平面应力状态下混凝土的本构模型

在混凝土的非线性有限元分析中，需要模拟混凝土的应力-应变关系，根据混凝土单轴受压典型曲线特征，采用Hermite插值给出了混凝土单轴受压条件下具有明显几何意义的σ-ε关系，以给定的混凝土强度准则为基础，给出了混凝土平面应力状态下的增量本构关系，利用特征屈服半径的概念将初始屈服面、后续屈服面以及破坏面表达为一个统一的形式；特征屈服半径的概念将平面应力状态下混凝土的本构关系与单轴受压状态统一起来，使问题的处理一体化，计算结果与试验结果的比较，验证了本构模型的可靠性。     

饱和粘土本构关系的神经网络模型

基于不同应力中径下饱和粘土的三轴试验和反问题理论，提出了用改进BP神经网络和径向基函数（RBF）神经网络这两种方法来建立粘土的本构模型。实例分析表明，两种模型对具体本构关系都能够很好逼近和预测，比较起来，径向基函数神经网络模型的稳定性好，且逼近速度快，而改进BP神经网络稳定性好，但逼近速度过慢。     

岩石的弹塑性扰动状态本构模型

假定岩石的相对完整状态符合分级单屈服面(HISS)模型并考虑其各向同性硬化,岩石的完全调整状态对应于理想刚塑性,通过定义扰动函数,则岩石应力峰值后的软化行为可用HISS模型叠加扰动进行描述,从而建立基于扰动状态概念理论的岩石弹塑性本构模型.利用RMT-150B对焦作砂岩进行单轴、三轴压缩破坏试验,以确定本构模型中的材料参数.应用建立的弹塑性本构模型,对岩石在单轴应力状态下的力学响应进行了描述.研究结果表明,建立的弹塑性本构模型能描述单轴下岩石的应力-应变全过程.     

复杂应力状态下SMA热力学方程的求解

建立了在复杂应力状态下的热力学本构关系，并针对纯剪状态下的具体问题建立了热力学非线性方程的求解方法。利用MATLAB编写的数值计算程序，对形状记忆合金耗能弹簧进行了实例计算。结果表明，所建立的方法适用于热力学方程的求解，具有较好的适用性。     

不同应力路径下粘土的本构关系验证

本文通过对小浪底土坝心墙粘土等应力比和变应力比的固结排水剪切试验,研究了不同应力路径下粘土的应力应变特性。结果表明,应力路径对土的应力应变关系有显著的影响,而对强度指标则影响很小;在一定的等应力比范围内,土的应力应变关系具有较好的归一性。对邓肯-张模型、修正剑桥模型和双屈服面弹塑性模型进行了验证,这些模型对应力路径的适应性各不相同。根据几种基本试验,利用插值方法推求了等应力比路径下土的应力应变关系曲线,取得了较为满意的结果。     

初始温度条件下全尾胶结膏体损伤本构模型

膏体充填料到达采场初始温度不同是矿山存在的普遍现象,不同初始温度条件下膏体力学特性及应力-应变关系直接影响到矿山采充周期及相邻采场开采时贫化指标.通过对初始温度为2、20、35和50℃的硬化膏体进行单轴抗压强度试验,获得不同初始温度下充填体应力-应变演化曲线.根据理论推导和试验结果,建立了不同初始温度下膏体损伤本构模型,通过本构模型参数回归,提出膏体温度-时间耦合损伤本构模型.最后,采用Comsol数值模拟软件,将温度-时间耦合损伤本构模型嵌入solid mechanics模块,对单轴抗压试验进行数值模拟,模拟应力-应变曲线与试验结果较为吻合,验证了所提出本构模型的可靠性.     

岩石损伤本构模型研究

基于应变强度理论和岩石微元强度服从幂函数分布的假定,利用统计损伤力学的理论,建立了岩石破坏过程中的损伤统计本构模型,并引用试验资料对模型进行了验证。验证结果表明:模型理论曲线与试验实测曲线具有较高的吻合度,所建模型能够比较好的反映岩石在三向压力作用下的应力—应变关系和岩石强度变化特征,说明本文所建立的模型是合理的。     

超固结饱和粘土的内时本构模型

本文根据连续介质力学原理,探讨了内时理论在超固结粘土本构分析中的应用。给出了(1)具有应变硬化-软化特性的偏斜响应的封闭解;(2)包含负孔隙压力现象的孔隙压力封闭解。根据已有的试验资料所作的验证,证实了上述解答的合理性。     

复杂应力状态下高强混凝土的损伤本构理论及应用

基于高强砼轴向压缩试验测定的压缩应力与应变全曲线及其特征点相对应参数，建立了压缩损伤本构模型；通过理论分析提出了高强砼在主轴系内二向与三向应力状态下的正交各向异性损伤本构模型以及在损伤断裂过程中进行非线性有限元计算的方法     

复杂应力条件下软岩巷道的返修支护

针对魏家地煤矿1070巷道返修工程,分析了复杂应力条件下软岩巷道破坏机理.研究表明,导致1070巷道出现顶板下沉量大、底板严重膨胀、两帮位移大的主要原因是巷道埋深大,构造应力高,采空区矿山压力显现显著.确定锚注锚网联合支护作为1070巷道返修方案.监测结果表明,1070的返修支护方案合理,效果良好.     

