饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型研究

针对饱和超固结黏性土现有下加载面修正剑桥模型中破坏应力比为定值、土体黏聚力为零,以及不能准确反映不同应力状态下土的强度差异这些问题,基于三剪统一强度准则以及应力坐标平移法得到了扩展破坏应力比,其特点是能更好地反映应力状态变化以及土体黏聚力的影响。在此基础上提出了饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型,该模型的特点是能描述土体受力时的中间主应力效应,应力区间效应和拉压差影响,同时也能更好地考虑土体黏聚力的影响。基于该模型对ABAQUS软件进行了二次开发,并利用其模拟了饱和超固结黏性土在排水和不排水条件下的真三轴和常规三轴压缩试验特性。对常规三轴压缩条件下土体力学特性作了模拟和试验结果对比。结果表明所提模型能很好地反映不同超固结比下土体的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性。     

超固结饱和黏性土的弹塑性本构模型及三轴试验模拟

针对饱和超固结黏性土现有的下加载面修正剑桥模型破坏应力比为定值,不能反映土体在不同应力状态下强度特性存在差异这一问题,为了更好地反映应力状态变化对破坏应力比的影响,基于三剪统一强度准则确定超固结土的破坏应力比。在此基础上得到了超固结土的弹塑性本构模型,该模型的特点是能够描述土体受力时的中间主应力效应、应力区间效应、拉压差影响。基于该本构模型作了常规三轴压缩条件下超固结饱和黏性土的模拟结果与试验结果对比,结果表明:该模型能够反映不同超固结比下土的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性和规律。利用该本构模型模拟了排水和不排水条件下的真三轴压缩试验,得到了相应的应力-应变特性曲线。     

变围压条件下粉质黏土动孔压特性试验研究

为研究变围压条件下粉质黏土的孔压发展规律及强度特性,利用GDS振动三轴试验系统开展了不排水和部分排水时粉质黏土变围压循环三轴试验,研究了变围压应力路径对粉质黏土动孔压变化的影响规律。结果表明:变围压条件下,粉质黏土孔压主要由弹性孔压和残余孔压两部分组成。不排水条件时,粉质黏土最大孔压比随应力路径斜率和循环动应力比增加而增大,最小孔压受循环围压影响较小;部分排水试验时,最大孔压比曲线(r_u~(max)~N)和最小孔压比曲线(r_u~(min)~N)表现为先升后降;当振动次数N2500次后,孔压变化逐渐趋于平稳。最大(小)孔压比均随着循环动应力比的增大而增大,但循环围压幅值对孔压比的影响却不同。最大孔压比r_u~(max)的稳定值随着循环围压幅值的增大而增大,最小孔压比r_u~(min)的稳定值随着循环围压幅值的增大而减小。上述研究成果可为交通循环荷载作用下粉质黏土的强度特性理论研究提供科学依据,为地基灾变控制研究提供技术支撑。     

循环荷载下硅藻土应变和孔压特性

针对嵊州硅藻土的高结构性及地基应力场的复杂多变，应用GDS 动三轴仪进行不同围压和不同循环应力比下的不排水循环加载试验，分析应力-应变滞回曲线演化、应变累积特性、回弹特性及孔压特性．研究表明：循环应力比及围压对原状硅藻土应变和孔压的发展规律影响明显，随着循环应力比的增加，滞回曲线由线性状态转变为非线性状态，且逐渐向x 轴倾斜，累计应变和回弹应变都随着循环应力比的增加而略微增加，但总应变基本小于2 %；残余孔压比随循环应力比增大而增大，范围为0.1~0.5．并且存在一个临界循环应力比，其值随有效围压的增大而减小，范围为0.8~2.2，当循环应力比大于该值时，试样内部产生一个破裂面迅速发生破坏．在相同循环应力比下，试样的应变随着有效围压的增大而增大．     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

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。     

不同围压下草本植物根系对土体加筋效应试验研究

通过从野外直接挖取草本植物狗牙根根系,并将其与海南地区红粘土随机混合,采用一次性成样方法对根土复合体进行了多个围压下的室内常规三轴试验,其围压分别为20k Pa、30k Pa、40k Pa、100k Pa、200k Pa、300k Pa;对根土复合体的抗剪强度指标、加筋效果进行了分析及评价,指出了在不同围压作用下复合体抗剪强度指标的变化情况.试验数据分析可知:(1)单根狗牙根的抗拉力与直径呈正相关线性关系,而抗拉强度与直径呈衰减形幂函数形式;(2)狗牙根根系的存在可有效提高土体的抗剪强度,根土复合体的主应力差增长速度快于素土,且其应力应变曲线应变后期明显不同于素土,复合体曲线应变后期呈现应变硬化现象;(3)根土复合体的抗剪强度随围压而变化,高围压作用下土复合体的粘聚力及内摩擦角与素土相比分别提高了159.23%和13.56%,在小围压作用下的增长幅度分别为35.87%和10.86%;因此,采用大围压进行试验显得不合适宜,小围压作用下的根土复合体更加符合草本植物根系的浅层加筋作用.小围压作用下的根土复合体三轴试验研究成果对进一步开展小型边坡防治、水土保持提供了参考依据.     

