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土的应力方向依赖性(Ⅱ):理论与模型

地下空间与工程学报 2022年第6期18卷 1789-1798页

作者：董彤孔亮郑颖人军事科学院国防工程研究院北京100850 青岛理工大学理学院山东青岛266033 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

土的应力方向依赖性包含材料方向性(各向异性)与应力方向性(应力绕主轴旋转)两层含义,是土力学领域的热点和难点问题。试验和理论研究均表明,土的各向异性是应力主轴旋转效应的内在原因,复杂的应力状态是各向异性的外部条件,因此,本构... 详细信息

土的应力方向依赖性包含材料方向性(各向异性)与应力方向性(应力绕主轴旋转)两层含义,是土力学领域的热点和难点问题。试验和理论研究均表明,土的各向异性是应力主轴旋转效应的内在原因,复杂的应力状态是各向异性的外部条件,因此,本构模拟须加以综合考虑。相关本构模型可大致分为3类:(1)基于连续介质力学理论和宏观试验现象所建立的宏观本构模型;(2)基于细观机理分析的细观本构模型;(3)基于细观机理与宏观现象合理关联的宏细观结合的本构模型。通过梳理代表性本构模型的建模思路,分析了土的应力方向依赖性的处理方式,总结了不同建模方法之间的优缺点,以期深化对土应力方向依赖性的理解与认识,为广大岩土工作者提供参考。

关键词：应力方向依赖性本构模型各向异性应力主轴旋转土力学

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土的应力方向依赖性(Ⅰ):概念与现象

地下空间与工程学报 2022年第5期18卷 1452-1464页

作者：董彤孔亮郑颖人军事科学院国防工程研究院北京100850 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室南京210007 青岛理工大学理学院山东青岛266033 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

土的应力方向依赖性是指土的力学特性随应力方向改变而改变的性质,包含两层含义:一是材料的方向性,即土的各向异性,是应力方向依赖性产生的内在原因;二是应力的方向性,即通常所说的“应力主轴旋转效应”,是应力方向依赖性的外部客观条... 详细信息

土的应力方向依赖性是指土的力学特性随应力方向改变而改变的性质,包含两层含义:一是材料的方向性,即土的各向异性,是应力方向依赖性产生的内在原因;二是应力的方向性,即通常所说的“应力主轴旋转效应”,是应力方向依赖性的外部客观条件。以材料各向异性主轴和应力主轴的位置关系分类,相关试验研究可划分成“应力不转、试样旋转”和“旋转应力、试样不转”两类。诸多证据表明,材料的方向性与应力的方向性之间存在某种密切的关联。随着各向异性主轴和应力主轴发生相对旋转,试样所表现出的力学性质存在显著的差异。旋转角度相同时的剪切试验研究表明(包括直剪试验、三轴试验、定轴剪切试验等),旋转角度、潜在滑移面位置和试样的强度与变形之间存在某种特定的关系。通过对比梳理两类试验的试验原理与重要结论,明晰了土应力方向依赖性的试验研究框架,为相关研究提供一些新的思路,以期抛砖引玉,引起广大岩土工作者对该问题的思考。

关键词：应力方向依赖性土工试验各向异性应力主轴旋转

双应力主轴单调旋转下砂土强度及剪切带特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第7期43卷 1809-1820页

作者：刘超董彤孔亮王睢青岛理工大学理学院山东青岛266520 青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520 军事科学院国防工程研究院北京100850 宁波工程学院建筑与交通工程学院浙江宁波315211

为了进一步深化对土应力方向依赖性的认识,利用试样旋转和应力旋转一体化的方法实现双应力主轴旋转,并对饱和砂土开展一系列双应力主轴旋转试验。试验结果表明:饱和密砂的强度依赖于主应力方向和试样倾角,且受到两者的耦合作用;随着主... 详细信息

