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结构性土UH模型

岩土力学 2015年第11期36卷 3101-3110,3228页

作者：祝恩阳姚仰平北方工业大学土木工程学院北京100144 北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

在描述重塑土的统一硬化模型(UH模型)基础上,以动态地移动正常固结线(MNCL)代替静态的正常固结线(NCL)作为参考线来确定参考应力,将土的结构性衰减体现在MNCL的演化中,从而把UH模型扩展为可考虑土结构性的结构性土UH模型。结构性土UH模... 详细信息

在描述重塑土的统一硬化模型(UH模型)基础上,以动态地移动正常固结线(MNCL)代替静态的正常固结线(NCL)作为参考线来确定参考应力,将土的结构性衰减体现在MNCL的演化中,从而把UH模型扩展为可考虑土结构性的结构性土UH模型。结构性土UH模型可以合理地并连续光滑地描述结构性土的等向压缩规律、应变硬化、应变软化、剪切体积收缩、剪切体积膨胀、不排水剪切减压软化以及结构性和密度耦合影响等力学特性。相比于UH模型,结构性土UH模型新增3个参数,分别用于描述结构性的程度、衰减速度、以及塑性流动规律。通过3种天然土的试验结果与模型预测对比验证了结构性土UH模型的合理性。

关键词：结构性土移动正常固结线本构模型结构性衰减 UH模型

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结构性土压缩变形本构描述

岩土力学 2015年第7期36卷 1915-1922页

作者：祝恩阳姚仰平北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

在孔隙比与应力半对数坐标中,重塑土等向压缩线通常从正常固结线(NCL)下方逐渐趋近于NCL,整个过程中压缩线切线斜率大小单调增大。而对结构性土进行等向压缩时,因结构性的存在,压缩线会首先越至NCL之上,而后再从上方逐渐趋近于NCL,整个... 详细信息

在孔隙比与应力半对数坐标中,重塑土等向压缩线通常从正常固结线(NCL)下方逐渐趋近于NCL,整个过程中压缩线切线斜率大小单调增大。而对结构性土进行等向压缩时,因结构性的存在,压缩线会首先越至NCL之上,而后再从上方逐渐趋近于NCL,整个过程中压缩线切线斜率先增大后减小。重塑土与结构性土压缩线切线斜率演化在单调性方面的差异,可通过数学上增量函数构造的方法加以实现。如果在平面直角坐标系中以一水平线作为参考线,描述一过原点的函数曲线,使其上任意一处的切线斜率由该处函数值与参考线函数值的差决定,则参考线是否移动决定了所描述函数切线斜率演化的单调性。受此启发,在孔隙比与应力半对数坐标中提出移动正常固结线(MNCL)的概念。用MNCL代替NCL作为参考线,结合统一硬化模型(UH模型)的理论框架,建立了结构性土压缩变形的本构描述。

关键词：结构性土压缩移动正常固结线增量曲线本构模型

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横观各向同性土的简明破坏机制解释

岩土力学 2014年第2期35卷 328-333页

作者：姚仰平祝恩阳北京航空航天大学土木工程系北京100191

由于沉积等作用使得天然土材料内部颗粒排列表现为各向异性。土材料的各向异性使得材料内各平面滑动的内摩擦角不同。因此,在分析各向异性土的破坏问题中,除了考虑来自外部的应力分布以外,还需考虑土材料内部的强度分布。以横观各向同... 详细信息

由于沉积等作用使得天然土材料内部颗粒排列表现为各向异性。土材料的各向异性使得材料内各平面滑动的内摩擦角不同。因此,在分析各向异性土的破坏问题中,除了考虑来自外部的应力分布以外,还需考虑土材料内部的强度分布。以横观各向同性土为例,阐述了同时考虑材料外部应力分布与材料内部强度分布下各向异性土的破坏机制。为说明,文中假定横观各向同性土内部各平面的内摩擦角正切值随空间方向而线性分布。外部加载进行时,横观各向同性土材料内部各处的应力不断变化,当其内部某处首次出现的应力达到该处的强度时,土材料发生破坏。进一步通过类比得出:区别于金属,各向同性土不是在最大剪应力面而是在最大剪压比面发生破坏;区别于各向同性土,各向异性土不是在最大剪压比面而是在最大剪压强比面发生破坏。

