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一种基于边界面的饱和软黏土弹塑性动本构模型

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岩土工程学报 2021年第5期43卷 901-908,I0005,I0006页

作者：冯双喜雷华阳天津大学建筑工程学院土木工程系天津300354 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300354 中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室天津300354

弹塑性动本构模型对循环荷载作用下路堤和地基基础的设计具有重要意义,构建兼顾实用性和通用性的动本构模型是目前岩土工程设计面临的主要问题。在临界状态和边界面理论框架下建立了综合表征饱和软黏土循环退化、非线性、滞回和变形累... 详细信息

弹塑性动本构模型对循环荷载作用下路堤和地基基础的设计具有重要意义,构建兼顾实用性和通用性的动本构模型是目前岩土工程设计面临的主要问题。在临界状态和边界面理论框架下建立了综合表征饱和软黏土循环退化、非线性、滞回和变形累积特性的弹塑性动本构模型。在p’-q空间中,将参数n,ξ引入剑桥边界面方程,提出了反映水滴形和类椭圆形的广义剑桥边界面方程,统一了边界面形状。结合三角形相似原理建立了加载面和屈服面之间映射关系,形成了考虑循环退化模量场。通过常规的室内试验,确定了模型中9个参数。开展了等向循环加载和不等向循环加载的动三轴试验和数值模拟,分析了饱和软黏土应力-应变关系和应力路径,研究结果证明了试验结果与模型预测结果基本一致,模型可合理分析饱和软黏土的循环退化、非线性、应变累积和滞回特性。

关键词：饱和软黏土动本构模型边界面理论广义剑桥边界面方程循环退化

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基于反正切函数的西安黄土动本构模型

工程地质学报 2017年第3期25卷 630-636页

作者：张媛媛邵珠山齐晋阳西安建筑科技大学土木工程学院西安710055

基于反正切函数曲线,构造了一种新的黄土非线性动力本构模型。选取西安黄土试样进行室内动三轴试验,得到黄土试样的动应力-应变曲线,并以此得到了所提本构模型的理论曲线。理论曲线与试验结果对比表明,较Hardin-Drnevich模型而言,所提... 详细信息

基于反正切函数曲线,构造了一种新的黄土非线性动力本构模型。选取西安黄土试样进行室内动三轴试验,得到黄土试样的动应力-应变曲线,并以此得到了所提本构模型的理论曲线。理论曲线与试验结果对比表明,较Hardin-Drnevich模型而言,所提西安黄土动本构模型能够更好地描述三轴应力条件下黄土的强度和变形特征。研究结果表明,加载频率与含水率不变时,动剪切模量随围压的增大而增大。加载频率与围压不变时,动剪切模量随含水率的增大而逐渐减小。含水率与围压不变时,动剪切模量随加载频率的增大而增大。

关键词：黄土动本构模型反正切函数动三轴试验

川西山区崩坡积混合土循环荷载作用下非饱和动本构模型研究

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川西山区崩坡积混合土循环荷载作用下非饱和动本构模型研究

作者：黄辉西南交通大学

学位级别：硕士

高速公路、铁路和地铁在运营过程中的地基沉降问题日益突出,研究土体在交通荷载作用下的动力机制以及如何建立相应的动本构模型已成为亟待解决的一大技术问题。现有的研究对象都是在砂土及软粘土上,而崩坡积混合土研究很少。崩坡积混合... 详细信息

