膨胀土非线性蠕变模型研究

通过对南宁膨胀土的三轴压缩蠕变试验,研究了该膨胀土的非线性蠕变特性。基于流变力学和分数阶微积分理论的蠕变模型,构建了可反映膨胀土非线性流变特性的本构方程和蠕变方程。为了更好地描述膨胀土的非线性流变行为,通过引入考虑应力水平影响的类粘滞系数,进一步改进了软体元件。研究发现,膨胀土的非线性蠕变过程可以通过调整分数阶次β1和β2进行有效地模拟。研究结果表明,所建立的模型能完整地描述膨胀土的粘-弹-塑性变形,且模型分析结果与试验结果非常吻合,为计算膨胀土地基在长期荷载作用下的变形提供了理论依据,也对进一步探索膨胀土的应力松弛和长期强度等流变特性具有理论意义。     

饱和土在单向冻结过程中的水-热-力耦合分析

给出了一多物理场模型来模拟饱和正冻土的水-热-力耦合过程。冻土区采用的是非线性弹性本构模型,而未冻区采用修正的剑桥模型。在这一数学模型中,克拉伯龙方程用于描述水和冰在相变时满足的平衡条件,并通过修正孔隙比来描述与温度有关的传导系数,由此描述未冻水的迁移。假定单元中土颗粒的长度不变且沿土柱冰晶从低温向高温有序生成,由此考虑水相变成冰的相对体积变化。以土颗粒的长度为分析目标来考虑冻胀过程中的较大变形。对于给定的边界条件,采用COMSOL软件对耦合的非线性偏微分方程进行求解。结果表明,这一方模型可以较好的模拟饱和土在冻结过程中的水-热-力耦合特征。     

岩石MCVISC流变模型及其在FLAC~(3D)程序中的实现

进行了某地粉矿岩试件在单轴条件下分级增量循环加、卸载蠕变试验,得出该粉砂岩具有瞬弹、衰减蠕变、等速蠕变等阶段特征。通过对西原模型的改进,建立了一个能全面反映粉砂岩瞬弹、衰减蠕变、稳定蠕变的线性蠕变模型,即MCVISC模型。以此为基础,推导了蠕变本构模型三维状态下的有限差分形式。在Visual C++语言的环境下,利用FLAC3D所提供的二次开发接口进行了自定义模型的程序研制,给出了模型二次开发的程序流程和代码编写中的关键技术,并对程序的正确性和可靠性进行了验证和算例分析。结果表明,无论是应变量值还是蠕变整体变化趋势,数值模拟结果与室内蠕变试验结果吻合较好,说明了开发的蠕变本构模型的正确性和适用性。     

盐渍土与混凝土衬砌冻结强度直剪试验研究∗

盐渍土、冻土作为特殊土一直是岩土工程领域研究的热点,但盐渍化冻土与结构之间的相互作用却鲜有报道。为研究山东季冻区、盐碱地渠系工程破坏问题,开展了氯盐、硫酸盐渍土在不同含盐量、不同法向应力条件下与混凝土衬砌冻结接触面的直剪试验研究。结果表明:冻结接触面剪切破坏的性状与含盐类型和含盐量均有关,随氯化钠含量的增加,破坏性状由脆性破坏转为塑性破坏,且氯化钠含量约为2%时是破坏性状的转折点,硫酸钠含量的增加,不会改变接触面的脆性破坏性状;初始冻结强度来源于接触面上冰晶的胶结作用,随含盐量的增大,冻结强度降低,且含盐类型对冻结强度影响不同,氯化钠比硫酸钠对初始冻结强度降低作用更显著,当氯化钠含量接近2%、硫酸钠含量超过4%时,接触面完全丧失初始冻结强度;随着含盐量的增大,内摩擦角由不变到开始减小,黏聚力由开始降低到趋于稳定。     

基于膨胀土蠕变试验的粘弹性模型对比研究

对广西南宁膨胀土进行了一系列室内压缩蠕变试验,得出了相应的蠕变曲线.运用K-H体模型和Bu体模型进行对比研究,确定了正常应力条件下非饱和南宁膨胀土的粘弹性模型和各流变常数,提出了正常应力条件下南宁膨胀土的本构方程及蠕变方程.为膨胀土工程设计和分析提供可靠的理论依据.     

