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平面应变条件下基于Lade-Duncan强度准则中主应力条件的土压力及其适用性

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土木与环境工程学报（中英文） 2022年第1期44卷 20-27页

作者：孟天一张玉刘瑾赵阳杨倩丁潇范特佳西安工业大学建筑工程学院西安710032 西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点实验室西安710048

针对实际工程中大量存在的挡土墙、基坑开挖等平面应变问题,考虑中主应力对强度的影响,将平面应变条件下Lade-Duncan强度准则的中主应力关系代入SMP、Lade-Duncan、AC-SMP和广义Mises强度准则中得到新的平面应变强度准则。据此建立基于... 详细信息

针对实际工程中大量存在的挡土墙、基坑开挖等平面应变问题,考虑中主应力对强度的影响,将平面应变条件下Lade-Duncan强度准则的中主应力关系代入SMP、Lade-Duncan、AC-SMP和广义Mises强度准则中得到新的平面应变强度准则。据此建立基于各强度准则的主、被动土压力计算公式,进而推广至黏性土,并将主、被动土压力理论计算值与实测值进行对比分析。结果表明,Mohr-Coulomb强度准则因其未考虑中主应力的影响,致使计算结果相比实测情况偏保守;SMP强度准则、Lade-Duncan强度准则考虑到中主应力对土压力大小的影响,计算结果相比Mohr-Coulomb强度准则更接近实测情况;AC-SMP强度准则、广义Mises强度准则在一定内摩擦角范围内可以描述挡土墙的土压力大小,但超出适用范围时,二者均不再适用于描述挡土墙的土压力大小;广义Mises强度准则在适用范围内的计算结果相比SMP强度准则、Lade-Duncan强度准则更接近实测数据。

关键词：平面应变强度准则中主应力土压力

平面应变条件下基于弹性理论的土压力计算及适用性研究

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地震工程学报 2023年第3期45卷 673-680,688页

作者：李宝平何茹张玉屈嘉璐杨倩西安工业大学建筑工程学院陕西西安710021 西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点实验室陕西西安710048

针对工程中大量存在的平面应变问题,依据平面应变条件和广义胡克定律,基于SMP、Lade-Duncan、AC-SMP和广义Mises强度准则,推导出考虑中主应力及泊松比影响的无黏性土主、被动土压力计算公式,并将其扩展至黏性土,讨论基于各强度准则土压... 详细信息

针对工程中大量存在的平面应变问题,依据平面应变条件和广义胡克定律,基于SMP、Lade-Duncan、AC-SMP和广义Mises强度准则,推导出考虑中主应力及泊松比影响的无黏性土主、被动土压力计算公式,并将其扩展至黏性土,讨论基于各强度准则土压力计算公式的适用范围。结果表明:考虑中主应力对土强度的贡献后,基于各强度准则所计算的主动土压力均小于朗肯主动土压力,被动土压力均大于朗肯被动土压力;主动土压力Pa随着泊松比的增大而减小,被动土压力PP随着泊松比的增大而增大,且泊松比越大,与实测数据更为接近;基于同一强度准则下得到的主、被动土压力适用的内摩擦角范围随着泊松比的增大而增大;基于各强度准则的土压力计算公式均能较好的描述挡土结构上土压力的大小,其中广义Mises强度准则计算结果与实际工程更为吻合,研究成果可为挡土结构上土压力的计算提供一定理论参考。

关键词：平面应变强度准则中主应力弹性理论土压力

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平面应变条件下土的强度准则分析及验证

岩土力学 2015年第9期36卷 2501-2509页

作者：张玉邵生俊王丽琴马林西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 西安工业大学北方信息工程学院陕西西安710032

应用Mohr-Coulomb、Lade-Duncan、广义Mises、Matsuoka-Nakai、AC-SMP强度准则,以及平面应变条件和相关联流动法则,建立了平面应变条件下土的强度准则。通过分析不同平面应变条件强度准则,确定最大、最小主应力比随土的内摩擦角的变化规... 详细信息

