冻风积土的塑性损伤阈值及演化规律

为了获取冻风积土在循环逐级加载过程中发生的动力损伤特征,通过对不同负温、围压及振动频率条件下的冻风积土试样进行动三轴试验,测得其动应力-应变曲线。按照冻风积土发生各向同性损伤及塑性应变增量垂直于屈服面的基本假设,利用塑性势函数F(Y,D,σ)相关联流动法则并按照R-O硬化定律建立了冻风积土加载过程中塑性损伤演化模型(P模型)。利用文中提出的有效应力分析方法对试验所测得总动应变中所包含的累积塑性变形部分进行分离,实现了对P模型中参数拟合的目标;根据一、三主应力对D-P屈服边界进行划分以确定加载过程中弹塑性变形特征。通过分析裂隙发展规律研究冻风积土内部塑性损伤演化过程,将累积塑性变形变化率曲线的拐点作为冻风积土发生塑性损伤的阈值,给出了确定初始发生塑性损伤的理论依据。研究结果表明:P模型与相关文献模型确定的塑性损伤变量变化规律具有一致性,为冻风积土路基或基础的动力灾害防治研究提供理论基础。     

侧向卸荷条件下上海灰色粘性土的三轴试验研究

本文通过K0固结条件下GDS常规三轴和侧向卸荷三轴试验分析了应力路径对上海地区⑤1层灰色粘性土的强度与变形特性影响。试验结果表明不同围压条件下侧向卸荷三轴试验有效应力路径基本呈倒“L”形,而常规三轴试验则呈“S”形。侧向卸荷三轴试验的负孔压数值随围压减小而单调增加,其最终值与围压大小正相关;侧向卸荷三轴压缩试验应力应变关系与常规三轴压缩试验有较多相似,其峰值强度都随体积应力的增加而提高,但破坏时应变值明显较常规压缩试验偏低。归一化土体模量与应力水平呈幂次关系,其幂指数m值与《上海市基坑工程技术标准》中对浅层土建议值基本相同。     

高填方压实土时效变形特征与长期沉降分析

为更有效地分析和预测高填方路堤的施工与工后沉降,重点考虑了路基压实土的超固结、剪胀等力学特性以及率敏性、蠕变等时间相依变形特征,结合室内土工试验分析了其力学特性的影响因素。以Hashiguchi提出的下负荷屈服面为参考屈服面,按相对过应力理论,建立了能反映超固结土剪胀、应变软化、应力历史以及时间相依变形特征的弹黏塑性本构模型;结合三轴剪切试验的结果确定模型参数,并通过固结蠕变和等应变速率三轴压缩两类典型的率敏性试验对模型进行了验证。将提出的超固结土弹黏塑性本构模型的应力积分算法通过UMAT子程序嵌入ABAQUS软件,使其成功用于某高速公路坝式路堤沉降问题分析。结合高填方路堤现场沉降监测结果研究表明:高填方压实土的超固结应力历史以及时间相依的流变性质对其变形有着显著影响,提出的超固结土弹黏塑性本构模型能模拟压实土的剪胀、应变软化以及时效变形特征,能应用于三维复杂条件下高填方路堤的施工及工后沉降计算,且沉降预测结果与现场观测数据吻合良好,具有较好的理论研究和应用价值。     

基于热力学的沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型

为了表征沥青混合料的力学行为,以不可逆热力学理论为基础,推导出沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型;将建立的本构模型用于分析沥青混合料三轴蠕变试验和等应变速率压缩试验.结果表明:该模型能够合理描述沥青混合料蠕变试验的三阶段,准确表征其三维变形特征,并能从机理上分析沥青混合料的变形行为;可以较准确地预估等应变速率压缩试验中的应力-应变发展规律及应力峰值和体积变形规律;所提出的粘弹-粘塑性损伤本构模型能够表征沥青混合料在多种压缩加载模式下的力学行为特征.     

