正常固结原状饱和黏性土的本构模型研究

基于扰动状态概念研究了正常固结饱和原状黏性土的本构模型。其中,相对完整状态采用基于原状黏性土的理想非线性弹性本构模型来表征;完全调整状态则是基于临界状态土力学框架,将修正剑桥模型与三剪强度准则相结合而建立的弹塑性本构模型来表征。为了更好地反映黏性土的黏聚力影响,提出了等量代换法和坐标平移法两种处理方法,并作了对比研究。针对基于临界状态土力学框架和扰动状态概念建立的原状土本构模型为平均应力、广义剪应力与体应变、广义剪应变间的关系且无屈服函数显式表达式,提出了一个将其三维化的方法。三维化后的原状黏性土本构模型为空间内6个应力分量和6个应变分量之间的关系,更便于复杂应力状态下的土体变形分析及有限元编程。为验证模型的正确性,对正常固结江西原状饱和红黏土土样作了固结排水和固结不排水条件下的常规三轴压缩试验和K0固结试验,并与模型计算结果作了对比,结果表明:所提模型能够较好地反映江西原状饱和红黏土的力学和变形特性。另外,用所提模型对江西原状饱和红黏土进行了真三轴压缩数值模拟实验,探讨了中间主应力对其力学和变形特性的影响,结果表明:中间主应力及其影响系数对土的变形、孔隙水压力、强度均有影响;固结不排水条件下,在相同剪应力的作用下,土体剪应变随中间主应力影响系数的增大而减小,在相同轴向应变条件下,孔隙水压力随中间主应力影响系数的增大而增大;固结排水条件下,在相同平均正应力作用下,土体体应变随中间主应力影响系数的增大而减小,在相同轴向应变条件下,土体体应变随中主应力影响系数的增大而增大。     

真三向应力作用下深部储层砂岩渗透率各向异性实验研究

渗透率各向异性是沉积岩层理结构中一个非常典型的现象,一方面它由原生沉积结构决定,即原生各向异性,另一方面它受到总应力和孔隙压力影响,即诱发各向异性.为研究真三向应力条件下储层砂岩渗透率原生与诱发各向异性,以中国东北部S6储气库储层砂岩为研究对象,采用东北大学自主研制的硬岩真三轴应力-渗流耦合装置对储层砂岩进行渗流实验,通过稳态法完成同一砂岩3个相互垂直方向的渗透率测试.实验结果表明:储层砂岩在施加的应力和孔隙压力范围内,平行层理方向的渗透率k x为100.94～113.98 m D,k y为98.34～111.41 mD,垂直层理方向的渗透率k z为54.98～63.29 mD;储层砂岩3个正交方向渗透率均随主应力增加而减少,随孔隙压力加载而递增;与气体渗流方向垂直的应力对渗透率的影响大于与气体渗流方向平行的应力对渗透率的影响;当外部应力方向都垂直于气体渗流方向时,与层理垂直的应力对渗透率的影响大于与层理平行的应力对渗透率的影响;孔隙压力对储层砂岩渗透率的线弹性响应并不是各向同性的,孔隙压力对水平层理方向所产生的渗透率增量超过了垂直层理方向.研究结论为地下储气库储层砂岩渗透率准确预测提...     

岩石多轴与常规三轴强度的关系

在各向异性应力状态下,岩石强度的中间主应力效应已被很多的试验所证实.基于真三轴试验结果和多轴强度准则,研究了同一中间主应力系数下岩石的多轴强度与常规三轴强度之间的关系.结果表明,在相同的中间主应力系数下,岩石的多轴与常规三轴的强度曲线具有相同的形式.对于常规三轴强度特征符合Mohr-Coulomb准则的岩石,中间主应力...     

卸荷条件下粉质粘土变形性状研究

通过室内应力控制的三轴试验研究卸荷条件下土体的应力-应变关系和孔隙水压力变化特征,得到变形模量的确定方法。研究表明:在初始偏压应力固结条件下,无论是轴向压力保持不变而侧向压力不断卸荷,还是轴向压力和侧向压力同时卸荷,其应力-应变关系均表现为较好的双曲线函数关系。而且,侧向固结压力愈大,强度值愈大。在卸荷过程中,随剪切应力的增大和剪切应变的发展,土样呈现剪胀趋势并在后期产生较大的负孔隙水压力。不排水条件下由于负孔隙水压力的存在,土样的表观强度略有增大。     

Janbu土力学体系述评

挪威工学院土力学教授N.Janbu是国际著名学者,是挪威土工研究所和挪威工学院土工专业的创始人之一。他在土力学研究中提出了广义正切模量、抗剪强度发挥程度及Janbu孔隙水压力系数等一系列基本定义与概念,并将其应用于土中应力与变形、强度与稳定性的计算中。他的理论和方法与目前广泛应用的土力学计算理论和方法有明显的不同与特点,不仅      