应用Mohr-Coulomb、Lade-Duncan、广义Mises、Matsuoka-Nakai、AC-SMP强度准则,以及平面应变条件和相关联流动法则,建立了平面应变条件下土的强度准则。通过分析不同平面应变条件强度准则,确定最大、最小主应力比随土的内摩擦角的变化规律,分析了各强度准则的适用性。当内摩擦角小于30°时,各强度准则的差异性较小;当内摩擦角大于30°时,各强度准则的差异逐渐增大;内摩擦角较大时,广义Mises平面应变强度准则已不适用于描述土的破坏应力条件。同时,考虑黏聚力的作用,将无黏性土平面应变强度准则推广应用于黏性土,根据黄土的平面应变试验结果对各强度准则进行了初步验证,结果表明:Matsuoka-Nakai强度准则适用于描述砂土的强度,Lade-Duncan、AC-SMP强度准则可以很好地描述黄土的强度。

关键词：强度准则平面应变中主应力空间滑动面

以能量表征的平面应变及平面应力Ⅰ型裂纹J积分解

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航空学报 2023年第12期44卷 201-211页

作者：冯子夜蔡力勋于思淼西南交通大学力学与航空航天学院成都610031

J积分用于表征Ⅰ型裂纹尖端应力应变场程度,并用于在裂纹启裂与准静态扩展下确定材料弹塑性初始断裂韧度和扩展断裂韧度(J阻力曲线)。基于能量密度等效,考虑有效变形体积的尺寸效应对含裂纹试样能量的影响,提出了平面应变及平面应力下... 详细信息

J积分用于表征Ⅰ型裂纹尖端应力应变场程度,并用于在裂纹启裂与准静态扩展下确定材料弹塑性初始断裂韧度和扩展断裂韧度(J阻力曲线)。基于能量密度等效,考虑有效变形体积的尺寸效应对含裂纹试样能量的影响,提出了平面应变及平面应力下描述Ⅰ型裂纹试样J积分与试样尺寸、材料参数、应变能之间关系的半解析能量解。针对不同材料、不同几何尺寸的6类Ⅰ型裂纹试样,基于本文模型预测的J积分-能量关系与有限元分析结果密切吻合。

关键词： J积分 Ⅰ型裂纹弹塑性平面应变平面应力

平面应变条件下土的强度准则在黄土工程问题中的应用研究

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土木工程学报 2018年第8期51卷 71-80页

作者：张玉邵生俊赵敏丁潇刘瑾佘芳涛西安工业大学陕西西安710021 西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点实验室陕西西安710048

文章依据Mohr-Coulomb、Matsuoka-Nakai、■空间滑动面、Lade-Duncan、AC-SMP强度准则所建立的平面应变条件下的中主应力公式和土的平面应变强度准则,对黄土工程中常见的平面应变问题进行分析和计算,包括黄土基坑直立开挖平面应变问题... 详细信息

文章依据Mohr-Coulomb、Matsuoka-Nakai、■空间滑动面、Lade-Duncan、AC-SMP强度准则所建立的平面应变条件下的中主应力公式和土的平面应变强度准则,对黄土工程中常见的平面应变问题进行分析和计算,包括黄土基坑直立开挖平面应变问题、挡土结构土压力问题和条形基础地基承载力问题。研究结果表明,平面应变条件下Lade-Duncan准则和■空间滑动面强度准则对于各种黄土工程的计算结果是基本相同的,进一步说明Lade-Duncan强度准则描述土单元剪切破坏时的空间滑动面近似为■空间滑动面;平面应变条件下所推导的各个强度准则在进行黄土工程具体问题分析时与常用的Mohr-Coulomb准则有较大的差异,Mohr-Coulomb准则趋于保守,未能充分发挥黄土的强度。在进行平面应变问题的黄土工程设计时,可选择适合黄土的强度准则,考虑平面应变条件下中主应力对土强度的贡献,充分的发挥黄土的原生结构特性,在工程建设中提高经济性。

关键词：黄土工程平面应变强度准则中主应力

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带隙特性计算的等效梁元法与等效平面应变法

振动与冲击 2023年第8期42卷 319-325页

作者：毛翔杨德庆李清上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572024

针对可简化为平面应变类力学问题的超材料,根据矩形薄板筒形弯曲理论,提出该类超材料带隙特性计算的等效梁元法。应用等效梁元法和常规等效平面应变法对负泊松比超材料的多种典型构型(内六角、星形、箭形和旋转三角形)的带隙特性进行数... 详细信息

