基于临界状态的砂土本构模型研究

砂土孔隙比及所受压力是其力学特性的重要影响因素. 本文基于砂土临界状态线特性分析,采用以e-(p/p_a)ξ平面内的线性关系描述其等向压缩线. 通过对比分析两种不同压缩线函数 与临界状态线函数之间的关系提出更适合描述砂土在等向压缩下的参考压缩线,并给出了基于参考压缩线的等向硬化规律. 建议了适用于 描述砂土剪切特性的屈服面函数,并给出利用等向压缩和等p路径确定屈服面形状参数μ的方法. 将不同应力比对应的压缩线作为砂土状态参量参考线,以获取潜在强度M_f与特征状态应力比M_c,进而描述砂土压缩与剪切特性;基于等向压缩与等p路径建立了当前应力比与状态参量参考线之间的相关关系,从而实现了砂土状 态参量参考线由参考压缩线向临界状态线平稳过渡. 建立的砂土本构模型共11个参数,均能够通过常规土工试验或经验获取. 基于模型预测与Toyoura砂的等向压缩、三轴不排水剪切试验及排水剪切试验的对比结果,本文建立的砂土本构模型很好地描述了Toyoura 砂在不同孔隙比和不同压力下的压缩与剪切特性.      

基于临界状态的砂土本构模型研究

砂土孔隙比及所受压力是其力学特性的重要影响因素.本文基于砂土临界状态线特性分析,采用以e-(p/p_a)~ξ平面内的线性关系描述其等向压缩线.通过对比分析两种不同压缩线函数与临界状态线函数之间的关系提出更适合描述砂土在等向压缩下的参考压缩线,并给出了基于参考压缩线的等向硬化规律.建议了适用于描述砂土剪切特性的屈服面函数,并给出利用等向压缩和等p路径确定屈服面形状参数μ的方法.将不同应力比对应的压缩线作为砂土状态参量参考线,以获取潜在强度M_f与特征状态应力比M_c,进而描述砂土压缩与剪切特性;基于等向压缩与等p路径建立了当前应力比与状态参量参考线之间的相关关系,从而实现了砂土状态参量参考线由参考压缩线向临界状态线平稳过渡.建立的砂土本构模型共11个参数,均能够通过常规土工试验或经验获取.基于模型预测与Toyoura砂的等向压缩、三轴不排水剪切试验及排水剪切试验的对比结果,本文建立的砂土本构模型很好地描述了Toyoura砂在不同孔隙比和不同压力下的压缩与剪切特性.     

经典弹塑性力学体系下岩土材料的本构方程

剑桥模型,修正剑桥模型以及近年来出现的适用于砂土和黏土的统一硬化模型在岩土工程中有重要的科研和实用价值．在经典弹塑性力学框架下重新推导了以上这些岩土材料本构方程,对岩土工程中常用的本构模型和经典弹塑性理论框架下的岩土本构模型进行了对比,将两个体系下的相关量建立了联系．     

动力UH模型及其有限元应用

饱和砂土在循环载荷下具有复杂的应力应变关系, 通常表现出液化过程中的 大变形以及往返活动性现象. 为简单有效地模拟上述特性, 在超固结UH模型的基础上, 将其 扩展为可考虑砂土动力加载下的本构模型. 具体做法有3点: (1)改变屈服面椭圆长 短轴之比, 将比值定义为反映应力诱导各向异性转轴斜率的函数; (2)引入旋转硬化 规则, 用来反映应力诱导各向异性; (3)建立一个与旋转硬化规则以及临界状态特性 相协调的统一硬化参数. 模型预测结果表明, 所提动力模型可简单、有效地用于砂土在动力 载荷下应力应变关系的模拟. 最后将该动力UH模型嵌入到有限元软件中, 三维地基的动力 加载模拟结果表明, 动力UH模型可方便地应用于岩土工程实践中.     

K0超固结土的不排水抗剪强度

结合K0超固结上模型、旋转角w公式、临界状态不排水条件以及基于SMP的变换应力张量建立了不排水抗剪强度的统一表达式;采用三轴压缩、三轴拉伸的应力洛德角θ、旋转角w建立了三轴压缩、三轴拉伸条件下的不排水抗剪强度公式;基于临界状态士力学,推导出了平面应变条件下的应力洛德角θ、旋转角w的表达式,进而得到平面应变条件下的不排水抗剪强度公式.分别采用三轴压缩、三轴拉伸和平面应变条件下试验数据对所提出的不排水抗剪强度公式进行验证,预测结果和试验数据的基本吻合表明了不排水抗剪强度公式的合理性.     

