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粗粒土三阶状态相关本构模型研究

岩土工程学报 2024年

作者：郭万里蔡正银朱俊高南京水利科学研究院岩土工程研究所岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室河海大学

岩土工程中普遍存在材料空间变异性问题，对粗粒土而言，其空间变异性主要体现在颗粒级配与密度的非均匀分布。然而，经典的状态相关理论只能描述密度与应力水平这两个状态量的影响，建立能综合考虑级配、密度和应力水平的粗粒土三阶状... 详细信息

岩土工程中普遍存在材料空间变异性问题，对粗粒土而言，其空间变异性主要体现在颗粒级配与密度的非均匀分布。然而，经典的状态相关理论只能描述密度与应力水平这两个状态量的影响，建立能综合考虑级配、密度和应力水平的粗粒土三阶状态相关本构模型是精细化模拟的迫切需求。通过引入归一化级配参数来定量表征粗粒土初始级配的变化，在此基础上提出了考虑级配、密度和应力水平影响的等向固结线和临界状态线方程，并结合广义塑性理论，建立了粗粒土三阶状态相关本构模型。验证结果表明，该模型仅采用一套模型参数，就能较好地反映粗粒土在不同级配、不同密度、不同围压条件下的应力应变特性，可应用于粗粒土工程中考虑材料空间变异性的数值分析。

关键词：粗粒土级配临界状态三阶状态相关本构模型

一种适用于细粒土的新型叠片式单剪仪研制与应用

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岩土工程学报 2024年

作者：朱俊高陈鸽王涛夏勇彭文明罗启迅河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司

研制了一种适用于细粒土的新型叠片式单剪仪。该单剪仪试样室采用若干内部尺寸长*宽为100*40 mm的回字形叠片，有效地减小了常规圆形叠环式单剪仪压力室剪切时试样侧倾、受力严重不均的问题。销钉式变形控制杆能使试样剪切变形均匀，叠... 详细信息

研制了一种适用于细粒土的新型叠片式单剪仪。该单剪仪试样室采用若干内部尺寸长*宽为100*40 mm的回字形叠片，有效地减小了常规圆形叠环式单剪仪压力室剪切时试样侧倾、受力严重不均的问题。销钉式变形控制杆能使试样剪切变形均匀，叠片试样室外围的导向侧板控制了剪力的方向性，新型的杠杆支点结构有效解决杠杆倾斜时加载杆力传递变化的问题。该单剪仪结构稳定、易于操作，集应力/应变控制式功能于一身，可实现对细粒土的均匀剪切。基于该单剪仪对某黏土进行了抗剪强度和剪切蠕变试验，分析了黏土的抗剪强度参数和剪切蠕变规律，初步验证了该单剪仪的优良工作性能。

关键词：单剪仪应力/应变控制均匀剪切细粒土蠕变试验抗剪强度

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抗滑桩极限位移及桩侧阻力分布型式研究

三峡大学学报（自然科学版） 2024年第1期46卷 71-75页

作者：周喜武朱俊高包腾飞陈学东颜韬董云鹏江苏省水利工程科技咨询股份有限公司南京210029 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 河海大学水利水电学院南京210098 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 河海大学大禹学院南京210098 东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030

为研究抗滑桩桩侧阻力的分布型式,本文提出了抗滑桩极限位移的概念,并应用平面应变有限元法研究了桩径、桩周土体初始侧向应力及土体力学参数对抗滑桩极限位移的影响;采用蒙特卡罗法对有限元计算成果进行拟合分析,给出了抗滑桩极限位移... 详细信息

为研究抗滑桩桩侧阻力的分布型式,本文提出了抗滑桩极限位移的概念,并应用平面应变有限元法研究了桩径、桩周土体初始侧向应力及土体力学参数对抗滑桩极限位移的影响;采用蒙特卡罗法对有限元计算成果进行拟合分析,给出了抗滑桩极限位移的计算模型;通过分析笔者在前文给出的抗滑桩极限阻力计算模型,并结合桩阻力与桩位移的关系曲线,给出了确定桩侧阻力分布型式的方法.