针对可简化为平面应变类力学问题的超材料,根据矩形薄板筒形弯曲理论,提出该类超材料带隙特性计算的等效梁元法。应用等效梁元法和常规等效平面应变法对负泊松比超材料的多种典型构型(内六角、星形、箭形和旋转三角形)的带隙特性进行数值计算,比较两种方法在带隙计算精度、计算效率及拓扑优化中适用性等方面的差异,并经试验测试结果进行验证。研究表明,等效梁元法和等效平面应变法的带隙计算精度均较高,与实测值误差在7%以内。等效梁元法在带隙计算效率上比等效平面应变法高约50%,但拓扑优化基结构模型的规模较大,适用于杆件类超材料结构拓扑优化。等效平面应变法带隙计算效率较低,拓扑优化基结构模型的规模较小,适用于连续体类及骨架类超材料结构的拓扑优化。该研究可为带隙超材料的拓扑优化设计提供参考。

关键词：超材料带隙特性有限元分析平面应变薄板理论

三维化方法对土的平面应变强度和变形的影响分析

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岩土工程学报 2023年第3期45卷 459-467页

作者：姚仰平武孝天崔文杰北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100083

临界状态本构模型需要通过三维化来反映材料在三维应力状态下的力学特性。采用不同三维化方法在描述应力罗德角和偏应力对应力应变的影响程度上具有差异性,在平面应变条件下,这种差异性对土的应力应变计算结果影响往往非常显著。以K_(0... 详细信息

临界状态本构模型需要通过三维化来反映材料在三维应力状态下的力学特性。采用不同三维化方法在描述应力罗德角和偏应力对应力应变的影响程度上具有差异性,在平面应变条件下,这种差异性对土的应力应变计算结果影响往往非常显著。以K_(0)固结土的统一硬化(UH)本构模型和空间滑动面(SMP)强度准则为例,分别采用变换应力(TS)方法和g(θ)方法这两种常用方法对模型三维化,推导了相应的三维弹塑性刚度矩阵[D_(ep)],阐述了不同方法在三维应力应变计算过程上的本质区别。相比g(θ)方法,TS方法可以合理描述不同K_(0)状态下土的应力水平对偏平面上屈服曲线形状的影响规律,即由低应力比下的近圆形转变为剪切破坏时的SMP破坏准则形状,实现了土体从剪切屈服到剪切破坏的一致性。通过对一系列平面应变单元试验和边值问题的分析计算结果表明,采用TS方法三维化的UH模型预测结果与已有试验规律更为吻合。在不同K_(0)固结条件下,由于计算得到的破坏面呈现不规则形状,采用g(θ)方法往往过高或过低地估计平面应变条件下土体的应力水平。

关键词：三维化方法本构模型平面应变土的应力应变

平面应变条件下冻融循环对黄土力学性质的影响

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土木与环境工程学报（中英文） 2021年第2期43卷 41-48页

作者：李宝平平高权张玉杨倩西安工业大学建筑工程学院西安710021 西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点实验室西安710048

以原状黄土为研究对象,通过平面应变试验,研究冻融循环对原状黄土物理力学性质的影响。结果表明:随着冻融循环周期的增大,土样表面损伤越严重;在同含水率、同固结围压的条件下,原状黄土的偏应力轴向应变(σ1-σ3)-ε1曲线随着冻融循环... 详细信息

以原状黄土为研究对象,通过平面应变试验,研究冻融循环对原状黄土物理力学性质的影响。结果表明:随着冻融循环周期的增大,土样表面损伤越严重;在同含水率、同固结围压的条件下,原状黄土的偏应力轴向应变(σ1-σ3)-ε1曲线随着冻融循环次数的增大而逐渐减小,并且冻融循环对原状黄土(σ1-σ3)-ε1曲线的劣化作用随着含水率的增大而增大,随着固结围压的增大而减小;根据摩尔库伦强度准则,得出粘聚力和内摩擦角均随着含水率的增大呈线性减小,黏聚力随着冻融循环周期的增大呈指数减小,内摩擦角随着冻融循环周期的增大而减小,且在3°范围内变化。基于试验数据的合理性,拟合出原状黄土随冻融循环周期的劣化模型,该模型经试验验证可较好地描述原状黄土随冻融循环周期的劣化规律。