黄土-基岩滑坡滑带土蠕变本构模型研究

低速蠕动型黄土—基岩滑坡的形成演化过程受滑带土力学性质影响较大，所以研究滑带土的蠕变性质及建立相应的蠕变本构模型对研究滑坡整体运动机制有着重要意义。该文选择延安某一典型黄土—基岩滑坡为研究对象，通过对该滑坡滑带土的饱和原状土样进行直剪蠕变试验，分析它的蠕变特性，并在其蠕变试验的基础上，建立了Burger’s模型、Singh-Mitchell模型、广义Kelvin模型及自建经验模型四种蠕变模型，对比分析四种模型，结果表明:广义Kelvin模型和自建经验模型较为适合描述此类滑坡滑带土的蠕变特性；Burger’s模型适用于描述较高剪应力下的滑带土蠕变特征；Singh-Mitchell模型对于D_r∈(0.2,0.8)较为适用。     

岩石单轴压缩蠕变损伤本构模型

准确预测岩石蠕变行为对岩石力学与工程的研究具有非常重要的意义。首先对岩石蠕变机理及典型蠕变曲线进行了分析,其次通过在经典岩石蠕变模型如J体模型的基础上引入损伤理论及Kachanov损伤演化定律,进而建立了一个新的岩石蠕变损伤本构模型。第三,对模型参数的确定方法进行了详细的研究。最后,引用其他学者所开展的不同轴压下岩石单轴压缩蠕变试验对该模型的合理性进行了验证。可以发现本文所提出的模型不仅能够很好地预测岩石的稳定蠕变阶段,而且还能预测经典模型所不能反映的岩石加速蠕变变形。结果表明损伤理论能够很好地反映岩石的蠕变破坏机理,为了能够准确模拟岩石蠕变变形全过程,在经典的J体模型中引入损伤因子是很有必要的。     

高强再生混凝土应力-应变全曲线试验研究

再生混凝土的本构关系是再生混凝土结构抗震设计与计算的关键问题之一,本构关系确定的试验依据是应力-应变全曲线,但是目前亟待研究的高强再生混凝土应力-应变全曲线的试验很少。为研究高强再生混凝土单轴受压应力-应变本构关系,制备了水胶比为0.32的再生混凝土,试件进行了16个100×100×300mm再生混凝土棱柱体试块的单轴受压应力-应变全曲线试验,分析了再生粗骨料置换率对高强再生混凝土应力-应变本构关系的影响。试验表明:高强再生混凝土应力-应变全曲线下降段脆性明显,再生粗骨料掺量较低时会出现应力台阶;随着再生粗骨料置换率增大,高强再生混凝土强度、弹性模量呈下降趋势,峰值应变小幅度增大,极限应变先增大后减小;拟合了试验所得应力-应变全曲线,效果较好。     

结构面长期强度确定方法对比研究∗

结构面长期强度的确定对工程岩体长期安全稳定性评价具有重要意义。在对水泥砂浆结构面试件分别进行了不同法向应力条件的剪切应力分级剪切蠕变试验和循环剪切应力松弛试验的基础上,分别利用过渡蠕变法、应力-应变等时曲线法和应力松弛法对结构面的长期强度进行了求解。结果表明:过渡蠕变法确定的长期强度精度依赖于蠕变试验中加载应力级的划分;等时曲线法将长期强度值视为考虑时效作用的屈服强度值,结果偏保守;应力松弛法考虑了循环加载条件应力松弛的终止条件和长期强度之间的关系求得,结果合理明确。该研究对考虑时效作用的工程岩体安全稳定性支护提供设计依据。     

花岗岩非定常蠕变及其参数确定

深部岩体工程的长期稳定性与围岩的时效变形特性有着紧密的联系,花岗岩在高地应力作用下会呈现出流变特性,采用TAW-2000岩石三轴试验机,对花岗岩试件在三轴压缩条件下进行了蠕变特性试验。通过德鲁克-普拉格屈服函数在西原体一维蠕变方程中引入强度参数C、φ值,推导出三维状态下轴向蠕变方程来描述花岗岩蠕变过程,并分析了变形参数泊松比和强度参数C、φ的变化规律。由三轴试验结果,用非线性最小二乘法求出了不同围压作用不同时刻下的流变参数,并根据参数分布规律得到了流变参数与应力和时间的关系,最后推出非定常三维非线性蠕变方程。研究表明:该模型能很好反映花岗岩流变参数随应力和时间的弱化规律、稳定蠕变和衰减蠕变过程的蠕变特性,为深部岩石工程的长期稳定性问题提供新的研究思路与研究方法。     