关键词：抗滑桩极限位移桩侧阻力分布型式有限元法

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不同细料含量土石混合料塑性行为离散元模拟

力学学报 2022年第4期54卷 1075-1084,I0005页

作者：王涛朱俊高刘斯宏河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 河海大学水利水电学院南京210098

土石混合料是指由大粒径的块石和作为填充成分的细粒土组成的二元混合料,其塑性行为与细料含量密切相关.目前对细粒含量如何影响土石混合料塑性行为及其细观机制的研究尚不充分,为此本文开展了不同细料含量土石混合料的二维离散元数值模... 详细信息

土石混合料是指由大粒径的块石和作为填充成分的细粒土组成的二元混合料,其塑性行为与细料含量密切相关.目前对细粒含量如何影响土石混合料塑性行为及其细观机制的研究尚不充分,为此本文开展了不同细料含量土石混合料的二维离散元数值模拟,基于二阶功失稳准则与细观力学理论,探究了细料含量对石料骨架土石混合料失稳特性与非关联流动特性的影响,并揭示了细料含量影响土石混合料塑性力学行为的细观机制.研究结果表明,细颗粒可通过限制集合体塑性变形从而起到促进集合体整体稳定的作用;细颗粒控制颗粒集合体塑性变形的方向(即塑性势面法方向),随着细料含量增大,土石混合料的塑性势面法方向和屈服面法方向之间的夹角减小,非关联流动性减弱,材料分岔失稳区域变窄;尽管加入到石颗粒中的部分细颗粒与石颗粒共同承担骨架作用,但是细颗粒的加入不影响颗粒集合体的力学状态,不改变材料屈服面法方向.相关研究结果可为建立考虑细料含量的土石混合料弹塑性本构模型提供理论依据.

关键词：土石混合料细料含量离散单元法失稳非关联流动二阶功屈服面

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粗粒料静止侧压力系数及其变形特性试验

工程科学与技术 2023年第4期55卷 162-168页

作者：朱俊高蒯青青王思睿褚福永河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 镇江电力设计院江苏镇江212000 丽水学院浙江丽水323000

土体的静止侧压力系数K_0是其重要的力学参数之一,合理地确定土体的K_0系数对土工结构应力变形的准确计算有重要的理论意义与实用价值。然而,准确测量土体的K_0系数并不容易,对粗颗粒土则更加困难。目前,能研究粗颗粒土K_0的试验仪器极... 详细信息

土体的静止侧压力系数K_0是其重要的力学参数之一,合理地确定土体的K_0系数对土工结构应力变形的准确计算有重要的理论意义与实用价值。然而,准确测量土体的K_0系数并不容易,对粗颗粒土则更加困难。目前,能研究粗颗粒土K_0的试验仪器极少,对K_0系数的研究成果相应地也很少,而关于粗颗粒土在不同初始孔隙比下K_0系数的变化规律的研究几乎空白。为研究粗颗粒土的静止侧压力系数在不同初始孔隙比下的变化规律,研制了一种新型K_0试验仪。该仪器既能用于测定粗颗粒土的K_0系数,也可用于一般黏土或砂土K_0的测定,且可用于高应力条件下。对某级配粗粒料进行了不同初始孔隙比状态下的K_0压缩试验。试验粗颗粒土的母岩为似斑花岗岩,颗粒粒径范围高度为8 cm,直径为10 cm,初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6,试验最大竖向压力为3.7 MPa。结果表明:当对试验粗粒料在K_0状态下加载时,侧向应力与竖向应力之间呈现较好的线性关系,K_0为常数。初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6时,K_0的范围为0.30~0.45,孔隙比对K_0系数的影响显著;粗粒料的静止侧压力系数随着初始孔隙比的增加而增加,且两者之间近似呈直线关系;不同初始孔隙比条件下,试样的体积应变与平均正应力(或竖向应力)之间可用幂函数拟合;提出能够反映不同初始孔隙比的粗粒料K_0条件下的应力应变关系经验公式。