考虑D-P边界退化的冻风积土蠕变损伤规律研究

为研究季冻区冻风积土的蠕变变形规律及损伤演化规律,采用冻土GDS三轴测试分析系统开展了不同负温条件下三轴蠕变试验,分析了不同负温对冻风积土蠕变损伤特性的影响。根据典型蠕变曲线的三阶段特征提出了蠕变损伤时间阈值及屈服时间阈值确定方法。根据Kachanov对混凝土材料蠕变损伤的假设,对冻风积土的弹性模量及抗剪强度参数进行弱化,分析了不同负温条件下,不同蠕变损伤阶段冻风积土蠕变损伤规律。将西原模型中塑性元件改进成了具有损伤特征的非线性黏塑性体,并假设其服从于Drucker-Prager屈服准则,建立了冻风积土分阶段的蠕变损伤模型,将模型计算值与实测值进行比较,验证模型的合理性。研究结果表明:温度对冻风积土蠕变特征影响显著,温度低于-15℃时仅出现蠕变第I、II阶段,温度高于-10℃时会出现第III阶段,分阶段蠕变损伤模型可以较好地描述冻风积土在不同蠕变阶段损伤特征;屈服边界退化是导致冻风积土发生蠕变损伤的主要原因,发生蠕变损伤后会导致屈服边界不断缩小以及有效应力不断增加,塑性区的范围不断扩大,发生蠕变损伤后有效应力状态点会落在损伤后的屈服边界附近。     

软弱土流变特性试验研究

利用室内三轴流变试验,研究北京地区粉质粘土在不同应力水平下的蠕变特性,试验结果表明,该类软弱土具有较明显的变形时效性。通过分析蠕变曲线的规律,选择广义开尔文五单元理论模型和时间硬化经验蠕变公式来描述该类软弱土的流变特性,并达到了良好精度,建立了适合北京地区典型软弱土的流变理论模型和经验模型。     

修正塑性功硬化参数双屈服面模型在上海软土基坑开挖中的应用

在介绍以修正塑性功为硬化参数的双屈服面模型基础上,对上海软土进行了三轴试验。通过对试验数据的处理和拟合,得到了双屈服面模型的相关参数。应用该模型对上海软土地区的深基坑变形进行计算,并与实测结果进行对比,两者较为吻合。     

考虑桩土滑移的路堤下刚性桩复合地基沉降计算

为建立能考虑桩土滑移特性和桩间土非均匀压缩变形特征的路堤下刚性桩复合地基沉降计算方法,以均布荷载下等桩长刚性桩复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,基于桩土相互作用的上部负摩阻塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区三区段模式,采用剪切刚度和极限摩阻力随法向应力变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,建立了弹性区非线性和塑性区非均匀的桩侧摩阻力分布模型;考虑桩土滑移特性及桩间土非均匀压缩变形特征,根据单元体桩土荷载传递微分方程,导出了表征路堤下刚性桩复合地基性状的沉降和桩土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数对沉降和桩土应力比的影响。研究结果表明:沉降随路堤荷载及垫层柔度系数的提高而增大;桩土应力比随垫层柔度系数的增加而减小,随路堤荷载的提高呈先增大后减小的变化趋势,据此提出了采用最大桩土应力比进行路堤下刚性桩复合地基承载力及沉降设计的技术原则。     

广义 k0 固结土的固结不排水剪总应力强度指标的确定

基于室内三轴剪切试验与天然土体的受力状态存在较大差异,从土的总应力强度指标与土的固结状态、初始固结状态、应力路径等之间的相关性出发,建立不同固结状态的土在不同试验条件下的总应力强度指标理论公式,并找出不同试验条件下的强度指标与室内常规三轴试验强度指标间的换算公式,进而解决了室内常规三轴试验在模拟天然土体的初始固结应力状态、加载路径等方面的不足.     