基于分数阶微积分及改进弹塑性体的流变模型

为了减少流变模型元件个数并提高模型描述岩石非线性流变特征的能力,从改进一种弹塑性体元件入手,在考虑岩石残余强度的基础上,引入损伤变量修正系数,得到改进后的弹塑性体元件。同时引入由分数阶微积分表征本构关系的软体元件,将其与弹簧元件并联构成分数阶开尔文模型。由改进的弹塑性体元件串联分数阶开尔文模型,即可得到一种新的三元件流变模型。以大理岩单轴蠕变试验数据为例对模型进行验证,结果表明三元件流变模型具有较好的模拟精度及良好的应用前景。     

土塑性研究初探

著名的剑桥模型描述了土的塑性本构关系,在提出的几十年中已得到广泛的应用。以剑桥模型和邓肯-张模型之间的对比为主线,介绍了土塑性研究历史和现状,探讨了各自的应用领域。     

基于分数阶微积分及改进弹塑性体的流变模型北大核心CSCD

为了减少流变模型元件个数并提高模型描述岩石非线性流变特征的能力,从改进一种弹塑性体元件入手,在考虑岩石残余强度的基础上,引入损伤变量修正系数,得到改进后的弹塑性体元件。同时引入由分数阶微积分表征本构关系的软体元件,将其与弹簧元件并联构成分数阶开尔文模型。由改进的弹塑性体元件串联分数阶开尔文模型,即可得到一种新的三元件流变模型。以大理岩单轴蠕变试验数据为例对模型进行验证,结果表明三元件流变模型具有较好的模拟精度及良好的应用前景。     

基于不同结构强度软粘土长期强度特性研究

天然软粘土一般具有结构性,土的结构性反映其内部颗粒孔隙连结及空间组合,决定了土体的物理力学效应,是软粘土长期强度的重要内在影响因素。为研究结构性强弱不同对软粘土长期强度特性的影响,人工制备含水率相同而结构强度不同的土体,对其进行三轴不固结不排水蠕变试验。试验结果表明,软粘土由于存在结构性,其长期强度具有明显差异。通过对不同结构强度土体蠕变等时曲线进行分析,建立了考虑结构强度影响的软粘土长期强度经验模型。利用本文建立的经验模型,以结构屈服应变(1.9%)作为人工结构性软粘土蠕变变形的破坏准则,结果表明预测值与试验值较为吻合,验证了本文建立的考虑结构强度影响的土体长期强度预测关系式的合理性。     

循环加载试验中岩石单轴抗压强度的影响及洄溯测算法

由于岩石疲劳分析中岩样间的个体差异较大,常导致上限应力比计算不准,S与lnN之间的定量关系难以确立,因此准确地估算出岩样强度对于疲劳分析至关重要。首先,基于岩石大样本单轴压缩试验数据及S—N方程,研究了误差传播规律,分析了岩样的个体差异对于疲劳寿命的影响。可知,误差从单轴抗压强度传播至上限应力比,再从上限应力比传播至疲劳寿命,其数值急剧膨胀,单轴抗压强度很小的标准差就会产生疲劳寿命的极度离散,所以疲劳分析中必须使用岩样的强度;其次,构造一个修正回归峰值本构模型,提出了以曲线拟合法估算岩样单轴抗压强度的思路。由静态加载试验数据的拟合结果可知,该本构模型的拟合效果好,估算得出的单轴抗压强度非常接近真实值。最后,基于循环加载试验静态加载段的数据,运用曲线拟合法,分析了4个岩样的等精度试验数据。可知,各试样的单轴抗压强度各不相同,单轴抗压强度越大,则上限应力比越小,疲劳寿命也越高,S与lnN之间具有明确的线性规律。因此,用修正回归峰值本构模型估算岩样真实强度,修正上限应力比的方法,克服了常规疲劳分析法的固有缺陷。     

