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结构性软土弹塑性模型的隐式算法实现

力学学报 2018年第1期50卷 78-86页

作者：耿大将 Peijun Guo 周顺华同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 McMaster University Department of Civil Engineering

对于考虑软土结构性的高度非线性弹塑性本构模型,在采用Newton-CPPM隐式算法对模型进行数值实现的过程中容易出现Jacobian矩阵奇异和不收敛问题.为此,本文提出了两种改进隐式算法.考虑到Newton-CPPM隐式算法是局部收敛性算法,因此引入... 详细信息

对于考虑软土结构性的高度非线性弹塑性本构模型,在采用Newton-CPPM隐式算法对模型进行数值实现的过程中容易出现Jacobian矩阵奇异和不收敛问题.为此,本文提出了两种改进隐式算法.考虑到Newton-CPPM隐式算法是局部收敛性算法,因此引入大范围收敛的同伦延拓算法对Newton-CPPM算法的迭代初值进行改进,形成了同伦–Newton-CPPM算法.考虑到Newton-CPPM隐式算法单个迭代步的计算量过大,因此借鉴显式算法的思想提出一种两阶段迭代算法,第一阶段先求出一致性参数,第二阶段采用类似于显示算法的方法进行回代得出状态变量的值.然后,以考虑软土结构性的SANICLAY模型为例,从弹塑性本构模型的组成和算法的特点两个角度分析了引起Jacobian矩阵奇异和不收敛问题的原因,并且在单单元计算的基础上,对全显式算法、传统隐式算法和两种改进隐式算法在计算收敛性、计算精度和计算效率方面进行了对比.最后,将同伦–Newton-CPPM算法和传统隐式算法用于地基承载力多单元计算中,结果表明该算法能够有效地解决Jacobian矩阵奇异和不收敛问题.

关键词：结构性软土弹塑性本构模型隐式算法同伦–Newton-CPPM算法两阶段迭代算法

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结构性软土中打桩引起的超孔隙水压力

岩土力学 2000年第1期21卷 53-55页

作者：徐永福傅德明上海隧道工程股份有限公司上海200233

根据结构性土体的变形特征和屈服准则 ,建立打桩力学模型。原状土变形具有典型的应变软化现象 ,土体破坏满足摩尔库仑准则 ,用柱孔扩张理论。

关键词：打桩超孔隙水压力柱孔扩张结构性软土

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考虑固结历史的结构性软土路基沉降数值模拟

岩土力学 2018年第3期39卷 1037-1046页

作者：宋晶叶冠林徐永福孙德安上海交通大学土木工程系上海200240 上海大学土木工程系上海200444

沿海地区广泛分布结构性海相软土,给公路运营带来很多安全隐患。通过研究某高速公路江苏段,提出了基于Shanghai软土本构模型,利用现有路基下软土的固结试验结果反推施工前原状土本构参数取值的方法。通过水-土耦合有限元程序模拟路基长... 详细信息

沿海地区广泛分布结构性海相软土,给公路运营带来很多安全隐患。通过研究某高速公路江苏段,提出了基于Shanghai软土本构模型,利用现有路基下软土的固结试验结果反推施工前原状土本构参数取值的方法。通过水-土耦合有限元程序模拟路基长期沉降,分析了土层结构性、渗透性、软土层厚度对路基沉降发展的影响。结果表明,土层初始结构性越强,加载阶段孔隙累积值越大,施工沉降越大;工后土体结构性变化越大,土层压缩越明显。土体渗透性影响路基沉降,渗透性越小,累积孔压越大,沉降时间越长,总沉降量与工后沉降占比越大。软土层厚度影响路基沉降发展,土层越厚,路基最终沉降越大,沉降稳定时间越长。

关键词：本构模型路基沉降结构性软土固结历史

海相沉积结构性软土一维大应变固结分析（英文）

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2020年第1期21卷 29-43页

作者： Chuan-xun LI Jin-yang XIAO Wen-bing WU Guo-xiong MEI Peng-peng NI Chin-jian LEO Department of Civil Engineering Jiangsu UniversityZhenjiang 212013China Engineering Research Centre of Rock-Soil Drilling&Excavation and Protection Ministry of EducationWuhan 430074China College of Civil Engineering and Architecture Guangxi UniversityNanning 530004China School of Computing Engineering and MathematicsUniversity of Western SydneySydney NSW2751Australia

