STRUCTURAL DAMAGE MODEL OF UNSATURATED EXPANSIVE SOIL AND ITS APPLICATION IN MULTI-FIELD COUPLE ANALYSIS ON EXPANSIVE SOIL SLOPE

Focused on the sensitivity to climate change and the special mechanical characteristics of undisturbed expansive soil, an elastc-plastic damage constitutive model was proposed based on the mechanics of unsaturated soil and the mechanics of damage. Undisturbed expansive soil was considered as a compound of non-damaged part and damaged part. The behavior of the non-damaged part was described using non-linear constitutive model of unsaturated soil. The property of the damaged part was described using a damage evolution equation and two yield surfaces, i.e., loading yield (LY) and shear yield (SY). Furthermore, a consolidation model for unsaturated undisturbed expansive soil was established and a FEM program named UESEPDC was designed. Numerical analysis on solid-liquid-gas tri-phases and multi-field couple problem was conducted for four stages and fields of stress, displacement, pore water pressure, pore air pressure, water content, suction, and the damage region as well as plastic region in an expansive soil slope were obtained.     

非饱和土的非线性固结模型和弹塑性固结模型及其应用

把作者最近提出的非饱和土的增量非线性本构模型及由作者改进的Alonso等人提出的非饱和土弹塑性模型引入陈正汉建立的非饱和土的固结理论,得到非饱和土的非线性固结模型和弹塑性固结模型,设计了有关程序,求解了地基在分级加载条件下的固结过程和塑性区的动态扩展,从而把非饱和土固结问题的研究推到了一个新水平。     

透射边界条件在点声源海底地震波数值计算中的应用

航行舰船在海底岩土层中引起的弹性波被称为舰船地震波,主要由舰船低频辐射噪声引起,可用于识别舰船目标。本文采用大型有限元软件ANSYS中的流固耦合计算模块,结合多次透射公式(MTF)人工边界条件,对较为简单的水平分层海洋环境下低频点声源海底地震波进行了数值计算,并为了分析数值计算方法的精度,将数值计算结果与波数积分方法结果进行了比较。频率较低时两种方法的声传播损失曲线符合较好,频率较高时结果存在一定差别;两种计算方法所得声传播频率特性曲线的形式有所不同,但曲线总体变化趋势基本一致;而海底表面竖直位移、水平位移、竖直加速度和水平加速度的频率特性曲线基本符合。由此认为,基于多次透射公式人工边界,采用大型有限元软件ANSYS中的流固耦合模块,对较复杂环境下低频点声源海底地震波问题进行数值计算是基本可行的。     

液固半无限空间低频点声源的地震波动

将舰船地震波简化为液固半无限空间低频点声源引起的地震波动,基于简正波理论,通过计算围道内的留数得到了位移势函数的表达式.分析了液体层内声传播损失和固体层表面的位移、加速度的频率特性曲线,为分析舰船地震波的形成机理以及波动特征提供了一定的理论基础.     

非饱和土的理论与实践

发展非饱和土的理论和技术是现代土力学的一项基本任务。本文介绍作者十几年来在这一领域的研究成果,内容包括非饱和土的仪器研制、试验研究、工程特性、力学理论、分析方法和工程应用等方面。     

Nonlinear and Elasto-Plasticity Consolidation Models of Unsaturated Soil and Applications

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＧｒｅａｔａｔｔｅｎｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐａｉｄｔｏｔｈｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｎｄｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙｏｆｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓｏｉｌｉｎｒｅｃｅｎｔｔｅｎｙｅａｒｓ.Ｕｓｉｎｇａｘｉｏｍａｔｉｃｍｅｔｈｏｄ ,ｔｈｅｆｉｒｓｔａｕｔｈｏｒｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒａｒｏｕｎｄ1 990ｐｒｏｐｏｓｅｄａｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｏｆｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓｏ…     

非饱和膨胀土的结构损伤模型及其在土坡多场耦合分析中的应用

针对原状膨胀土对气候变化反映敏感的特点和其具有胀缩性、裂隙性、超固结性等力学特性,以非饱和土力学和损伤力学为基础,建立了一个非饱和膨胀土的弹塑性损伤本构模型及相应的固结模型．把原状膨胀土看成是由未损部分和损伤部分的复合体,未损部分用非饱和土的非线性本构关系描述,损伤部分用损伤演化方程和两个屈服面（即,加载屈服面和剪切屈服面）描述．其中的损伤演化方程包括加载引起的损伤和干湿循环引起的损伤两个方面,用作者研制的CT-三轴试验确定．设计了相应的有限元程序UESEPDC;对非饱和膨胀土边坡进行了三相多场耦合问题的数值分析．分析分为4个阶段,得到了边坡在每一分析阶段的应力场、位移场、孔隙水压力场、孔隙气压力场、含水量场、基质吸力场、结构损伤演化场和塑性区扩展的动态图,较好地揭示了膨胀土边坡在开挖和气候变化条件下逐渐发生失稳滑动的现象及其机理．     

舰船海底地震波形成机理的理论分析

航行舰船是一个很大的振动和噪声源,其振动和噪声引起的压力波经由流体介质传播到海底,引起海底岩层振动,产生弹性波并向远处传播,这种航行舰船在海底引起的弹性波称为舰船海底地震波。舰船海底地震波可用于识别舰船目标,作为水中武器的目标探测信号。基于波动理论,得到了舰船引起海底地震波的波动方程和有限元数值计算模型。利用该模型,对二维半无限空间层状海洋环境在水压场和极低频点声源作用下的海底地震波信号进行了数值模拟,得到了远场海底表面处加速度和水压的时域频域信号。结果表明,在二维半无限空间层状海洋环境条件下,舰船远场海底地震波主要由舰船极低频的噪声辐射引起,主要频率范围在1-7Hz。     

航行气垫船激励浮冰响应的模型实验研究

基于弹性薄板振动微分方程和相似理论,建立了气垫船在浮冰上运动的原型系统与模型系统参数之间的相似对应关系. 导出了浮冰层自由振动波形传播的相速度和群速度计算公式,明确了相速度的极小值和浅水波传播速度即为气垫船的第一、第二临界速度. 根据研制的高精度非接触式激光位移测量系统,在变水深拖曳水槽中, 开展了不同速度移动气垫载荷激励薄膜变形响应的系列实验,证实了存在使薄膜变形达到最大的移动气垫载荷临界速度. 第一临界速度使气垫载荷之后的薄膜产生最大的下陷变形,第二临界速度使气垫载荷之前的薄膜产生最大的上凸变形. 通过实验结果进一步分析了气垫速度、高度、压力及水深等参数对薄膜变形和临界速度的影响,揭示了移动气垫载荷激励薄膜变形响应的聚能共振增幅机理,为利用气垫船实施有效破冰提供了依据.