含瓦斯煤的破坏和流动法则

讨论了含瓦斯煤破坏形式及相应的破坏条件,以应变分量表示应力分量建立了关联于Drucker-Prager准则和Lagrange准则的正则流动法则,考虑了剪切屈服和拉伸破坏两种状态之间的转换。剪切屈服后的流动是双向的,而拉伸破坏后流动是单向的;对于剪切屈服和拉伸破坏后的流动,应变变化路径不同,应变增量与应力增量之间的关系也不同;应力增量与应变增量的关系,不能由几个方程简捷地表示,需要用流程才能表达。     

多孔介质有效应力原理研究

提出了基于多孔介质的一种新的有效应力原理,据此,当饱和土加载后,孔隙度的变化与孔孙水压力之间的关系是非线性的,它们之间的变化关系同样取决于初始孔隙度以及初始孔隙水压力。     

孔隙压力作用下圆形巷道围岩的蠕变分析

在原有的岩土流变理论基础上,与渗流力学原理相结合,考虑孔隙压力及孔隙度在岩石蠕变过程中对于岩体变形的影响,在弹性解答的基础上,通过Laplace变换(对应性原理)得出解析解．在一定的假设条件下,利用弹性力学基本方程、蠕变方程及有效应力原理(Terzaghi有效应力方程),采用H-K体模型作为本构方程,将孔隙压力引入到围岩蠕变方程中．给出在孔隙压力作用下的蠕变曲线,并与不考虑孔隙压力和定孔隙压力条件下蠕变曲线相比,其更接近于实际．     

一个新的声应力系数及其确定

为建立声焦散线与平面应力条件下裂尖应力强度因子的关系,定义了一个新的声应力系数——声程差随应力线性变化的比例系数,该系数的大小既取决于材料常数又取决于耦合介质及声束的传播历程.借助6061-T6铝、EPTI钢两种材料的实验结果,说明了确定新的声应力系数的方法与步骤.所得结论是:只要确定了平面应力条件下超声纵波速度相对变化与主应力和之比,便可确定新的声应力系数.     

雷诺应力对平均和脉动压力影响的数值模拟

采用增加雷诺应力边界条件方法考察了雷诺应力对流场的影响。当雷诺应力边界条件存在时,流场内平均和脉动压力的变化体现了雷诺应力的影响。本文首先在没有雷诺应力边界条件和有雷诺应力边界条件的情况下得到TTU低矮建筑标准模型表面的平均压力系数,结果表明:考虑雷诺应力可使建筑物表面的平均压力系数的绝对值增大。本文还利用Selvam提出的脉动压力系数数学模型,计算了TTU模型表面的脉动压力系数,并对计算结果进行了分析。     

循环剪切荷载作用下软土的力学性状研究

利用从现场取得的原状土样,通过室内动三轴试验对循环荷载作用下的变形、孔压和强度特性进行研究。试验研究主要考虑了周围固结压力、循环剪切应力比、荷载频率和循环次数等因素的影响。研究表明,在循环荷载作用下,孔隙水压力和轴向应变均是一个波动上升的过程。当循环应力比增大时,动孔隙水压力变化幅值显著增加,而残余孔压也较大。同时,孔隙水压力值也随着周围压力的增大而明显增大。当作用荷载频率比较大时,需要更多的循环次数才能达到小频率作用荷载能达到的孔隙水压力值。但是,随着循环荷载作用次数的增加,频率对孔隙水压力的影响有减小的趋势。     

A discrete element model for simulating saturated granular soil

A numerical model is developed to simulate saturated granular soil, based on the discrete element method. Soil particles are represented by Lagrangian discrete elements, and pore fluid, by appropriate discrete elements which represent alternately Lagrangian mass of water and Eulerian volume of space. Macro-scale behavior of the model is verified by simulating undrained biaxial compression tests. Micro-scale behavior is compared to previous literature through pore pressure pattern visualization during shear tests. It is demonstrated that dynamic pore pressure patterns are generated by superposed stress waves. These pore-pressure patterns travel much faster than average drainage rate of the pore fluid and may initiate soil fabric change, ultimately leading to liquefaction in loose sands. Thus, this work demonstrates a tool to roughly link dynamic stress wave patterns to initiation of liquefaction phenomena.     