岩体结构面三维循环加载本构关系

研究岩体结构面在循环加载条件下的三维力学性质。通过对二维数值模型合理推广,建立三维本构模型。法向加卸载本构为逐步硬化的双曲线函数。切向模型基于加载为双曲线函数、卸载为线性函数的本构方程建立,并引入剪切方向角描述三维切向接触特性。考虑峰值剪切现象,以切向塑性功为主要参数,建立峰值摩擦角和剪胀角的磨损方程。以初始剪胀角和残余剪胀角为主要参数建立剪胀方程。数值计算结果与试验曲线的对比表明,该模型体现了各向异性结构面的非线性受力变形特性、表面磨损和不均匀剪胀行为,能较好模拟三维循环加载本构关系。     

双向正交节理岩体的一个复合蠕变模型

将受一组正交节理切割的岩体结构视为广义宏观复合材料,用“代表元”的方法．建立了复合蠕变本构方程,这对于工程计算和评估岩体结构的力学特性,不仅具有一定的理论意义,而且具有一定的实用价值。所得结果,也适用于那些组构形式相同的复合材料．     

高应力软岩巷道壁后充填支护研究

高应力软岩巷道属非线性大变形问题,巷道支护必须满足其变形要求。总结了白皎煤矿高应力软岩砌碹巷道变形破坏特征,分析了砌碹巷道破坏机理,并对碹体壁后充填粉煤灰基材料改善"支护-围岩"关系的作用机理进行了分析,最后得到了现场验证。     

线圈法岩心复电阻率扫频测量系统研究

为了研究用不同测量方法所测得的岩石电阻率或电导率的异同及其关系 ,在实验室内研制了线圈法岩样复电阻率扫频测量系统。该系统可改变传统感应测井中以发射电流直接作为参考的方法 ,将发射电流移相一定的角度 ,从而解决了虚部小信号的检测问题。发射电流在低频时 ,短线圈距的线圈系对介质电导率的灵敏度低于长线圈距的 ;而在高频时结果则相反。试验表明 ,在室内用线圈法测量岩心复电阻率是可行的 ,而且被测信号幅度和相位均与岩石的电阻率有很好的对应关系 ,也更能真实地反映岩石的频散特性。同时 ,用线圈法测量的岩心复电阻率也可用来探测岩石中地层水的饱和度。     

三维应力作用下砂砾岩孔隙型渗流

为了掌握砂砾岩在三维应力作用下的渗流规律,开展了理论和试验研究。把渗透系数设定成孔隙率变化量的函数,再基于孔隙弹性理论推导孔隙率变化量和应力之间的关系,建立了孔隙型岩石的渗流应力耦合特性关系式,其表明平均有效应力是控制孔隙型岩石渗透系数变化的主要因素。在渗流-三轴应力耦合试验机上开展的砂砾岩渗流应力耦合试验的结果进一步证明,砂砾岩渗透系数与平均有效应力成负指数函数关系。根据理论分析和试验结果建立了砂砾岩在三维应力作用下的耦合特性关系模型。     

对土的性质及本构关系的研究

总结、分析了在土力学研究中有关土性质的假定,并提出了对土性质的假定原则和一些有关土力学的研究方法·     

岩石软化时效变形的弹黏塑性模型表征

为同时描述岩石应变软化以及时间相依的变形特征,基于超固结土的下负荷面模型,依据相对过应力思路,以Hashiguchi的下负荷面为参考屈服面,建立一种能表征岩石软化时效变形特征的弹黏塑性本构模型。相对于原下负荷面模型,新模型增加了2个能通过不同应变速率三轴压缩试验测定的率敏性参数c0和m',并结合岩石的特点用弹性模量E0和变形模量Ed代替原模型中的回弹指数κ与压缩指数λ。新模型采用以当前应力、黏塑性应变以及黏塑性应变速率为状态变量的动屈服准则函数,给出了基于Newton-Raphson迭代的应力积分算法,且成功地将其嵌入到大型有限元软件ABAQUS中。利用新模型对岩石率敏性三轴试验进行模拟验证,结果表明:预测结果与试验结果吻合良好;模型参数物理意义清晰、简单可测,能正确描述岩石的率敏性及应变软化等特征,可用于复杂边值问题的有限元计算。     

岩石超声谐波特征及其随应力的变化

岩石具有较强的非均质性和强衰减特性,谐波测量的难度较大。建立超声谐波测试实验系统,采用单频脉冲串(tone burst)激发、门控放大、脉冲反转和叠加等增强二次及高次谐波,研究岩石超声谐波的发育与振幅特征,定义名义非线性系数,分析单轴应力下岩石超声谐波及名义非线性系数随应力的变化。结果表明,超声谐波包含了丰富的岩石内部结构信息,表征了岩石的非线性特性,利用先进的仪器系统,采用谐波强化技术,可有效地获得岩石的超声谐波及其振幅,进行岩石非线性特性、微结构变化与损伤演化的监测。