为了进一步深化对土应力方向依赖性的认识,利用试样旋转和应力旋转一体化的方法实现双应力主轴旋转,并对饱和砂土开展一系列双应力主轴旋转试验。试验结果表明:饱和密砂的强度依赖于主应力方向和试样倾角,且受到两者的耦合作用;随着主应力方向和试样倾角的逐渐增大,相变强度呈现出逐渐减小的规律,破坏强度则表现为先增大后减小;不同的主应力方向和试样倾角对相变强度和破坏强度的耦合作用效果存在差异;此外,研究发现剪切带的发展规律主要取决于主应力方向。

关键词：土力学砂土双应力主轴旋转应力方向依赖性强度剪切带

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倾斜沉积砂土空心圆柱试样制备方法研究

岩石力学与工程学报 2022年第S02期41卷 3551-3558页

作者：董彤刘超房雨雨王玉豪安永宁军事科学院国防工程研究院北京100850 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007 青岛理工大学理学院山东青岛266033 中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100

受现有土工试验仪器功能的限制,目前仅能实现绕单一应力主轴旋转的应力路径,对应力绕2个及以上应力主轴旋转的研究仍是土力学的空白。从控制试样沉积面旋转和控制应力加载方向2个角度,系统梳理应力方向依赖性的试验研究方法。设计研发... 详细信息

受现有土工试验仪器功能的限制,目前仅能实现绕单一应力主轴旋转的应力路径,对应力绕2个及以上应力主轴旋转的研究仍是土力学的空白。从控制试样沉积面旋转和控制应力加载方向2个角度,系统梳理应力方向依赖性的试验研究方法。设计研发倾斜沉积砂土空心圆柱试样的制样装置,在砂雨法制备空心圆柱试样技术的基础上,通过控制电机转速使成样模具整体定速转动,使得砂土颗粒在重力和离心力的作用下沿径向倾斜沉积,进而制得沉积面与水平面夹角为定值的倾斜沉积砂土空心圆柱试样,实现试样沉积面绕σ_(3)的定向旋转。再借助扭剪仪控制应力绕σ_(2)旋转,即可实现对应力的3个大小量和2个方向量的定量控制。采用生石灰-彩砂试制18个沉积面倾斜的试样,对沉积面倾角进行图像分析和统计学分析,结果表明,所制试样的沉积面倾角与理论计算值较为接近,倾角偏差的分布较符合正态分布,倾斜沉积砂土空心圆柱试样制样装置的制样可靠度较高,为进一步揭示岩土材料特殊的力学性质、丰富和完善土力学理论奠定了技术基础。

关键词：土力学应力主轴旋转应力方向依赖性各向异性制样装置空心圆柱扭剪试验

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定轴剪切条件下砂土强度与非共轴性试验研究

地下空间与工程学报 2023年第1期19卷 126-132页

作者：刘超董彤孔亮青岛理工大学理学院山东青岛266033. 军事科学院国防工程研究院北京100850

针对现有定轴剪切试验大多忽略中主应力系数b值变化这一问题,基于不同力系之间的映射关系,严格推导了空心圆柱扭剪仪4个外荷载的加载参数。采用重塑福建标准砂试样,分别在2组围压下开展主应力方向固定的剪切试验,研究主应力方向角α不同... 详细信息

针对现有定轴剪切试验大多忽略中主应力系数b值变化这一问题,基于不同力系之间的映射关系,严格推导了空心圆柱扭剪仪4个外荷载的加载参数。采用重塑福建标准砂试样,分别在2组围压下开展主应力方向固定的剪切试验,研究主应力方向角α不同时,砂土变形、强度、非共轴性等力学特性的差异。结果表明:砂土的强度、应力应变关系等力学特性均具有显著的应力方向依赖性;随着应力方向从0°到90°变化,应力路径表现为2个变化阶段,峰值强度先减小后增大,在α为67.5°附近取极小值;对比大主应变增量方向与大主应力方向之间的关系,发现当偏应力比较小时,试样存在明显的非共轴现象,随着偏应力比的增大,应变增量方向逐渐趋近于应力方向。

关键词：砂土应力方向依赖性强度非共轴性定轴剪切