循环加载试验中岩石单轴抗压强度的影响及洄溯测算法北大核心CSCD

由于岩石疲劳分析中岩样间的个体差异较大,常导致上限应力比计算不准,S与lnN之间的定量关系难以确立,因此准确地估算出岩样强度对于疲劳分析至关重要。首先,基于岩石大样本单轴压缩试验数据及S—N方程,研究了误差传播规律,分析了岩样的个体差异对于疲劳寿命的影响。可知,误差从单轴抗压强度传播至上限应力比,再从上限应力比传播至疲劳寿命,其数值急剧膨胀,单轴抗压强度很小的标准差就会产生疲劳寿命的极度离散,所以疲劳分析中必须使用岩样的强度;其次,构造一个修正回归峰值本构模型,提出了以曲线拟合法估算岩样单轴抗压强度的思路。由静态加载试验数据的拟合结果可知,该本构模型的拟合效果好,估算得出的单轴抗压强度非常接近真实值。最后,基于循环加载试验静态加载段的数据,运用曲线拟合法,分析了4个岩样的等精度试验数据。可知,各试样的单轴抗压强度各不相同,单轴抗压强度越大,则上限应力比越小,疲劳寿命也越高,S与lnN之间具有明确的线性规律。因此,用修正回归峰值本构模型估算岩样真实强度,修正上限应力比的方法,克服了常规疲劳分析法的固有缺陷。     

寒区冻结冰碛土的变形特性与非线性本构模型研究

为了研究寒区冰碛土的变形特性和本构模型,应用MTS-Landmark 370.10型动静三轴测试系统对冰碛土在温度为-3、-5 ℃,围压为0.1、0.5、1、4、8 MPa时开展低温常规三轴试验。结果表明:冰碛土的应力应变关系曲线均为应变软化型,可分为线性、非线性和应变软化3个阶段;围压越大,软化现象越明显;随轴向应变的增加,试样先体缩再体胀。基于试验结果在沈珠江三参数模型和修正邓肯-张双曲线模型基础之上提出一种改进模型,将改进模型与沈珠江三参数模型、修正邓肯 张双曲线模型的拟合结果进行对比,发现改进模型能较好描述冻结冰碛土的应变软化现象和剪胀特性。     

考虑Weibull分布的饱和风积土统计损伤硬化模型研究

为能更好地揭示复杂应力状态下饱和风积土变形过程的损伤本构关系,引入服从Weibull随机分布的饱和风积土微元强度统计损伤理论,基于饱和风积土常规三轴全应力—应变试验曲线,构建能够模拟特定围压环境下饱和风积土变形全过程的统计损伤硬化本构模型。通过拟合分析基于Weibull分布的饱和风积土统计损伤本构模型参数m、F0与围压σ3之间的关系,对其参数进行科学修正,从而构建出能够更客观地描述在复杂应力环境中的饱和风积土统计损伤硬化模型。理论与试验对比研究结果表明该模型具有一定的可靠性,不仅能客观地描述饱和风积土变形的全过程,更能真实地描述孔隙水压力对饱和风积土工程特性的影响。     

楔挡分流结构爆炸损伤特征数值模拟

楔挡分流结构是一种新型的拦挡结构,在灾害防治中发挥着重要作用,对其在爆炸等特殊荷载作用下的损伤进行研究具有重要的意义。使用ANSYS/AUTODYN软件,首先采用光滑粒子流体动力学方法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)和混凝土的RHT(Riedel-Hiermater-Thoma)本构,对前人试验模型进行了模拟计算。通过对试验和模拟结果的对比分析,验证了SPH算法和混凝土RHT本构在模拟混凝土介质中爆炸损伤的可行性。然后使用同样的算法和材料本构,建立全尺寸模型,对混凝土楔挡分流拦挡坝坝体内爆炸损伤及应力波传播进行了模拟计算。通过对计算结果的分析,研究了混凝土介质中爆炸成坑的机理,得到了楔挡分流结构在内部爆炸作用下的爆坑形态特征、药柱上下部混凝土损伤特点、破碎区范围。对坝体中冲击波传播及混凝土碎块抛射等问题进行了探索。     

铁磁形状记忆合金研究进展与展望(Ⅱ):本构模型

阐述了铁磁形状记忆合金(Ferromagnetic Shape Memory Alloy,简写为FSMA)本构模型研究的重要性.以时间为顺序,重点介绍了FSMA本构模型研究的发展历程和研究现状.仔细分析了各种FSMA本构模型在理论基础、适用范围、精度以及复杂程度等方面的特点,讨论了各种理论应用于FSMA本构模型的局限性...