降水预压软基处理技术中孔隙水压力效应研究

降水预压是通过降低地下水位而加固软土地基的一种软基处理技术。这项处理技术的中孔压变化与堆载预压的孔压变化有所不同, 它是在通过降水减小静水压力增大有效正应力, 从而使土体固结沉降。通过上海浦东某工程降水预压试验的孔压测试, 本文分析了降水预压加固软土地基原理及孔隙水压力效应。     

Simulation of ground stress field and fracture anticipation with effect of pore pressure

Triaxial compression tests are carried out on the cores with different confining pressure and pore pressure to study the rupture mode and fracture distribution of carbonate rocks in Kenkiyak pre-salt oilfield, and the cores are made into thin sections after experiment. It shows that shear plane, high angle crack, conjugate shear cracks and net fractures will gradually appear with the effective confining pressure, the rock texture is damaged more and more seriously with the increase of effective confining pressure. Tectonic stress field in Kenkiyak Field is simulated by finite element numerical simulation software ADINA considering the effect of pore pressure, this model contains five faults and assumes that two planes of faults could slip with the force to decompress. The simulation results indicate that the total displacement coincides with the practical formation, the simulated tectonic stress fits with the values measured by acoustic emission testing, and the direction of major horizontal principal stress is consistent with the imaging log interpretation data. The fracture rupture rate and density are predicted according to tension and shear rupture rate which derived by simulation results. The fracture density varies widely in the simulated region and cracks develop easily on the structural high position, near the fault because of the increasing pore pressure and extrusion in the process of the tectonic movements.     

An application of a damage constitutive model to concrete at high temperature and prediction of spalling

A characteristic feature of concrete under uniaxial compression is the development of cracks parallel to the loading direction. A damage constitutive model proposed by Ortiz [Ortiz, M., 1985. A constitutive theory for the inelastic behaviour of concrete. Mech. Mater. 4, 67–93] can predict the transverse tensile stress responsible for these cracks by considering the interaction between the aggregate and the mortar and the development of damage in the latter. When concrete is exposed to high temperature, as is the case during fire, the failure mode is thermal spalling. In order to improve the prediction of the stresses involved in this failure Ortiz’s model is extended to account for the effects of high temperature. Published experimental results for uniaxial and biaxial compression at high temperatures are used to calibrate the temperature dependence of some of the material properties. The transient creep strain is accounted for by modifying the constrained thermal strain. The stress analysis is coupled with hygro-thermal analysis of heat, mass transfer and pore pressure build-up. The effect of pore pressure on the damage evolution is modeled by applying a body force in the stress analysis module proportional to the pressure gradient. A numerical example of concrete under fire is solved and the computed results are discussed. Spalling is predicted when the damage variable reaches its maximum value of unity. The predicted depth and time of spalling for a range of variation of permeability and initial liquid water content are presented. They are in good agreement with published experimental results.     

米箭沟尾矿坝料动力特性试验研究

本文对米箭沟尾矿坝料的组成、结构特征和物理力学性质进行分析,运用振动三轴试验确定尾矿坝料的动力特性参数,分析研究动力特性指标模型,得出动应力、动模量、阻尼比、动剪切摸量随动应变的变化规律,以及动应力与破坏振次,孔压比与振次比的变化规律,并提出符合试验结果的孔压模型,对该尾矿坝的地震动力分析及抗震稳定性评价提供一定科学依据和技术指导。     

动力排水固结法加固吹填黏性土的模型试验研究

为了研究动力排水固结法加固吹填土地基的效果,研发了大比例尺的室内模拟试验装置并开展了试验。重点对夯沉量、土体内孔隙水压力的瞬时和长期变化进行了监测和分析,得到如下结论:夯击产生的能量以波的形式向土体内部传播,由于波的作用造成土体拉伸形成裂隙,这些裂隙成为初期的排水通道; 孔隙水压力的动态变化具有明显的脉动特性,夯击瞬间出现负增长,然后再累积增长; 不同深度土体的孔隙水压力增幅不一样; 土体表面铺设的砂垫层不仅可以用做排水,还可以作为静力荷载,有助于土体的排水固结。     

真空预压法加固吹填土的孔隙水压力试验研究

利用真空预压法处理吹填土时,孔隙水压力变化常常反映土体固结程度的好坏。通过6个模型箱试验,监测不同排水系统下孔隙水压力变化,确定有效排水体间距。研究发现0.4m间距的土内孔压下降效果比0.8m间距的土内孔压下降效果好; 排水体内的孔隙水压力与排水体类型有关,且距离排水体10cm处土体内的孔隙水压力仅为排水体内孔隙水压力的1/2弱; 滤膜排水系统中的吹填土孔隙水压力下降幅度最快,B型排水板系统次之,而砂井系统最慢。另外,对于吹填土而言,排水体有效间距介于0.4m与0.8m之间,其中滤膜的有效间距最大,B型排水板次之,砂井远小于前两者。