关键词：静止侧压力系数粗粒料初始孔隙比体积应变平均正应力

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粗颗粒土三轴试样橡皮膜嵌入量试验研究

岩土工程学报 2022年第12期44卷 2160-2166页

作者：朱俊高朱材峰王思睿河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210024 镇江电力设计院江苏镇江212000

粗颗粒土三轴排水剪试验过程中,尤其是在等向压缩和等应力比等加载条件下,橡皮膜嵌入颗粒间隙影响试样体积变形测量的准确性。针对此问题,使用刚性壁的新型静止侧压力系数试验仪及柔性壁的常规三轴试验仪对双江口土石坝的坝壳粗粒料进行... 详细信息

粗颗粒土三轴排水剪试验过程中,尤其是在等向压缩和等应力比等加载条件下,橡皮膜嵌入颗粒间隙影响试样体积变形测量的准确性。针对此问题,使用刚性壁的新型静止侧压力系数试验仪及柔性壁的常规三轴试验仪对双江口土石坝的坝壳粗粒料进行了K0固结试验,研究了有效净压力p、初始孔隙比e0及平均粒径d50对单位面积橡皮膜嵌入量的影响,提出一种可以较精确测量橡皮膜嵌入量的新方法。试验结果表明:单位面积橡皮膜嵌入量与有效净压力p/pa呈较好的双曲线型关系;有效净压力p、初始孔隙比e0及平均粒径d50对橡皮膜嵌入量均有较大影响。基于试验结果,提出了一个可预测粗颗粒土三轴试验时单位面积橡皮膜嵌入量的经验公式,并进行了验证。与前人试验结果对比表明,经验公式可较好预测粗颗粒土三轴试验中的橡皮膜嵌入量。

关键词：粗颗粒土 K0试验橡皮膜嵌入量有效净压力

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堆石料微侧壁摩擦力固结仪的研制与应用

岩土工程学报 2022年第4期44卷 696-701页

作者：王龙朱俊高袁俊平陆阳洋河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024

固结仪是研究堆石料长期变形特性最常用的仪器之一,但其应用受到侧壁摩擦力的限制。针对此问题,研制了一种加载稳定、可测量侧壁摩擦力的新型固结仪,介绍了该仪器的结构和工作原理。采用由互不接触的尼龙片组成衬垫贴于固结仪内壁的方... 详细信息

固结仪是研究堆石料长期变形特性最常用的仪器之一,但其应用受到侧壁摩擦力的限制。针对此问题,研制了一种加载稳定、可测量侧壁摩擦力的新型固结仪,介绍了该仪器的结构和工作原理。采用由互不接触的尼龙片组成衬垫贴于固结仪内壁的方法减小侧壁摩擦力。对风干堆石料进行固结试验,系统研究比较了衬垫层数为1~3层和厚度分别为0.3和0.5 mm时该方法的效果。试验结果表明,3层0.5 mm衬垫的效果最优;与无衬垫时相比,该方法下试样侧壁摩擦力平均下降91%,竖向应变是无衬垫时的1.2~1.8倍。将容器内壁覆盖3层0.5 mm衬垫作为减小侧壁摩擦力方法,对风干堆石料分别进行了使用该方法和无衬垫条件下的流变试验。结果表明,微侧壁摩擦力条件下试验结束时试样的竖向应变和次固结系数分别是无衬垫时的2.0和2.2倍。该仪器有效解决了侧壁摩擦力问题,提高了长期变形试验结果的可信性。

关键词：堆石料微侧壁摩擦力固结仪衬垫流变试验

缩尺效应对粗颗粒土静止侧压力系数影响规律试验

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工程科学与技术 2023年第2期55卷 259-266页

作者：蒋明杰朱俊高张小勇梅国雄赵辰洋广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004 广西大学广西防灾减灾与工程安全重点实验室广西南宁530004 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 中山大学广东省海洋土木工程重点实验室广东珠海510275

准确把握粗颗粒土静止侧压力系数K_(0)对分析及设计土石坝等岩土工程具有十分重要的作用。由于缩尺效应的存在,粗颗粒土室内K_(0)试验结果往往无法正确反映其真实值。本文利用自行研制的大型K_(0)测试仪对某砂卵砾石料及堆石料进行大量... 详细信息

