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复杂应力条件下粗粒料的剪胀性研究进展

长江科学院院报 2023年

作者：周跃峰左永振万航三峡大学土木与建筑学院长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室

粗粒料的剪胀性是其强度和变形研究的重要问题之一，它取决于颗粒排列、粒间压力等细微观作用；在宏观层面，受相对密度与应力状态的影响。本文围绕复杂应力条件下粗粒料的剪胀问题，从粗粒料力学特性的试验研究、粗粒料的强度准则、以... 详细信息

粗粒料的剪胀性是其强度和变形研究的重要问题之一，它取决于颗粒排列、粒间压力等细微观作用；在宏观层面，受相对密度与应力状态的影响。本文围绕复杂应力条件下粗粒料的剪胀问题，从粗粒料力学特性的试验研究、粗粒料的强度准则、以及临界状态与剪胀性方面，对国内外的研究进展进行了系统论述。在此基础上，提出该领域呈现如下发展态势：1）通过大型真三轴试验开展粗粒料剪胀率的试验研究与理论分析，能够促进粗粒料本构理论的发展进步；2）结合应力路径试验中的应力变形规律研究，可实现从常规三轴条件下向复杂应力条件下的剪胀方程的进一步发展，从而体现强度与变形问题的统一；3）采用状态参量去评价土体的松密状态与剪胀性，能够耦合应力状态与孔隙比，尽量避免“一种材料，多组参数”，关于粗粒料的力学特性研究有了更加科学和系统的研究方法。

关键词：粗粒料剪胀性真三轴试验强度准则状态参量

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剪缩型土的剪胀性大数据特征与计算模型

水利学报 2020年第2期51卷 180-192页

作者：杨骏堂刘元雪何少其陆军勤务学院岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室重庆401311

剪胀性是岩土材料区别于其他材料的重要特征,其基本力学特性目前尚未研究透彻,由此导致相关本构模型无法充分反映岩土材料的变形机制。本文提出了一种并行化的LM优化回归算法,该算法解决了剪缩型土的大规模剪胀性数据回归分析时的全局... 详细信息

剪胀性是岩土材料区别于其他材料的重要特征,其基本力学特性目前尚未研究透彻,由此导致相关本构模型无法充分反映岩土材料的变形机制。本文提出了一种并行化的LM优化回归算法,该算法解决了剪缩型土的大规模剪胀性数据回归分析时的全局优化性差、收敛性慢、计算效率低的问题。利用该算法建立了剪胀率与其各影响因素之间的相关性函数。根据剪缩型土的剪胀性大数据特征和基本力学特性,考虑了剪胀率主要影响因素和附加影响因素的综合作用,构造了可以反映剪缩型土剪胀性共同规律的计算模型。该模型和剪缩型土所有实验数据的剪胀率拟合度高达0.938,明显优于剑桥模型和修正剑桥模型下的剪胀模型,而且本模型能够较好地反映不同剪缩型应力路径下剪缩型土的剪胀性。

关键词：剪缩型土剪胀性剪胀率深度挖掘本构模型 LM算法

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粗粒土剪胀性大型三轴试验研究

岩土力学 2014年第11期35卷 3129-3138页

作者：姜景山程展林左永振丁红顺南京工程学院建筑工程学院南京211167 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010

剪胀性是土体显著区别于一般弹性材料的基本特性,与土体的强度和变形特性密切相关。通过4组不同初始密度的塔城砂砾石常规大型三轴试验,研究剪胀性对粗粒土强度和变形特性的影响。试验结果表明,(1)若体变速率(体变和轴向应变均以压缩为... 详细信息

剪胀性是土体显著区别于一般弹性材料的基本特性,与土体的强度和变形特性密切相关。通过4组不同初始密度的塔城砂砾石常规大型三轴试验,研究剪胀性对粗粒土强度和变形特性的影响。试验结果表明,(1)若体变速率(体变和轴向应变均以压缩为正)先从正值减小到负值并达到最小值,随后又有所增大但仍小于0,则应力-应变曲线为软化型,在比值为最小值时土体剪胀性最大,对应于峰值强度,若体变速率从某一正值单调减小并一直大于0,则应力-应变曲线为硬化型;(2)体变变化趋势取决于剪胀性和压缩性的大小,剪切后期若剪胀速率大于压缩速率,则体变先压缩后膨胀,应力-应变曲线呈软化型,反之若剪胀速率小于压缩速率,则体变一直是压缩的,应力-应变曲线呈硬化型。研究结果对于加深认识粗粒土的强度和变形特性具有重要意义。

关键词：粗粒土三轴试验应力-应变关系剪胀性强度变形 Rowe剪胀方程

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主应力方向对砂土剪胀性的影响分析

岩土力学 2013年第3期34卷 667-673页

作者：刘鹏栾茂田王忠涛大连理工大学土木工程学院岩土工程研究所辽宁大连116024 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