成桩后黏性土中超孔压和有效应力试验研究

针对预制桩沉桩挤土效应问题，采用现场原位试验和数值模拟方法，分析了桩土界面超孔压和竖向有效应力随时间的变化规律，并应用水力压裂理论、孔穴扩张理论和修正剑桥(modified Cam-clay, MCC)模型，揭示了成桩后桩周土体固结过程的超孔压沿桩长的分布形式。结果表明：桩周超孔压大小同孔压与传感器入土深度成正比；在外载荷作用下，黏性土中超孔压和竖向有效应力分别随时间呈“增–减–平”和“平–增–平”的三段式变化趋势；成桩后约25天，超孔压基本消散完毕，竖向有效应力趋于稳定最大值；基于修正理论公式的数值模型得出，不同载荷下，桩侧中下部出现负超孔压，距桩的水平距离和距桩端竖向距离越小，超孔压越大。可为同类静压沉桩挤土效应问题提供参考依据。     

南京下蜀土结构强度研究

利用常规三轴试验,研究了南京下蜀土结构强度及其影响因素。结果表明,下蜀土存在明显的结构性。当应变小于屈服应变时,土体的结构强度迅速的发挥;当应变大于屈服应变时,土体结构发生破坏,结构强度逐渐降低;最终当各个结构单元重新排列稳定时,土体结构完全被破坏。讨论了围压和含水量对结构强度的影响,结果表明南京下蜀土土体的结构强度和围压无关,和含水量有良好的幂函数关系。结构强度与非饱和土中吸附强度有一定的关系,可以用结构强度代替吸力,从而简化非饱和土抗剪强度公式。
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一个反映土体复杂加卸荷路径的弹黏塑性模型

基于Perzyna 过应力理论,构造了一个土体各向异性弹黏塑性本构模型. 模型引入Wheeler 旋转硬化法则,能够较好的描述土体的初始各向异性和应力诱发各向异性. 借助ABAQUS 软件中UMAT 子程序接口,模型采用隐式积分算法——图形返回算法实现. 通过对一组复杂加卸荷路径的三轴不排水剪切试验(HKMD) 及一组分级加载三轴不排水蠕变试验(Sachville clay) 的模拟,表明本模型能够合理反映土体的率效应、应力松弛、蠕变及土体各向异性现象,验证了模型的有效性.     

CONSOLIDATION HEORY OF UNSATURATED SOIL BASED ON THE THEORY OF MIXTURE(Ⅰ)

Unsaturated soil is a three-phase media and is composed of soil grain, water and gas. In this paper, the consolidation problem of unsaturated soil is investigated based on the theory of mixture. A theoretical formula of effective stress on anisotropic porous media and unsaturated soil is derived. The principle of effective stress and the principle of Curie symmetry are taken as two fundamental constitutive principles of unsaturated soil. A mathematical model of consolidation of unsaturated soil is proposed, which consists of 25 partial differenfial equations with 25 unknowns. With the help of increament linearizing method, the model is reduced to 5 governing equations with 5 unknowns, i.e., the three displacement components of solid phase, the pore water pressure and the pore gas pressure. 7 material parameters are involved in the model and all of them can he measured using soil tests. It is convenient to use the model to engineering practice. The well known Biot’s theory is a special case of the model.     

CONSOLIDATION HEORY OF UNSATURATED SOIL BASED ON THE THEORY OF MIXTURE(Ⅰ)

Unsaturated soil is a three-phase media and is composed of soil grain,water andgas.In this paper,the consolidation problem of unsaturated soil is investigated basedon the theory of mixture.A theoretical formula of effective stress on anisotropicporous media and unsaturated soil is derived.The principle of effective stress and theprinciple of Curie symmetry are taken as two fundamental constitutive principles ofunsaturated soil.A mathematical model of consolidation of unsaturated soil isproposed,which consists of25 partial differenfial equations with25 unknowns.Withthe help of increament linearizing method,the model is reduced to5 governingequations with5 unknowns,i.e.,the three displacement components of solid phase,thepore water pressure and the pore gas pressure.7 material parameters are involved inthe model and all of them can be measured using soil tests.It is convenient to use themodel to engineering practice.The well known Biot’s theory is a special case of themodel.     

条形荷载下梯度非均匀非饱和土的动力响应分析

基于多孔介质混合物理论, 建立了梯度非均匀非饱和土地基模型, 研究了条形荷载作用下梯度非均匀非饱和土地基的动力响应问题. 通过傅里叶积分变换和Helmholtz矢量分解原理, 获得频域内非饱和土地基动力响应问题的通解, 结合回传射线矩阵法和边界条件, 求解获得了非均匀非饱和土层中位移、应力以及孔隙压力的计算列式. 假设沿深度方向梯度非均匀非饱和土的物理力学性质按幂函数连续变化, 通过数值傅里叶逆变换得到了非均匀非饱和土地基中的应力、位移以及孔隙压力等物理量的数值解, 分析讨论了土体非均匀性对非饱和土介质动力响应的影响规律. 结果表明: 土体非均匀性显著改变了非饱和土中竖向位移、正应力和孔隙压力在其深度方向上的振动模态, 其中孔隙气压在其深度方向的振动频率随着梯度因子的增加而不断增大, 波峰值不断靠近地表处附近; 竖向位移随着梯度因子的增大不断减小; 正应力和孔隙水压随着梯度因子的增大先增大后减小, 并且土体非均匀程度越高, 正应力与孔隙水压的幅值越大.      