重复荷载作用下粉土永久变形预估模型

利用万能材料试验系统,在不同含水量、压实度和偏应力等影响因素下,对粉土进行了重复荷载三轴试验;同时根据永久变形试验结果和Tseng-Lytton永久变形预估模型形式,对Tseng-Lytton模型进行了改进和标定,建立了含水量与回弹模量双重因素影响下的粉土永久变形预估模型。可信度分析结果表明,所建立的模型可用于粉土的永久变形预估,但所建立的预估模型有必要在以后的工作中根据现场实际情况提出合理的修正系数。     

考虑砂土应变软化的实用分析模型

在摩尔-库仑模型的基础上,介绍了一种考虑砂土应变软化的实用分析模型,将土体内摩擦角及剪胀角定义为塑性剪应变的函数,较为合理地反映砂土材料全过程强度发挥特性。通过三轴试验及条形锚板上拔模型试验对该分析模型的合理性进行了验证,能较好地反映砂土材料的应变软化特性,准确地揭示出锚板上拉过程中地基土渐进式破坏过程,可适用于大变形情况下砂土与结构物之间的相互作用分析。     

大断面黄土隧道工程特性研究

较之常规隧道,大断面黄土隧道因其断面和跨度大而具有很强的非线性力学行为。基于现场调查与室内三轴试验曲线分析,指出具有结构性强度及垂直节理是黄土围岩的2大特点。根据黄土的折线型结构强度曲线推导弹塑性应力分区理论公式,分析支护阻力、强度比、跨度等对大断面黄土隧道的影响规律。依据可考虑结构性强度与垂直节理的双线性遍布节理模型,对深、浅埋大断面黄土隧道进行数值仿真,探讨其位移形态与破坏模式。研究成果对于实际工程具有指导意义。     

动三轴CT条件下粗粒土填料的力学特性与细观力学性能分析

在多重环境因素长期作用下,粗粒土路基填料的动力特性会发生改变,目前对不同荷载频率、压实度及含水率下粗粒土填料的长期稳定性能尚缺乏统一认识。为了研究以上因素作用下粗粒土填料长期动力特性,采用大型动静三轴仪器开展粗粒土填料的三轴试验,同时运用工业CT对三轴试验前后2个阶段的试样进行断层扫描,分析不同荷载频率、压实度及含水率对粗粒土填料动力特征与损伤演化的影响规律。研究结果表明：循环荷载达到1 000次之前,为粗粒土填料颗粒之间的挤密阶段,以颗粒间的挤密压缩为主,横向膨胀为辅,颗粒间压缩挤密引起的密度增加量远大于试样横向膨胀变形引起的密度减小量;当循环荷载增加到1 000次以后,试样横向变形引起的密度减小量迅速增大,而由颗粒间压缩挤密引起的密度增加量减缓,并在之后阶段表现出稳定状态,试样从应变软化型向应变硬化型转变;荷载频率越高,试样表现出的回弹模量越大;高频率作用下应力-应变滞回圈曲线近似为线性,试样在高频率下其泊松比有所下降,材料的动能损耗降低;随着三轴试验的进行,横剖面局部颗粒受挤压程度增加,最终状态下扫描层内的CT值存在差异性,试样颗粒在循环荷载作用下存在挤密、错动、融合的现象。     

汽车驾驶员车速控制模式的模拟研究

系统地对汽车驾驶员在一定行车环境中的安全性认知与车速控制的决策、推理过程进行了定量研究,通过进行一系列勘测、测试和心理评价试验,应用模糊集合、模糊统计试验、模糊控制和模糊逻辑推理等分析方法,建立了描述汽车驾驶员在既定道路条件下行车时基于安全性考量的逻辑推理规则和车速控制模型,最后进行了相应的实测验证。模拟预测结果与实测结果吻合较好,证明了研究所采用方法和建立模型的正确性。     

贯穿裂隙岩体峰后变形特性研究

岩体峰后变形反映了其峰值强度后屈服、弱化的规律,为探寻规律,用RLW-1000型岩石三轴伺服刚性机,对不同倾角贯穿裂隙圆柱体标准试件进行常规三轴压缩试验,得到贯穿裂隙岩体的泊松比、峰值应变、峰后体积应变等的变化规律.经试验数据分析表明:峰后软化阶段的泊松比最大,峰值前弹性阶段泊松比最小,三个阶段的泊松比值与裂隙倾角基本无关;峰值应变基本随着裂隙倾角的增大而减小;峰后体积应变速率随着裂隙倾角的增大而减小.     

