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临界状态土的物理标度律

岩土工程学报 2024年第9期46卷 1831-1839页

作者：费建波唐昊介玉新陈湘生极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室(深圳大学) 广东深圳518060 滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室(深圳大学) 广东深圳518060 深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084

土的临界状态理论描述了土有效应力、抗剪强度与土密实度之间的对应关系,大量土力学试验还揭示了土体强度与加载速率存在相关性。考虑到颗粒物质是自然土体的实际载体,从颗粒物理本源出发,将流态颗粒惯性数I发展为考虑砂土密实程度(即... 详细信息

土的临界状态理论描述了土有效应力、抗剪强度与土密实度之间的对应关系,大量土力学试验还揭示了土体强度与加载速率存在相关性。考虑到颗粒物质是自然土体的实际载体,从颗粒物理本源出发,将流态颗粒惯性数I发展为考虑砂土密实程度(即初始颗粒体积分数Ф0)的准静态颗粒物理惯性数Q=Ф0[ln(I)+α]。以砂土的经典三轴试验数据为基础,探究了处于临界状态土的颗粒物理标度律,发现颗粒的摩擦系数μ与准静态颗粒惯性数Q之间满足简单的μ=ξQ线性关系。新建立的简单物理标度律能够统一刻画处于临界状态砂土的密实状态、剪切速率、围压和粒径等因素与土内摩擦角间复杂的经验关系。为描述受剪颗粒准静态变形的体变规律,进一步探索了临界状态下土颗粒体积分数与准静态颗粒惯性数间的相关性。对三维应力状态情况,引入一个新的无量纲量“中主应力数”对标度律进行拓展,可揭示中主应力对临界状态砂土摩擦特性的影响。

关键词：颗粒临界状态标度律剑桥模型砂土

基于离散元的砂土在不同应力路径和剪切模式下的强度和临界状态行为

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Journal of Central South University 2023年第6期30卷 1964-1980页

作者：朱旻奕龚国斌张雪夏骏 MOY Charles-K.S. WILKINSON Stephen Department of Civil Engineering Design SchoolXi’an Jiaotong-liverpool UniversitySuzhou 215123China Department of Civil Engineering and Industrial Design University of LiverpoolLiverpool L693BXUnited Kingdom Engineering and Information Sciences University of Wollongong in DubaiDubai 20183United Arab Emirates

本文通过离散元模拟的方法研究了砂土在不同轴对称应力路径和剪切模式下的强度和临界状态行为。其中,应力路径包括轴向压缩和轴向拉伸,而剪切模式包括常规三轴和恒定平均应力三轴。试样分为松砂和密砂两种,初始围压范围控制在100~900 kP... 详细信息

本文通过离散元模拟的方法研究了砂土在不同轴对称应力路径和剪切模式下的强度和临界状态行为。其中,应力路径包括轴向压缩和轴向拉伸,而剪切模式包括常规三轴和恒定平均应力三轴。试样分为松砂和密砂两种,初始围压范围控制在100~900 kPa。当轴向应变(绝对值)接近45%时,所有样品均达到临界状态。模拟结果表明在相同围压下,偏应力的临界状态值是唯一的,与初始密度无关,但与应力路径有关:临界状态下轴向压缩的偏应力通常大于轴向拉伸的偏应力。应力比在临界状态下的值与剪切模式和围压均无关,但取决于应力路径。在围压一定的条件下,摩擦角在临界状态下具有唯一性,且不受剪切模式、应力路径和初始密度的影响,这表明Mohr-Coulomb准则(在轴对称条件下等效于Matsuoka准则)是有效的临界状态强度准则。在围压和剪切方式一定的条件下,孔隙率在临界状态下的值与初始密度无关。在临界状态下,不同试样机械配位数的差异是由平均应力的变化所引起的。

关键词：离散元轴对称应力路径剪切模式砂土临界状态破坏准则

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基于临界状态和关键部件的安全风险监控

北京工业大学学报 2012年第12期38卷 1814-1821页

作者：厉海涛刘学敏金光周经伦国防科学技术大学信息系统与管理学院长沙410073

为解决安全风险状态演化过程的监控问题,提出一种基于临界状态和关键部件的系统安全风险监控方法.分析了系统功能结构及运行过程中所面临的危险,通过事故机理分析识别出系统的安全风险状态,并给出安全风险临界状态和关键部件的识别与获... 详细信息

为解决安全风险状态演化过程的监控问题,提出一种基于临界状态和关键部件的系统安全风险监控方法.分析了系统功能结构及运行过程中所面临的危险,通过事故机理分析识别出系统的安全风险状态,并给出安全风险临界状态和关键部件的识别与获取算法,在此基础上,提出系统安全风险状态演化过程的监控方法.最后,以某化工反应系统安全风险监控问题为例进行分析,证明了本文理论与方法的有效性.