高速公路、铁路和地铁在运营过程中的地基沉降问题日益突出,研究土体在交通荷载作用下的动力机制以及如何建立相应的动本构模型已成为亟待解决的一大技术问题。现有的研究对象都是在砂土及软粘土上,而崩坡积混合土研究很少。崩坡积混合土在川西山区分布广泛,具有多种矿物成分、多种级配、颗粒形态复杂及环境影响因素多变等特点。试验研究表明：非饱和性和细颗粒含量差异是川西崩坡积混合土的两大特征。因此,综合考虑非饱和性与细颗粒含量差异两大基本特征,构建可用于该类土动力反应分析中的HHT模型,为该类混合土结构物的动力稳定性分析与灾害防治提供可靠的理论依据与分析方法,对于川西山区乃至整个西南地区各类混合土天然边坡、高路堤、高速公路铁路路基等结构物的建设与安全运营,具有极其重要的理论与工程实用价值。通过室内试验一系列的研究,两种土的粘粒含量和粘土矿物有差别,根据微观土力学理论,天然孔隙比e会产生差异;在非饱和静三轴试验中,二号土的抗剪强度大于一号土,其影响本文用参数ks来反映。非饱和土体中水、力间的耦合关系可以采用Van Genuchten土水特征曲线来建立,用参数βSr、n、m反映。非饱和静三轴试验表明,两种土样的应力应变特性受含水率(即基质吸力)的影响较大,用参数ks,s来反映其应力应变特性。非饱和固结试验表明,基质吸力是影响混合土固结特性的一个重要参量,用参数λ(s)、κ、r、β来反映其固结特性。所以与混合土的非饱和性和细颗粒含量差异有关参数有10个,分别为e、αSr、n、m、ks、s、λ(s)、κ、r、β,这些参数可以通过室内试验结果或拟合获得。在边界面弹塑性理论的框架内,综合考虑崩坡积混合土的两大主要特征的影响参数,结合能够比较真实描述非饱和土体湿陷性能的LC屈服曲线,同时基于可移动映射中心的映射准则,采用经典的MCCM作为塑性势方程,从而构建HHT模型。对比发现,HHT模型不但可以较好地反映非饱和混合土在静载和循环荷载下的力学特性,而且能够真实地预测土体在加、卸载过程中的滞回特性。

关键词：非饱和混合土细颗粒含量边界面理论参数动本构模型

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土体动本构模型研究评述

宁夏大学学报（自然科学版） 2001年第1期22卷 17-22,40页

作者：孔亮王燕昌郑颖人宁夏大学物理与电气信息工程系宁夏银川750021 后勤工程学院军事土木工程系重庆400041

回顾和总结了国内外关于土体动本构模型研究与应用的现状 ,着重对复杂荷载下动力弹塑性模型进行了较详细的介绍 ,并对各种模型的优缺点进行了比较和讨论 ,最后提出了土体动本构模型未来发展的一些方向和有待进一步研究的苦干问题 .

关键词：动本构模型非线性滞后性变形积累性土动力学动荷载动力弹塑性模型应力-应变关系

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土动本构模型研究现状综述

山西建筑 2014年第35期40卷 95-96页

作者：唐健强四川农业大学建筑与城乡规划学院四川成都611830

通过对国内外土动本构模型研究现状的归纳总结,分析了现有岩土动本构模型的特点,并提出了有待解决的问题,指出土动本构关系模型的研究对正确分析土的工程问题具有重大的理论意义和现实意义。

关键词：动本构模型动弹性模量合理性

循环荷载作用下考虑颗粒破碎的堆石体本构模型

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岩土力学 2012年第7期33卷 1972-1978页

作者：刘恩龙陈生水李国英米占宽韩华强四川大学水利水电学院南京水利科学研究院

中国西部兴建的很多200～300 m高的堆石坝处于高烈度地震区。应力水平高时堆石体的颗粒破碎对其在循环荷载作用下的应力、应变特性有重要的影响。基于广义塑性理论,通过引入状态参数,建立了循环荷载作用下考虑颗粒破碎的堆石体的本构模... 详细信息

中国西部兴建的很多200～300 m高的堆石坝处于高烈度地震区。应力水平高时堆石体的颗粒破碎对其在循环荷载作用下的应力、应变特性有重要的影响。基于广义塑性理论,通过引入状态参数,建立了循环荷载作用下考虑颗粒破碎的堆石体的本构模型,并给出了模型参数的确定方法。与堆石体在400、800、1 500、2 200 kPa围压作用时的试验结果对比,表明所提出的本构模型可以较好地模拟循环荷载作用下颗粒破碎时堆石体的动应力和动应变响应。

关键词：堆石体颗粒破碎动本构模型循环荷载

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土动力本构模型初探

四川建筑科学研究 2005年第5期31卷 84-86,89页

作者：王皆伟王汝恒西南科技大学土木学院四川绵阳621002

在粘弹性和弹塑性基本理论的基础上,综合阐述了目前国内外土体动力本构模型,并对各种模型的优缺点进行了比较。

关键词：动本构模型粘弹性弹塑性反问题理论

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混凝土在循环荷载作用下的次加载面模型

混凝土在循环荷载作用下的次加载面模型

作者：伍大鹏北京交通大学

学位级别：硕士

本文基于次加载面理论,提出了一个由体积屈服面和剪切屈服面组成的双屈服面本构模型。该模型适应各种复杂应力路径下的加载方式,以等效塑性应变作为内变量,描述了混凝土在循环荷载作用下的应力应变行为。加载前,次加载面与正常屈服面在... 详细信息