关键词：冻融循环平面应变冻融黄土原状黄土劣化模型

平面应变卸荷条件下黄土的结构性演变及力学特性研究

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平面应变卸荷条件下黄土的结构性演变及力学特性研究

作者：赵阳西安工业大学

学位级别：硕士

黄土遍布于我国干旱、半干旱地区,主要分布于西北地区。黄土属特殊土,是典型的结构性土,具有强烈的湿陷性和水敏性,实际工程中路堤、挡土墙、地基、基坑等大量工程中均可类似归结于平面应变问题,在现有的工程设计中,大多采用常规三轴试... 详细信息

黄土遍布于我国干旱、半干旱地区,主要分布于西北地区。黄土属特殊土,是典型的结构性土,具有强烈的湿陷性和水敏性,实际工程中路堤、挡土墙、地基、基坑等大量工程中均可类似归结于平面应变问题,在现有的工程设计中,大多采用常规三轴试验和直剪试验的参数,这与实际工程的平面应变状态下的土体的强度与变形情况有较大差距,平面应变条件下的研究也大多集中于加载,且卸载应力路径下研究的更少。论文采用平面应变改造后的真三轴仪,对不同含水率、固结围压和初始结构状态下的黄土进行了平面应变卸载试验,研究平面应变卸载条件下的结构性参数演化规律,进一步揭示卸载路径下黄土的结构性变化对土的强度和变形特性的影响,进而阐述了黄土的平面应变结构性力学特性。研究成果为进一步完善黄土地区工程的建设与发展,提供了试验依据和理论分析基础。主要研究成果有:(1)在平面应变卸载条件下的原状、重塑和饱和黄土应力-应变曲线均呈现为硬化型。在应变达到1%～2%时,土体快速发生破坏。应力-应变曲线随固结围压增大、土体初始结构减弱和含水率降低逐渐升高。(2)平面应变卸载过程中,中主应力和中主应力系数均呈先减小后增大的趋势。随着侧向压力的减小,中主应力迅速减小;曲线在竖向应变为1%～2%时出现转折,之后曲线上升,随着竖向应变增加,平面应变方向上中主应力增大,直至破坏。重塑黄土中主应力和中主应力系数曲线呈非线性减小趋势,近似于双曲线型。饱和黄土中主应力和中主应力系数曲线与原状黄土类似。含水率对于中主应力大小的演化影响规律较弱,其对原状黄土的影响要大于重塑土。(3)原状黄土土样的体应变为剪胀型,侧向膨胀量先增加后减少。在竖向应变达到1%时,曲线发生转折,由侧胀现象向侧缩现象发展。重塑和饱和土样曲线表现为直线。随着固结围压增大、初始结构强度降低和含水率升高而降低。在卸载初期的原状黄土体应变最大,重塑和饱和黄土体应变较小。(4)平面应变卸载条件下的原状、重塑和饱和黄土侧向变形均为负值,呈现不同程度的侧胀挤出。低围压和低含水率条件下,大多呈现明显剪切带的滑移破坏,其余条件下均可归结为侧胀塑性破坏。固结围压越大,(-ε)-ε曲线越低;含水率对(-ε)-ε曲线的影响则相反。(5)应力比结构性参数随着竖向应变的增大而降低,呈非线性衰减,随着固结围压的增大和含水率的减小而增大。结合黄土的SEM试验结果和试样破坏性状,原状黄土结构性最强,骨架颗粒的类别和形态较为清晰。随着围压增大,大颗粒和集粒结构被挤压为碎粒组;随着含水率增大,试样的孔隙增大及增多,原本的骨架结构被破坏,强度降低。(6)黄土的抗剪强度参数随含水率增加而线性减小,原状土粘聚力和内摩擦角随含水率增加明显降低,重塑土粘聚力与含水率的关系与原状土趋势一致,其内摩擦角的衰减趋势不同于原状土,重塑土内摩擦角变化幅度较小。抗剪强度参数由于初始结构状态的削弱而减小,受初始结构状态影响较为显著。

关键词：平面应变卸载强度特性剪切变形结构性参数