关键词：安全风险临界状态关键部件监控

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非饱和粉砂临界状态的试验研究

岩土工程学报 2018年第S1期40卷 8-15页

作者：蔡国庆 ASREAZAD Saman 刘超赵成刚北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京交通大学土木建筑工程学院天津市市政工程设计研究院桂林理工大学土木与建筑工程学院

非饱和土临界状态给出了土变形过程的终点,对于分析土的基本力学性质和建立相应的本构模型十分重要。以非饱和粉砂为研究对象,利用非饱和土双压力室三轴试验系统(GDS)开展相关试验研究,对不同干密度粉砂在不同净应力和吸力条件下剪切至... 详细信息

非饱和土临界状态给出了土变形过程的终点,对于分析土的基本力学性质和建立相应的本构模型十分重要。以非饱和粉砂为研究对象,利用非饱和土双压力室三轴试验系统(GDS)开展相关试验研究,对不同干密度粉砂在不同净应力和吸力条件下剪切至临界状态过程中,分别测定了强度、体变、含水率及饱和度等相关状态参量的变化规律。结果表明:剪切至临界状态过程中,不同干密度非饱和粉砂的强度和变形特性差异明显;随轴向应变的不断增加,不同初始干密度粉砂试样的偏应力、体应变以及饱和度曲线最终趋于稳定值,试样剪切达到临界状态。基于试验结果,揭示了临界状态条件下非饱和粉砂强度、孔隙比、孔隙水比体积随吸力的变化规律,并建立了q–p?、ν–ln p?、νw–ln p?平面内的临界状态线方程,提出了从强度、变形和孔隙水三个方面对非饱和粉砂临界状态进行综合描述的方法。

关键词：非饱和土粉砂三轴剪切试验临界状态

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基于统一硬化参数的砂土临界状态本构模型

岩土工程学报 2011年第12期33卷 1827-1832页

作者：姚仰平余亚妮北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

在临界状态理论的基础上,通过引入状态参数来调整硬化参数和剪胀方程,从而更好地反映砂土的剪胀、剪缩特性以及砂土对密度、有效主应力的双重依赖性,通过引入修正屈服函数的参数,能更好地描述砂土的塑性变形特性。同时,模型采用砂土等... 详细信息

在临界状态理论的基础上,通过引入状态参数来调整硬化参数和剪胀方程,从而更好地反映砂土的剪胀、剪缩特性以及砂土对密度、有效主应力的双重依赖性,通过引入修正屈服函数的参数,能更好地描述砂土的塑性变形特性。同时,模型采用砂土等向固结线和临界状态线在孔隙比与有效应力幂函数平面内呈线性关系,并且只用一组材料参数即可描述在较大密度和较大有效应力范围内砂土的应力应变响应。通过模拟结果与试验结果对比,验证了模型的有效性。

关键词：砂土临界状态状态参数硬化参数本构模型

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钙质砂临界状态随颗粒破碎演化规律分析

岩土工程学报 2021年第8期43卷 1511-1517页

作者：王刚杨俊杰王兆南山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 重庆大学土木工程学院重庆400045

根据物理试验揭示的钙质砂颗粒破碎特征和发展规律,建立了可进行钙质砂三轴试验的离散元数值模型。首先通过预压均匀级配的钙质砂破碎生成不同初始级配的试样,进行不破碎三轴剪切过程的数值试验,以确定临界状态与固定级配的对应关系。... 详细信息

根据物理试验揭示的钙质砂颗粒破碎特征和发展规律,建立了可进行钙质砂三轴试验的离散元数值模型。首先通过预压均匀级配的钙质砂破碎生成不同初始级配的试样,进行不破碎三轴剪切过程的数值试验,以确定临界状态与固定级配的对应关系。结果表明,一个固定级配对应一条固定的临界状态线,在压缩平面内各固定级配临界状态线基本平行但是位置随颗粒级配的拓宽(颗粒破碎程度的增大)而逐渐降低。然后,采用相同均匀级配的试样,进行加载过程颗粒可破碎的三轴试验,以揭示实际三轴试验中临界状态线的变化机理。结果表明,在e-p-B_(r)三维空间中,可破碎三轴试验的各临界状态点都落在由固定级配临界状态线所确定的破碎临界状态面上,说明临界状态由最终的颗粒级配决定,而与产生该颗粒级配的过程无关。实际物理试验中,不同围压和应力路径达到临界状态时颗粒破碎程度的不同是导致实测临界状态线出现复杂变化的机理;在三轴压缩剪切情况下,颗粒破碎程度基本随着有效球应力的增大而增大,所以实测的颗粒破碎临界状态线相对于固定级配的临界状态线呈现出旋转的变化。

关键词：颗粒破碎钙质砂离散元级配演化临界状态

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高速车辆动态脱轨临界状态评判方法

中国铁道科学 2020年第2期41卷 113-122页

作者：孙丽霞姚建伟成棣李红梅崔潇中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081 中车大连机车车辆有限公司技术开发部辽宁大连116022