关键词：横观各向同性应力分布强度分布沉积方向破坏机制

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岩土塑性理论中功表达的近似性

岩土力学 2012年第4期33卷 1075-1078页

作者：祝恩阳姚仰平北京航空航天大学交通科学与工程学院土木工程系北京100191

对广义剪应力、广义剪应变的表达式作了说明,在给出其增量表达的同时,指出了在计算二者增量时可能产生的误解。在此基础上,分析比较由平均主应力、体积应变增量、广义剪应力、广义剪应变增量表述的功的增量以及由三向主应力与三向主应... 详细信息

对广义剪应力、广义剪应变的表达式作了说明,在给出其增量表达的同时,指出了在计算二者增量时可能产生的误解。在此基础上,分析比较由平均主应力、体积应变增量、广义剪应力、广义剪应变增量表述的功的增量以及由三向主应力与三向主应变增量表述的功的增量得出:两种表述在一般情况下并不一致。但在某些特殊情况下,例如等应力Lode角加载并满足应力全量Lode角与应变增量Lode角相等时,二者的表述一致。岩土塑性理论中塑性功增量存在与功的增量相同的问题,然而对于实际岩土材料,应力全量与塑性应变增量等Lode角的假定在一般情况下是不能满足的。因此在岩土塑性理论中,对于一般情况下的等应力Lode加载情况,用平均主应力、塑性体积应变增量、广义剪应力、塑性广义剪应变增量表述的塑性功增量也只是一种近似。

关键词：岩土塑性理论广义剪应力广义剪应变功的增量

考虑加载速率影响的结构性软黏土统一硬化模型

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岩土力学 2024年第S01期45卷 63-72页

作者：祝恩阳陈玉堃北方工业大学土木工程学院北京100144

为反映结构性软黏土受力变形过程中受加载速率的影响,借鉴统一硬化模型(unified hardening model,简称UH模型)对时间效应的考虑方法,在结构性土UH模型屈服函数中引入折算时间t,将其发展为考虑加载速率影响的结构性软黏土UH模型。在折算... 详细信息

为反映结构性软黏土受力变形过程中受加载速率的影响,借鉴统一硬化模型(unified hardening model,简称UH模型)对时间效应的考虑方法,在结构性土UH模型屈服函数中引入折算时间t,将其发展为考虑加载速率影响的结构性软黏土UH模型。在折算时间项中,将原结构性土UH模型内变量R变换为内变量Rt,以使其适用于计算时间所导致的结构性土应变。所建立的考虑加载速率影响的结构性软黏土UH模型共包含8个参数,均可通过常规试验确定。模型预测与试验数据对照表明,该模型可合理地反映加载速率影响下的结构性土应力-应变特性。

关键词：结构性土时间统一硬化加载速率

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胶结结构性土统一硬化模型

岩土力学 2018年第1期39卷 112-122页

作者：祝恩阳李晓强北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北方工业大学土木工程学院北京100144

结构性土颗粒间的胶结使试样剪切破坏最终应力比高于相应重塑土,也限制了试样剪切时体积应变的自由发挥。在考虑结构垮塌为主的结构性土统一硬化(UH)模型基础上,将应力空间中静止的临界状态线扩展为动态的移动临界状态线。据此,通过建... 详细信息

结构性土颗粒间的胶结使试样剪切破坏最终应力比高于相应重塑土,也限制了试样剪切时体积应变的自由发挥。在考虑结构垮塌为主的结构性土统一硬化(UH)模型基础上,将应力空间中静止的临界状态线扩展为动态的移动临界状态线。据此,通过建立新的屈服面方程并修正剪胀方程,将结构性土统一硬化(UH)模型扩展为胶结结构性土统一硬化(UH)模型。相对于原模型,新模型增加了1个模型参数,即初始胶结应力,反映土颗粒之间的初始胶结作用。通过4种结构性土试验数据与模型预测对照表明:所提模型能够较合理地描述结构性土等向压缩、常规三轴排水与不排水剪切等特性。

关键词：结构性土胶结移动临界状态线本构模型统一硬化模型

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比萨斜塔斜而不倒的数学奥秘

岩土力学 2011年第S2期32卷 36-41页

作者：姚仰平祝恩阳北京航空航天大学土木工程系北京100191

比萨斜塔从修建至今800余年缘何斜而不倒,这是一个颇具吸引力的问题。围绕这一问题,从土材料的变形机制入手,介绍了其变形的加载次序相关性。经微分学中曲线积分路径无关的充分必要条件检验,证实了经典岩土本构模型Cam-clay对土材料应... 详细信息