Mechanical Behaviors of Saturated Sand under Complicated Loading

The different physical states of saturated sand, including shear elasticity, positive dilatancy, and negative dilatancy (preliminary negative dilatancy, secondary negative dilatancy and reversal negative dilatancy) are revealed based on the pore water pressure response of saturated sand in undrained dynamic torsional tests of thin cylinder samples and also checked by the drained cyclic triaxial tests under a given mean effective normal stress. According to the effective stress path of different physical states under the undrained cyclic torsional tests the physical state transformation surface, stress history boundary and yield surface are determined, and the state boundary surface is also determined by the range of effective frictional stress state movement. Based on the moving yield surface without rotation, and the expanding stress history boundary surface relevant to the stress path variations under different physical states in 3D stress space, a physical state model is proposed to provide a new app     

利用大型岩质滑坡形成的环境条件及重力圧密原理分析滑面形态与强度参数

大型、特大型岩质滑坡,因其体积大,范围大,且多位于高山峡谷地区,用勘探方法虽能较准确的查明滑带的位置、形态,但因极恶劣的地形条件,绝大部分在初步研究阶段,由于缺少勘探资料而不能确定滑面位置,因而也难以获得滑面的强度参数。本文从大型岩质滑坡形成的初始环境地质条件：地形条件,地貌条件,岩性条件,构造条件,河流形态,斜坡坡体结构和变形破坏特征,结合滑坡形成后的形态特征,以反馈研究的方式,分析确定大型岩质滑坡滑面的位置及形态特征,在获得滑坡滑面位置的基础上,分析、计算滑面上覆岩体重量在滑面上产生的正应力（压应力）;在获取部分滑带土的基础上,用滑坡体重力在滑面上产生的正应力,以重力压密原理在室内开展相匹配的试验,进而获得各地段相应的物理指标,在室内开展相匹配的强度试验,获得强度参数,建立滑带土孔隙比、含水量与摩擦系数、内聚力的关系,用试验获得的关系式,结合重力压密试验得到的不同部位的含水量,去分析、研究滑面的强度参数,采用传递系数法、摩根斯坦法开展相应的稳定性分析,得到的稳定性系数均大于12,与滑坡当前的变形动态较吻合。     

Several contributions to soil compactibility induced by cyclic loading test

To investigate the soil compactibility during the cyclic loading, three different kinds of paddy field soils were prepared so as to clarify interrelationships among stress amplitude ratio, bulk density, soil water content and pore water pressure. The presetting values of specimen include the soil water content(percent dry basis) and bulk density of 25% d.b. and 1.1 Mg/m³ respectively. The relation between the number of cyclic loading and axial strain exhibited an asymptotically increasing trend, converging toward a specific value for each experimental condition. Possible effect caused by elastic–plastic characteristics could be recognized, when axial strain for 0.5 Hz excitation becomes greater than the one of 1.0 Hz under same stress amplitude ratio. When the stress amplitude ratio took 0.1, the absolute value of axial strain of 0.5 Hz was greater than the one of 1.0 Hz, whereas its decreasing trend was recognized in the sequence of silt, clay and silty sand. The qualitative relations between pore water pressure and number of cyclic loading were also examined to scrutinize the effect of effective water pressure to the soil compactibility.     

非饱和渗流基质吸力对边坡稳定性的影响

降雨入渗是致使边坡岩土体稳定性下降并最终导致崩滑地质灾害发生最为常见的环境因素。通常对边坡中地下水的影响分析采用的是经典的静水压力假定 ,并考虑适当的折减系数。本文研究了非饱和土强度随基质吸力变化的规律 ,对基质吸力影响边坡稳定性的机制进行探讨 ,并提出了相应的分析方法。运用上述方法分析了某露天矿边坡实例。结果表明 ,该方法十分有效。     

基于尖点突变模型的地震液化和孔压研究

地震液化是一种严重的自然灾害，然而如何准确判断液化目前作的还很不成功。本文以经过持时修正的能量函数和经过粘粒及上覆压力修正的标贯击数为控制变量，以孔压发展为状态变量，根据液化的物理意义、室内孔压发展曲线的特点和国内外实测液化资料，建立了基于修正Zeeman突变方程的孔压液化发展模型。在此基础上，利用统计学中控制“弃真”概率的方法，确定了分叉曲线和新旧坐标之间的转换关系并且从统计的角度给出了不同土的孔压发展曲线。从孔压发展曲线看，对于R＞0的任何土，超静水压力均达不到1，其实这正好反映了宏观液化现象。在宏观震害中，只要有喷水冒砂现象即认为是液化，超静水压力只要能克服埋深而无须达到上覆压力即可使地下水到达地面从而显现宏观液化现象。检验结果表明这一模型是合理的。