岩体节理闭合和剪切的本构关系有待建立;不共面非贯通节理岩体全过程最大抗剪强度需进一步研究。伺服直剪试验机、静态应变测试仪、声发射仪、X射线测量等无损检测技术能够为进一步研究非贯通节理岩体的破坏机理,提出新的理论和建立新的强度准则提供强有力的技术支持。     

土破坏新准则的推导与验证

基于SMP准则和Lade强度准则,推导出新的无黏性土强度准则表达式,它较好地反映了单个主应力对滑动面的交叉影响,而不是仅局限于中主应力的影响。通过与真三轴试验数据的对比,发现该新准则在π平面上与试验数据较为吻合,优于上述两个传统的强度理论。     

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.     

岩石变形破坏的熵突变过程与破坏判据

在岩石的变形破坏过程中,当进入不稳定的破裂发展阶段之后,系统不断调整结构抵抗外力的扰动,裂纹向局域集中的有序方向发展,应变能不断耗散,并以应变能的耗散为媒介,使系统与外扰动所追加的负熵流产生能量流通,也使系统熵值和系统的维数逐次降低,这一阶段岩石系统远离平衡态,岩石的破坏是系统熵的突变过程。基于这一认识,并在验证应变能分布与结构块度分布模式的一致性的基础上,推导出包含了结构因素和能量分布的熵表达式;对熵表达式进行平衡分析获得局部突变的分岔集,得到了岩石局部破坏的熵折迭突变破坏准则;同时,探讨了熵表达式所表征的结构有序度的尖点突变性,解出岩石系统的分岔集,这个分岔集就是岩石系统熵突变的整体破坏准则。     

岩土介质三维快速拉格朗日数值分析方法研究

研究了FLAC3D（fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions）的特点,并与有限单元法作了比较。FLAC3D方法以结点运动方程为支配方程,追踪了介质从受荷到达到平衡状态的过程,而有限元法是根据介质力学平衡方程直接求解,这是二者主要区别。FLAC3D没有采用介质真实的阻尼特性和结点质量,给出的不是介质所经历的真实过程,不能正确反映过程的影响,因此给出的介质应力和变形计算结果的物理意义是不甚明确的。求解过程中的介质振动,是一种噪音,可引起弹塑性介质计算结果误差,而弹性介质的计算结果几乎不受影响。研究指出了FLAC3D方法的优缺点。还通过算例作了四个方面的研究：(1) Drucker-Prager屈服准则与Mohr-Coulomb屈服准则比较;(2) 膨胀角取值对计算结果的影响;(3) 大变形与小变形对计算结果的影响;(4) 精度设置对计算结果的影响。研究表明,Drucker-Prager准则与Mohr-Coulomb准则结果差异颇大;膨胀角取值对结果的影响是敏感和显著的;一般情况下,取小变形模式是合适的,计算精度取10-5是足够的。     

双重误差检验的寒潮释用预报方法初步研究

对欧洲数值中心 850百帕格点温度预报值做信度检验的基础上 ,提出了一种未来 72小时内最大变温及最低日平均气温的释用预报方法。将预报的变温和最低日平均气温作线性集成后 ,反演为预报日的日平均气温预报值 ,并与实测日平均气温比较 ,做出预报结论的可靠性推断。由此构成了对数值产品双重误差检验的寒潮释用预报准则。经一年多业务应用 ,取得了令人满意的效果。     

复杂应力状态下条形基础的临塑荷载公式

莫尔-库仑强度准则的临塑荷载公式由于没有考虑中主应力在强度上的作用使计算结果偏于保守。利用具有线性形式的双剪应力强度准则替换原有的莫尔-库仑强度准则,将中主应力引入临塑荷载的计算中,推导出平面应变条件下考虑中主应力影响的临塑荷载公式,并通过算例说明了新临塑荷载公式的计算结果比原有公式有较大的偏高。     

剪胀角对求解边坡稳定的安全系数的影响

分析了目前用有限元方法求解安全系数时所存在的问题,同时,对于岩土边坡采用平面应变条件下基于非关联流动法则的D-P屈服准则,充分考虑岩土的剪胀性对边坡稳定安全系数的影响,修正了对于剪胀性的传统处理方法：过大的考虑材料的剪胀性的特点（ ）和完全不考虑材料的剪胀性的特点（ ）。算例结果分析表明,安全系数随剪胀角的增大而增大,在考虑剪胀性时,采用不同的屈服准则对边坡的安全系数是有很显著的影响的,误差可达30 %左右。