剪胀性是土特有的一种材料属性,而准确地描述砂土的剪胀性则是建立砂土本构模型的重要基础。大量常规三轴试验发现,在以相同加载条件下剪切时密砂和松砂会表现出完全不同的剪胀性和应力-应变关系特性,说明砂土的剪胀性不仅与其所处的应... 详细信息

剪胀性是土特有的一种材料属性,而准确地描述砂土的剪胀性则是建立砂土本构模型的重要基础。大量常规三轴试验发现,在以相同加载条件下剪切时密砂和松砂会表现出完全不同的剪胀性和应力-应变关系特性,说明砂土的剪胀性不仅与其所处的应力状态有关,也与其物理状态相关。状态参量理论很好地解释了砂土所处应力状态和物理状态对剪胀性的共同作用。空心扭剪三轴试验仪可以实现不同主应力方向的单调剪切试验。试验结果表明,当砂土以不同主应力方向单调剪切时,即使处于相同初始应力条件和物理状态,砂土也会表现出不同的剪胀性,说明了主应力方向也是决定砂土剪胀性的重要条件。本文通过分析试验中主应力方向对砂土剪胀性的影响,提出了一个含有主应力方向的状态参量,并建立了相应的剪胀方程。通过与试验数据的对比,验证了该方法的正确性和准确性。

关键词：主应力方向剪胀性状态参量

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基于细观理论的粗粒土剪胀性及本构模型

同济大学学报（自然科学版） 2012年第12期40卷 1783-1788页

作者：孙海忠同济大学土木工程学院上海200092 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司上海200032

基于能量守恒原理和Rowe提出的最小能比原理从细观角度建立了考虑颗粒破碎的剪胀方程,并对不同围压下颗粒破碎耗能因子在试验过程中的变化趋势进行了归一化.为了验证该剪胀方程的正确性,引入修正硬化准则,建立了相应的弹塑性本构模型,... 详细信息

基于能量守恒原理和Rowe提出的最小能比原理从细观角度建立了考虑颗粒破碎的剪胀方程,并对不同围压下颗粒破碎耗能因子在试验过程中的变化趋势进行了归一化.为了验证该剪胀方程的正确性,引入修正硬化准则,建立了相应的弹塑性本构模型,然后将该模型用于2种不同形状粗粒土室内大三轴试验的数值模拟,对比分析表明,该模型能够较好地描述粗粒土的剪胀特性和应力应变关系.

关键词：剪胀性颗粒破碎粗粒土细观理论本构模型

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颗粒材料剪胀性的微观力学分析

岩土力学 2013年第5期34卷 1508-1514页

作者：秦建敏迟璐璐大连大学土木工程技术研究与开发中心辽宁大连116622 大连理工大学工业装备结构分析国家重点试验室辽宁大连116024

剪胀性是颗粒材料在加载过程中表现出来的重要变形特性。以孔隙胞元描述颗粒材料内部结构的最小单元,通过对单个孔隙胞元进行剪切受力分析,探讨了剪切过程中颗粒材料体积的改变对应力比和单个孔隙胞元形状的依赖关系,解释了排列密实的... 详细信息

剪胀性是颗粒材料在加载过程中表现出来的重要变形特性。以孔隙胞元描述颗粒材料内部结构的最小单元,通过对单个孔隙胞元进行剪切受力分析,探讨了剪切过程中颗粒材料体积的改变对应力比和单个孔隙胞元形状的依赖关系,解释了排列密实的颗粒材料在剪切过程中先压缩后剪胀的微观机制。用离散元数值模拟得到了在双轴剪切过程中单个孔隙胞元形状以及孔隙胞元体积变形的演化过程。离散元数值结果表明,加载过程中孔隙胞元形状由初始各向同性到沿大主应力方向变大变长、体积变形先压缩后膨胀,并且体积变形在加载过程中存在局部化现象,体积变化大的孔隙胞元在较大变形时,排列成倾斜的窄带。综合孔隙胞元的受力分析和离散元数值结果表明,致密排列颗粒材料的剪胀性与微观尺度上孔隙胞元的几何结构及其内部的力链传递方式密切相关。

关键词：颗粒材料剪胀性孔隙胞元离散元法局部化

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状态参量与砂土剪胀性判别方法

北京工业大学学报 2011年第5期37卷 718-723页

作者：王运霞赵成刚北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北方工业大学建筑工程学院北京100044

论述了砂土剪胀性特点和状态参数概念.通过对现有试验结果的对比分析,建立了相变线的概念,提出了相变孔隙比和相变应力比的定义和计算公式.提出了状态参量的计算公式和依据状态参量判别砂土剪胀(缩)的具体方法,并建立了砂土的剪胀比计... 详细信息

论述了砂土剪胀性特点和状态参数概念.通过对现有试验结果的对比分析,建立了相变线的概念,提出了相变孔隙比和相变应力比的定义和计算公式.提出了状态参量的计算公式和依据状态参量判别砂土剪胀(缩)的具体方法,并建立了砂土的剪胀比计算公式.为建立砂土本构模型提供依据.