本文基于次加载面理论,提出了一个由体积屈服面和剪切屈服面组成的双屈服面本构模型。该模型适应各种复杂应力路径下的加载方式,以等效塑性应变作为内变量,描述了混凝土在循环荷载作用下的应力应变行为。加载前,次加载面与正常屈服面在主应力空间中都为一个点;加载后,随着塑性应变的积累,正常屈服面以等向硬化的扩展形式逐渐扩大,而次加载面的扩展形式是以混合强化的形式进行的,当次加载面与正常屈服面重合后,它们一起以等向硬化到达破坏面。在应力应变曲线进入下降段后,只有剪切屈服面产生作用,因为在应变继续增大的过程中,应力是逐渐减小的,应力点达不到体积屈服面,体积屈服面不再产生作用。模型意在模拟混凝土在复杂应力状态下循环加载的本构特性。应用Fortran语言编制计算程序,对循环加载比例dσz：dσx：dσy分别为1：0.1：0.1,1：0.15：0.15,1：0.2：0.2,以及固定侧压力P0取值分别为10MPa、20MPa、30MPa、40MPa七种加载方式进行了数值模拟。对试验和模型计算得到的应力应变曲线进行了比较：在峰值之前,模型与试验曲线存在一定的误差,但最大相对误差不超过20%;峰值之后，二者存在较大的误差,但是变化趋势与实验规律相符,此外,模型还能够模拟出混凝土出现的扩容现象。所以,模型能较好地模拟混凝土材料在循环荷载作用下的力学行为。

关键词：次加载面循环荷载动本构模型 Fortran语言

动荷载作用下人工冻土力学特性及本构模型研究

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动荷载作用下人工冻土力学特性及本构模型研究

作者：范菊红安徽理工大学

学位级别：硕士

通过室内试验研究获得动荷载作用下人工冻黏土变形规律,基于试验结果推导了人工冻土动荷载本构满足改进的西源模型,通过冻结井塔基础现场实测验证了动荷载冻土本构模型的正确性。采用正弦波模拟冻结井塔基础在提升荷载作用下的变形规律... 详细信息

通过室内试验研究获得动荷载作用下人工冻黏土变形规律,基于试验结果推导了人工冻土动荷载本构满足改进的西源模型,通过冻结井塔基础现场实测验证了动荷载冻土本构模型的正确性。采用正弦波模拟冻结井塔基础在提升荷载作用下的变形规律。试验方案中考虑的因数为：人工冻土震动频率取：0.2HZ、0.4HZ、0.6HZ;冻结温度：-5℃、-10℃、-15℃;固结围压：0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa等,共计试验次数81次。通过应用正交方法安排冻黏土试验方案,只需要9次能不重复完成所有试验项目内容。并获得如下结论：动荷载作用下冻土体的动弹性模量受温度影响最大;温度升高,动弹模降低;温度降低,动弹模增大,增幅约为：10MPa/℃。动弹模随围压波动起伏,随振动频率增大而增大,达到0.25MPa/Hz。随动应变的增加而增大,达到0.05MPa/%。动剪切模量随围压的增加而增大,随荷载振次的增加而降低,随温度的降低而线性增加,增幅为：150MPa/℃。冻土的动阻尼比随应变幅值和围压的增大而增大,随着温度的降低而迅速变小,随着荷载振动频率的增大而降低。冻结黏土的动蠕变曲线分为明显的三个阶段：稳定蠕变阶段、衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段。依据人工冻土室内动三轴试验结果,基于动力学、连续介质力学和冻土力学原理,建立人工冻土在动荷载作用下的本构模型,即弹-黏弹-黏塑性本构模型,并提出模型参数确定方法,推导出其弹性应变柔度矩阵、黏塑性应变柔度矩阵,并嵌入到大型数值模拟软件ADINA中进行拟合,并将拟合结果与试验实测数据进行比较,发现拟合值与实测值吻合较好。本文以淮南顾北矿井塔基础的工程实测为依托,利用本文提出的弹-黏弹-黏塑性动本构模型及参数确定方法对井塔基础进行数值计算,结果表明理论计算的冻结壁位移与实测位移变换规律一致,且数值相差误差在允许范围内。说明采用弹-黏弹-黏塑性动本构模型理论计算获得的冻结壁应力场和位移场是合理的。

关键词：人工冻土简谐振动荷载动应力应变关系动本构模型工程应用