比萨斜塔从修建至今800余年缘何斜而不倒,这是一个颇具吸引力的问题。围绕这一问题,从土材料的变形机制入手,介绍了其变形的加载次序相关性。经微分学中曲线积分路径无关的充分必要条件检验,证实了经典岩土本构模型Cam-clay对土材料应变的加载应力路径相关性描述与试验相符。土材料变形与加载次序的相关性在应用增量本构模型计算中,实际就体现在模型描述于数学上的曲线积分路径相关性上。完全一样的比萨斜塔,完全一样的地基,仅修建时间长短的不同便造就了地基土中有效应力加载路径的显著差异,从而极大地影响了与加载应力路径相关的广义剪应变的发展情况,最终决定了地基土的破坏与否,建筑物的倒塌与否。从这个角度,深刻巧妙地揭示出比萨斜塔数百年来斜而不倒的数学奥秘。在解释Burland等对比萨斜塔一次修建完工将会倒塌的观点同时提出猜想:如果进行更加缓慢的修建,地基土有效应力路径会更加远离临界状态应力线,那么比萨斜塔今天的倾斜程度可能大为降低。

关键词：土材料比萨斜塔沉降积分路径应力路径相关性

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非饱和土湿化特性的室内外试验研究及其应用

非饱和土湿化特性的室内外试验研究及其应用

作者：祝恩阳北京航空航天大学

学位级别：硕士

土体受外部荷载的作用和土体本身含水量的变化都会使之发生变形。湿化变形是指非饱和天然土在所受外部荷载不变的情况下,含水量由天然状态增加至饱和状态过程中所发生的变形。本文试验用土是取自北京奥林匹克森林公园挖湖堆山现场的土,... 详细信息

土体受外部荷载的作用和土体本身含水量的变化都会使之发生变形。湿化变形是指非饱和天然土在所受外部荷载不变的情况下,含水量由天然状态增加至饱和状态过程中所发生的变形。本文试验用土是取自北京奥林匹克森林公园挖湖堆山现场的土,将其加工成为干土粉末,而后进行一系列湿化试验得到了一些干土湿化规律的试验结论。干土粉末的颗粒大小会使得其压缩曲线在e-ln p图中向上凸起,颗粒粒径越小,压缩线越趋近于直线。湿化饱和土的压缩曲线在e-ln p图中为一条直线,并且该直线斜率随湿化前干土粉末颗粒粒径的减小而逐渐趋近于饱和泥浆的压缩线斜率。正常固结干土在各荷载下浸水湿化,在e-ln p图中其孔隙比将落在同颗粒粒径的干土粉末的湿化饱和压缩线上。低超固结干土浸水湿化,在e-ln p图中其孔隙比落在同粒径的湿化饱和土的压缩线上。高超固结干土浸水湿化,其孔隙比有变大的现象。并且为进行相互比较,还相应进行了一些与干土粉末粒径相同的砂的湿化试验。在总结试验结果的基础上,本文提出了可用于计算应力比不超过M的任意应力状态的正常固结和超固结天然土湿化变形的湿化本构模型。并用该湿化模型预测了Sun的试验数据,符合良好。同时进行了一种超固结土湿化变形的计算。

关键词：本构模型天然土超固结湿化湿化体积变形湿化剪切变形

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三维胶结结构性土UH模型

岩土工程学报 2018年第12期40卷 2200-2207页

作者：祝恩阳李晓强朱建明北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北方工业大学土木工程学院北京100144 华北科技学院安全工程学院河北三河101601

为反映胶结对结构性土剪切最终应力比以及剪胀规律的影响,将p–q坐标中静态的临界状态线(CSL)扩展为与CSL平行并随结构性衰减而从左侧移向CSL的动态临界状态线(MCSL),构造与MCSL匹配的屈服面和剪胀方程,从而将以考虑加载体积垮塌为主的... 详细信息

为反映胶结对结构性土剪切最终应力比以及剪胀规律的影响,将p–q坐标中静态的临界状态线(CSL)扩展为与CSL平行并随结构性衰减而从左侧移向CSL的动态临界状态线(MCSL),构造与MCSL匹配的屈服面和剪胀方程,从而将以考虑加载体积垮塌为主的结构性土统一硬化(UH)模型扩展为能考虑胶结影响的胶结结构性土UH模型。在此基础上,应用变换应力三维化方法,将所提模型应用到三维应力空间。相对于结构性土UH模型,三维胶结结构性土UH模型增加了1个模型参数描述初始胶结程度。该参数可由无侧限压缩试验近似确定。通过4种结构性土的试验结果与模型预测对照表明,三维胶结结构性土UH模型能够较合理地反映受胶结影响的结构性土等向压缩、常规三轴剪切与真三轴剪切等特性。

关键词：胶结结构性土移动临界状态线本构模型三维化