针对传统准静态脱轨系数指标监测高速车辆动态脱轨安全性时的局限性,提出基于车轮抬升量和轮对横移量、以轮对运动姿态决定的脱轨临界状态判断准则;建立高速车辆多刚体动力学模型,分析高速车辆动态脱轨非线性动力学特性,研究轮对运动姿... 详细信息

针对传统准静态脱轨系数指标监测高速车辆动态脱轨安全性时的局限性,提出基于车轮抬升量和轮对横移量、以轮对运动姿态决定的脱轨临界状态判断准则;建立高速车辆多刚体动力学模型,分析高速车辆动态脱轨非线性动力学特性,研究轮对运动姿态与车辆振动响应变化规律之间的关系,表明轮对横向振动加速度与车轮抬升量规律较一致;运用高速车辆动态脱轨评判方法进行评判时,首先采用轮对横向振动加速度移动均方根值作为评判车辆脱轨的指标,然后确定该指标能有效反映车轮抬升量变化时的滤波频率范围和滤波时间窗宽,最后确定该指标的合理限值。算例验证表明:该评判方法可有效监测动态脱轨安全性;轮对横向振动加速度移动均方根统计波形与车轮抬升量的变化趋势具有很高的同步性,不仅可以间接地反映轮对运动姿态的变化及车轮抬升的高度,还可以克服轮轨垂向力为零时脱轨系数失真的缺点,在评判高频动态脱轨时的可靠性更高。

关键词：高速车辆动态脱轨临界状态评判指标评判方法轮轨接触

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基于离散元模拟的砂土三维临界状态特征研究

应用基础与工程科学学报 2024年第4期32卷 1124-1139页

作者：蒋成龙许成顺焦爽王晓丽北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

对于在室内土工试验很难得到土体临界状态下的颗粒运动、局部孔隙比变化等特征的问题,基于离散元平台,构建了柔性边界条件下的不同初始物理状态的砂土试样的常规三轴数值模型,对不同初始孔隙比的砂土试样的剪切带的演化形成、试样的整... 详细信息

对于在室内土工试验很难得到土体临界状态下的颗粒运动、局部孔隙比变化等特征的问题,基于离散元平台,构建了柔性边界条件下的不同初始物理状态的砂土试样的常规三轴数值模型,对不同初始孔隙比的砂土试样的剪切带的演化形成、试样的整体孔隙比和局部孔隙比的变化规律等细观特征进行对比.数值计算结果表明:相对密实的砂土在剪切过程中更容易形成剪切带;剪切带内部颗粒随着加载发生剧烈转动现象,局部颗粒的流动呈现紊流特征;非剪切带上颗粒转动不明显,流动呈现定向特性;不同初始孔隙比的砂土试样,其剪切带上的临界状态孔隙比和偏应力比与初始孔隙比无关,临界状态特征的组构张量不变量的稳定特性,说明其临界状态存在且唯一.

关键词：砂土临界状态柔性边界剪切带速度矢量场孔隙比的演化组构张量

基于离散元的颗粒材料三维临界状态与剪胀特性研究

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水利学报 2017年第9期48卷 1107-1117,1125页

作者：刘嘉英马刚周伟常晓林武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

临界状态通常作为砂土等颗粒材料本构模型中的一种参考状态,是经典土力学框架的一个重要组成部分。根据砂土的细观结构特性,一些学者提出了描述砂土内部结构特性的状态参量,建立了状态相关的剪胀模型。然而受试验条件的限制,目前多采用... 详细信息

临界状态通常作为砂土等颗粒材料本构模型中的一种参考状态,是经典土力学框架的一个重要组成部分。根据砂土的细观结构特性,一些学者提出了描述砂土内部结构特性的状态参量,建立了状态相关的剪胀模型。然而受试验条件的限制,目前多采用常规三轴试验研究颗粒材料的临界状态和剪胀特性,未考虑中主应力因素。已有研究表明加载路径对颗粒材料的力学特性有一定影响,本文采用离散单元法模拟了颗粒材料真三轴应力路径试验,分析了加载过程中颗粒材料的应力应变特性及中主应力对临界状态的影响。结果表明:颗粒材料的临界状态线(CSL)在e-lg p平面内是唯一的,与中主应力系数无关。临界状态应力比与应力罗德角的关系可以采用角隅函数近似表达。基于状态相关的剪胀理论,采用Lode角的函数(角隅函数)表示模型参数,提出一个新的应力-剪胀模型。数值试验结果表明,本文采用的三维剪胀模型能够较好地反映了离散元数值模拟中颗粒材料在三维应力路径下的剪胀特性,然而公式的适用性需要更多的试验验证和理论研究。

关键词：颗粒材料真三轴试验离散元临界状态剪胀性状态参量