混凝土桥梁结构非线性地震损伤演化

采用基于断裂能的损伤变量表达式,以单位体积材料当前耗能与断裂能的比值定义损伤变量,考虑了混凝土的拉压异性效应。引入了地震损伤的整体演化指标,通过有限元方法利用材料塑性损伤模型模拟桥梁结构在地震激励下的非线性损伤演化过程。数值计算过程中考虑了混凝土后继屈服的随动强化效应,采用损伤型本构关系及相应的Drucker-Prager型屈服函数,并通过算例验证了混凝土结构的非线性地震损伤特性。     

水入渗前后重塑红黏土抗剪强度特性研究

基于不固结不排水三轴压缩试验，探究蒸馏水入渗前后不同干密度重塑红黏土的应力-应变关系以及抗剪强度变化，并结合电镜扫描试验和X射线荧光分析试验从微观结构及矿物成分变化角度来分析水入渗对不同干密度重塑红黏土抗剪强度的影响机理。研究结果表明:重塑红黏土应力-应变关系随干密度的增大由应变硬化型逐渐变为应变软化型，水入渗后重塑红黏土达到破坏点时的轴向应变较大；黏聚力随干密度的增大呈指数变化，内摩擦角随干密度增加呈线性变化；水入渗前后土样抗剪强度变化说明水入渗对高干密度重塑红黏土的影响较为明显，微观结构和矿物元素成分变化则说明高干密度可有效保持土样内部结构和减少矿物元素成分的流失。     

嵌岩桩桩端极限阻力分析与设计研究

现行嵌岩桩设计规范只考虑桩端岩石的单向受力状态,而实际桩端岩石的压缩变形受到横向约束的作用而处于三向受压状态。试验证明,其三轴抗压强度远高于单轴抗压强度。文中应用材料力学强度理论对桩端岩石三轴抗压强度进行了分析,并提出了嵌岩桩极限承载力标准值新的计算方法。     

冻融循环下橡胶-砂胶结材料力学特性试验

在季节性冻土区，冻融作用将改变桩周土体的强度，并诱发桩基发生病害，研制桩周土体置换材料，探明温度及冻融循环对其力学特性的影响机理，对于季节性冻土区桩基冻融与冻胀病害的防治非常必要。利用橡胶颗粒、砂和聚氨酯胶黏剂制作试样；开展不固结不排水三轴压缩试验，获得不同条件下橡胶-砂胶结材料试样的应力-应变曲线；并通过非线性拟合和回归分析，建立试样切线模量和切线泊松比与轴向、径向应变之间的拟合关系式；据此分析了橡胶-砂胶结材料试样在不同的冻融循环次数、温度及围压等条件下的力学特性。结果表明：橡胶-砂胶结材料试样的应力-应变曲线没有峰值点，为典型的应变硬化型材料；橡胶-砂胶结材料的切线模量介于2.0～9.0 MPa之间，温度对试样破坏强度和切线模量的影响较大，而冻融循环次数和低围压对试样破坏强度和切线模量的影响相对较小；橡胶-砂胶结材料试样的切线泊松比介于0.50～0.75之间，径向应变越大，切线泊松比也越大。相对而言，切线泊松比受冻融循环次数、温度及低围压的影响并不明显，可忽略不计。橡胶-砂胶结材料有望为季节性冻土区桩基冻融与冻胀病害防治提供支撑。