目的:天然沉积的结构性软土分布广泛,但能考虑结构性影响的大应变固结理论鲜有报道。本文考虑结构屈服压力随初始有效应力的变化及土体结构性对压缩与渗透特性的影响,建立结构性软土的大应变固结模型。研究结构性及初始有效应力对大应... 详细信息

目的:天然沉积的结构性软土分布广泛,但能考虑结构性影响的大应变固结理论鲜有报道。本文考虑结构屈服压力随初始有效应力的变化及土体结构性对压缩与渗透特性的影响,建立结构性软土的大应变固结模型。研究结构性及初始有效应力对大应变固结性状的影响,并探讨结构性软土大、小应变固结性状的差异,以提高软土固结计算的精准度。创新点:1.建立考虑天然沉积软土结构性影响的一维大应变固结模型,且该模型能考虑结构屈服压力随初始有效应力的变化;2.分析天然结构性软土大、小应变固结性状的差异,为实际工程中的软土固结计算提供理论依据。方法:1.总结结构性软土对压缩和渗透特性的影响及结构屈服压力与初始有效应力间的关系;2.通过理论推导,构建考虑结构性影响的软体一维大应变固结模型(公式(15)和(16));3.通过对模型进行数值求解,分析软土结构性对大应变固结性状的影响,以及考虑结构性影响的大、小应变固结性状的差异。结论:1.大应变假定下结构性软土中超静孔压的消散速率要比小应变假定下快,且这种差异随着土层应变增大而增大;当应变值超过15%时必须采用大应变假定。2.如果土层的初始有效应力计算方法相同,则大、小应变不同假定下土层的最终沉降值是相同的。3.相同几何假定下,初始有效应力计算方法对超静孔压消散速率几乎无影响,但对沉降变形影响明显。4.大、小应变假定下固结性状间的差异随结构屈服压力的增大而减小。

关键词：结构性软土大应变固结结构屈服压力有限差分法

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基于扰动状态概念的结构性软土蠕变模型

土木工程学报 2011年第1期44卷 81-87页

作者：张先伟王常明吉林大学吉林长春130026

结构性和蠕变性对软土工程性质具有双重影响,有必要建立一种模型能够准确描述扰动带来结构性逐步破损的过程并同时反映软土蠕变特性对地基变形的影响。引入扰动状态概念,选取三元件广义Kelvin模型描述相对完整状态,3DEVP模型描述完全调... 详细信息

结构性和蠕变性对软土工程性质具有双重影响,有必要建立一种模型能够准确描述扰动带来结构性逐步破损的过程并同时反映软土蠕变特性对地基变形的影响。引入扰动状态概念,选取三元件广义Kelvin模型描述相对完整状态,3DEVP模型描述完全调整状态,扰动函数采用经验表达式,建立了一个基于扰动状态概念的结构性软土蠕变模型。从宏观试验结果和微观结构变化分析,说明扰动模型可以很好地描述在应力作用下软土结构性在蠕变过程中逐渐衰减的过程。模型中的参数都可通过等向压缩蠕变试验与三轴蠕变试验获取。通过黄石地区的结构性软土的三轴固结不排水蠕变试验数据对模型进行检验,结果表明该模型能较好描述结构性软土的蠕变特性。

关键词：结构性软土扰动状态理论蠕变模型弹-黏-塑性

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交通荷载作用下结构性软土的孔径分布试验

中国公路学报 2009年第2期22卷 6-11,25页

作者：雷华阳姜岩陆培毅邢贵发天津大学土木工程系天津300072 天津市勘察院天津300191

为探讨结构性软土的动力特性及微观机理,对结构性软土在交通荷载作用下的孔径分布特征进行了分析。通过固结试验确定了结构性软土的前期固结压力和结构屈服压力,利用这些值进行了不同围压、不同振动频率以及不同动应力比下的动三轴试验... 详细信息

为探讨结构性软土的动力特性及微观机理,对结构性软土在交通荷载作用下的孔径分布特征进行了分析。通过固结试验确定了结构性软土的前期固结压力和结构屈服压力,利用这些值进行了不同围压、不同振动频率以及不同动应力比下的动三轴试验和压汞研究。结果表明:结构性软土存在一个振动频率门槛值和一个随固结压力值变化的临界动应力比,相应振动门槛值的孔径分布特征转折点为0.3μm;振动频率大于门槛值时,频率对孔径累积分布曲线的影响可忽略;根据分形理论,结构性软土具有3个分形的无标度区,根据这一特点确定了团粒内孔径和团粒间孔径之间的分界尺寸为0.5μm,同时给出了新的孔径界限标准。