准确把握粗颗粒土静止侧压力系数K_(0)对分析及设计土石坝等岩土工程具有十分重要的作用。由于缩尺效应的存在,粗颗粒土室内K_(0)试验结果往往无法正确反映其真实值。本文利用自行研制的大型K_(0)测试仪对某砂卵砾石料及堆石料进行大量试验,以研究分析缩尺效应对粗颗粒土K_(0)影响规律,找出消除缩尺效应影响的方法。通过改变试样颗粒的最大粒径d_(M)、缩尺方法、初始相对密实度D_(r0)等初始条件,设置24组试样,利用大型K_(0)测试仪对各组试样进行直剪试验,定量研究d_(M) 、缩尺方法和D_(r0)对粗粒土K_(0)的影响规律,并探讨以室内试验数据推求现场粗粒土K_(0),从而消除缩尺效应的方法。结果表明:D_(r0)及缩尺方法不变时,粗颗粒土K_(0)随着d_(M) 的增加而显著减小,因此,缩尺效应会导致粗颗粒土K_(0)显著增高,且缩尺后土料d_(M) 越小,其K_(0)受影响程度越高;D_(r0)及d_(M)相同时,缩尺方法对粗颗粒土K_(0)有一定影响,采用等量替代法缩尺后,试样K_(0)值增加最小,因此,采用等量替代法缩尺可减小缩尺效应对粗颗粒土K_(0)的影响;相比d_(M) ,D_(r0)对粗粒土K_(0)的影响更为显著,D_(r0)越大的土样,d_(M)对粗粒土K_(0)影响更明显。基于砂卵砾石料K_(0)试验结果及前人的研究,建立根据室内试验结果反推现场粗颗粒土料K_(0)的公式,以消除缩尺效应对粗颗粒土K_(0)的影响。利用堆石料K_(0)试验结果验证了该经验公式的准确性及适用性。

关键词：粗颗粒土静止侧压力系数缩尺效应颗粒最大粒径缩尺方法相对密实度

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基于颗粒破碎耗能的粗粒料剪胀方程研究

岩土工程学报 2022年第5期44卷 898-906页

作者：吴二鲁朱俊高陆阳洋钱彬河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210024 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心江苏南京210024 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024

粗粒料颗粒破碎和应力变形的内在联系可以用颗粒破碎耗能反映。研究了三轴试验过程中粗粒料的颗粒破碎变化规律,根据此规律对Ueng等提出的考虑颗粒破碎的能量平衡方程中的摩擦系数M进行了修正,以此解决依据该能量平衡方程计算出的颗粒... 详细信息

粗粒料颗粒破碎和应力变形的内在联系可以用颗粒破碎耗能反映。研究了三轴试验过程中粗粒料的颗粒破碎变化规律,根据此规律对Ueng等提出的考虑颗粒破碎的能量平衡方程中的摩擦系数M进行了修正,以此解决依据该能量平衡方程计算出的颗粒破碎耗能违反热力学定律的问题。在此基础上,发展了一个形式简单且适用于粗粒料的剪胀方程。主要结论如下:①提出的颗粒破碎指标与围压及轴向应变之间的数学关系可以较好地描述三轴试验过程中粗粒料的颗粒破碎变化规律;②通过对能量平衡方程中的摩擦系数进行修正实现了颗粒破碎耗能的合理计算,满足了热力学定律;③试验结果表明,剪胀耗能在总的输入功里占比甚微,在能量平衡方程中可以忽略剪胀耗能;④dE_(b)/pdε_(s)与M之间存在一个明显的线性关系,将其代入忽略剪胀耗能的能量平衡方程得到了最终的剪胀方程。研究表明,该剪胀方程可以较好地模拟粗粒料的剪胀行为,而且其数学形式简单,可以推出其塑性势函数,为后续考虑颗粒破碎的分数阶本构模型的研究提供了条件。

关键词：粗粒料颗粒破碎分数阶摩擦系数剪胀方程