关键词：砂土剪胀性状态参量相变线剪胀比

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基于大三轴试验的粗粒土剪胀性研究

岩土力学 2013年第8期34卷 2249-2254页

作者：褚福永朱俊高殷建华丽水学院土木工程学系浙江丽水323000 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 香港理工大学土木工程系

采用大三轴剪切仪对3种不同相对密度的双江口心墙坝覆盖层料进行固结排水剪切试验,重点研究粗粒土的剪胀特性,分析粗粒土的剪胀性与围压、相对密度之间的关系,并检验修正剑桥模型的剪胀方程、Rowe剪胀方程对粗粒土的适用性。结果表明,... 详细信息

采用大三轴剪切仪对3种不同相对密度的双江口心墙坝覆盖层料进行固结排水剪切试验,重点研究粗粒土的剪胀特性,分析粗粒土的剪胀性与围压、相对密度之间的关系,并检验修正剑桥模型的剪胀方程、Rowe剪胀方程对粗粒土的适用性。结果表明,粗粒土在低围压下表现出明显的剪胀趋势,随着围压的增加,逐渐由剪胀向剪缩过渡;随着密度的增大,粗粒土的剪胀性明显增强;相变应力比是粗粒土剪胀强弱的一个重要影响因素,其随密度的增加而增加,随围压的增大则呈线性减小趋势;粗粒土的剪胀性与相对密度、围压关系密切,根据试验数据得出最大剪胀率d f与相对密度Dr、围压3之间的关系式;修正剑桥模型的剪胀方程不能反映粗粒土的剪胀性;Rowe剪胀方程在一定程度上能反映粗粒土的剪胀性,但高围压下在压缩阶段低估了其压缩性,而在剪胀阶段则高估了其剪胀性。

关键词：粗粒土大三轴相对密度剪胀性

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合肥地区老粘土剪胀性实验研究与数值模拟

合肥地区老粘土剪胀性实验研究与数值模拟

作者：王杰合肥工业大学

学位级别：硕士

土的剪胀性在高层、超高层建筑的基础设计和施工中是不可忽略的影响因素,桩基础施工中引起的地表隆起和邻近桩体倾斜,挤断等均与土的剪胀性密切相关。为了给桩基础的设计与施工提供合理依据,本文以合肥老粘土为研究对象,首先通过对老粘... 详细信息

土的剪胀性在高层、超高层建筑的基础设计和施工中是不可忽略的影响因素,桩基础施工中引起的地表隆起和邻近桩体倾斜,挤断等均与土的剪胀性密切相关。为了给桩基础的设计与施工提供合理依据,本文以合肥老粘土为研究对象,首先通过对老粘土基本物理性质指标的测定和搜集合肥地区相关资料,对老粘土的工程地质情况和基本特性进行阐述,并分析了影响合肥地区老粘土剪胀性的因素,然后采用室内试验和理论分析相结合的方法,进行三轴试验,分析不同条件下剪胀性的变化规律。选择下负荷面修正剑桥模型,对三轴试验进行了数值模拟,并将试验结果与理论设计进行了对比,并模拟了预制贯入桩以及挖孔灌注桩施工时的挤土效应及土体的剪胀性。通过三轴试验发现老粘土的超固结比越大,剪胀性越大,且有较强的线性关系,另一方面,超固结比越小的土达到最大剪胀率时的轴向应变越大,反之则反。通过研究不同超固结比的重塑土发现,重塑后老粘土的剪胀性降低了约15%,重塑老粘土超固结比小于2时土体会出现剪缩现象,随着超固结比的增大,剪缩现象逐渐消失,剪胀现象越来越明显,超固比为2可能是老粘土剪缩与剪胀现象的分界点。超固结比小于2时土体表现为应变硬化,随着超固结比增大,逐渐出现应变软化,超固结比为2可能是老粘土应变硬化向应变软化转变的分界点。通过数值分析发现下负荷面修正剑桥模型能够合理反映合肥地区老粘土剪胀特征。模拟预制贯入桩以及挖孔灌注桩施工时的挤土效应及土体的剪胀性,发现桩体贯入过程桩侧挤土效应与土体剪胀性明显,桩周3倍的桩径范围内土体产生的剪胀性在3.5%～1%之间,灌注桩成型后桩体底部挤土效应与土体剪胀性明显,桩底0.5倍桩径范围内土体产生的剪胀性大于4.5%,1.5倍到0.5倍的桩径范围内的产生剪胀性的在4.5%～1%之间。

关键词：老粘土剪胀性三轴试验 ABAQUS 数值分析