关键词：道路工程结构性软土动三轴试验孔径分布交通荷载压汞试验分维

动荷载作用下结构性软土微结构变化的分形研究

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岩土力学 2010年第10期31卷 3075-3080页

作者：姜岩雷华阳郑刚杨雄建天津大学建筑工程学院天津300072 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300072 天津市地质工程勘察院天津300191

为探讨天津滨海新区典型结构性软土的动力特性,采用动三轴试验和压汞试验,对交通荷载作用下结构性软土微观结构变化进行了研究。取原状土和动荷载作用后的土样进行压汞测试,用分形理论对压汞测试数据进行分析,探讨孔隙分布特征,提出孔... 详细信息

为探讨天津滨海新区典型结构性软土的动力特性,采用动三轴试验和压汞试验,对交通荷载作用下结构性软土微观结构变化进行了研究。取原状土和动荷载作用后的土样进行压汞测试,用分形理论对压汞测试数据进行分析,探讨孔隙分布特征,提出孔径划分的方法,给出了卓越频率与土体孔隙变化的规律。研究结果表明:在动荷载作用后,天津滨海新区典型软土的孔隙分布发生改变,可分为3种类型;利用Menger海绵模型研究交通荷载作用下结构性软土的孔隙分布特性是可行的;用孔隙分维数可实现对卓越频率的预测以及路基土体变形行为的机制分析。

关键词：结构性软土压汞试验交通荷载 Menger海绵模型分形维数

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结构性软土的扰动附加变形分析

地下空间与工程学报 2015年第1期11卷 17-22页

作者：刘海涛郭院成郑州大学土木工程学院郑州450002 华北水利水电学院土木工程系郑州450045

通过分析软土结构性成因及压缩特点,采用五段折线模拟结构性原状软土压缩曲线,体现了欠压密片架结构软土的力学特点,且基本符合结构性土体的变形发展趋势。针对扰动软土提出虚拟前期固结压力的概念,指出变形初期扰动土体的受力变形可由... 详细信息

通过分析软土结构性成因及压缩特点,采用五段折线模拟结构性原状软土压缩曲线,体现了欠压密片架结构软土的力学特点,且基本符合结构性土体的变形发展趋势。针对扰动软土提出虚拟前期固结压力的概念,指出变形初期扰动土体的受力变形可由结构性部分受力变形和损伤部分受力变形的线性组合表示。算例分析显示相同扰动度情况下,高堆载所引起的扰动附加变形比低堆载所引起的扰动附加变形大得多。本文所建议的扰动附加沉降计算模型对工程实践有一定的参考价值。

关键词：结构性软土附加沉降五段折线扰动虚拟前期固结压力

交通荷载作用下结构性软土动本构关系的试验研究

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岩土力学 2009年第12期30卷 3788-3792页

作者：雷华阳姜岩陆培毅马占强司敬成天津大学土木工程系天津300072 天津市开发区房地产开发公司天津300457 天津市勘察院天津300191

基于大量动三轴试验,针对滨海新区结构性软土,研究了其动应力-应变、动模量和阻尼比变化规律,并对振动波型、加荷频率以及固结应力比等影响因素进行了深入的研究,得出了如下的结论:振动波型对于结构性软土的动应力-应变类型影响不大,但... 详细信息

基于大量动三轴试验,针对滨海新区结构性软土,研究了其动应力-应变、动模量和阻尼比变化规律,并对振动波型、加荷频率以及固结应力比等影响因素进行了深入的研究,得出了如下的结论:振动波型对于结构性软土的动应力-应变类型影响不大,但是最大动弹模量Edmax和动剪切模量Gdmax的相差可达2.5倍左右;结构性软土具有明显的频率效应和门槛振动频率;半正弦波型条件下,当围压小于结构屈服压力时,最大动弹模量Ed随固结比的增加而递减,超过某一应变幅值时,最大动弹模量Ed将随着固结比的增加而减小;偏压状态下,低应变条件下固结比越大,阻尼比越大,当应变值超过0.004以后,随应变值的不断增大,固结比越大,阻尼比反而越小。所得出的结论对工程应用具有一定的指导意义。

关键词：结构性软土动三轴试验本构关系交通荷载动模量阻尼比