马氏瓶回流原理分析

为了研究马氏瓶发生回流时水位变化的规律,利用理想气体定律和压强理论对马氏瓶的回流原理进行了推导,得到了引起马氏瓶回流水量的计算公式,并结合试验对公式进行了验证,发现水量的计算值与实际值基本一致,表明了计算公式的适用性。同时发现回流水不仅进入马氏瓶进气管,也会进入马氏瓶内,回流到瓶内的水将压缩水面上部的空气,使瓶内空腔体积减小,试验结果进一步揭示了马氏瓶回流过程的规律。     

岩土材料塑性应变增量方向的确定

通过与金属材料的类比，分析了岩土材料的特征面(SMP面)的特性，提出了SMP面上的应力 决定岩土材料塑性应变增量流动方向的观点，并由此推导出计算公式. 通过增加一个材料参 数，还可以考虑存在黏聚力时的情况. 由该公式计算的塑性应变增量方向得到了 试验结果的验证. 该公式也在用变换应力修正的剑桥模型中得到应用，模型预测结果能够合理反映试验数据.     

含水合物沉积物的弹塑性本构模型

土的密度对其力学特性具有明显影响.水合物以一种固相赋存于沉积物的孔隙中,使得水合物的含量和其赋存形式都会影响含水合物沉积物(GHBS)的密度,因此在研究和描述含水合物沉积物的力学性质时应考虑水合物含量和赋存形式对其密度的影响.本文基于黏土和砂土统一的本构模型(CSUH模型),首先建立水合物体积分数与压硬性参量的关系式来反映水合物对沉积物压缩规律的影响.其次,为了合理考虑水合物含量和赋存形式对沉积物密度的影响,建立了可以描述有效初始孔隙的计算式,并将其引入到状态参量中来描述水合物对沉积物剪胀性和峰值强度的影响.最后,结合CSUH模型中水滴形屈服面,建立了一个含水合物沉积物的弹塑性本构模型.通过与室内试验结果比较,验证了该模型不仅能够合理地描述不同赋存形式、不同水合物含量下含水合物沉积物的应力应变关系,而且在描述具有相同赋存形式含水合物沉积物的力学特性时,不同的水合物含量只需采用一组参数.     

含水合物沉积物的弹塑性本构模型

土的密度对其力学特性具有明显影响.水合物以一种固相赋存于沉积物的孔隙中,使得水合物的含量和其赋存形式都会影响含水合物沉积物(GHBS)的密度,因此在研究和描述含水合物沉积物的力学性质时应考虑水合物含量和赋存形式对其密度的影响.本文基于黏土和砂土统一的本构模型(CSUH模型),首先建立水合物体积分数与压硬性参量的关系式来反映水合物对沉积物压缩规律的影响.其次,为了合理考虑水合物含量和赋存形式对沉积物密度的影响,建立了可以描述有效初始孔隙的计算式,并将其引入到状态参量中来描述水合物对沉积物剪胀性和峰值强度的影响.最后,结合CSUH模型中水滴形屈服面,建立了一个含水合物沉积物的弹塑性本构模型.通过与室内试验结果比较,验证了该模型不仅能够合理地描述不同赋存形式、不同水合物含量下含水合物沉积物的应力应变关系,而且在描述具有相同赋存形式含水合物沉积物的力学特性时,不同的水合物含量只需采用一组参数.      

马氏瓶回流原理分析

为了研究马氏瓶发生回流时水位变化的规律,利用理想气体定律和压强理论对马氏瓶的回流原理进行了推导,得到了引起马氏瓶回流水量的计算公式,并结合试验对公式进行了验证,发现水量的计算值与实际值基本一致,表明了计算公式的适用性。同时发现回流水不仅进入马氏瓶进气管,也会进入马氏瓶内,回流到瓶内的水将压缩水面上部的空气,使瓶内空腔体积减小,试验结果进一步揭示了马氏瓶回流过程的规律。