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超固结土中排水圆孔扩张弹塑性UH解

岩土工程学报 2020年第10期42卷 1903-1913页

作者：武孝天徐永福上海交通大学土木工程系上海200240

目前超固结土中圆孔扩张排水解无法合理考虑超固结土的应力–应变关系和三维强度效应,因而其解答与实际情况存在一定偏差。现有研究表明三维统一硬化(UH)本构模型可以合理描述超固结土的力学特性,基于该模型推导了超固结土中柱孔和球孔... 详细信息

目前超固结土中圆孔扩张排水解无法合理考虑超固结土的应力–应变关系和三维强度效应,因而其解答与实际情况存在一定偏差。现有研究表明三维统一硬化(UH)本构模型可以合理描述超固结土的力学特性,基于该模型推导了超固结土中柱孔和球孔扩张的排水半解析解。为得出该问题的精确解答,通过引入辅助变量并联合UH模型、应力转换法和大应变理论等,将弹塑性圆孔扩张问题归结为非线性微分方程组的初值问题。解答中孔周无弹性区,所需的岩土参数与剑桥模型相同。通过与基于修正剑桥模型的解答相对比,详细研究了圆孔扩张过程中孔周超固结土应力场和体积的变化规律。结果表明,预测结果合理模拟了超固结土的剪缩和剪胀、峰值强度、超固结比和潜在强度的衰化以及三维强度效应等特性,因此可以广泛应用于超固结土地区的扩孔工程分析。

关键词：柱(球)孔扩张超固结土 UH模型三维强度排水

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基于相似性原理超固结土不排水扩张半解析解

岩土力学 2022年第3期43卷 582-590页

作者：李镜培刘耕云周攀同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

在实际工程中,土体往往因卸载、再加载等复杂应力路径而处于超固结状态,而现有的圆孔扩张问题的计算模型往往不能反映超固结土中剪胀、软化等一些特殊性质。为了解决这一问题,基于相似性原理和统一硬化(UH)模型,结合相关联的流动法则和... 详细信息

在实际工程中,土体往往因卸载、再加载等复杂应力路径而处于超固结状态,而现有的圆孔扩张问题的计算模型往往不能反映超固结土中剪胀、软化等一些特殊性质。为了解决这一问题,基于相似性原理和统一硬化(UH)模型,结合相关联的流动法则和大变形理论,采用相似求解技术求解了超固结土不排水扩张问题的半解析解答。通过理想化算例分析了圆孔扩张挤土产生的应力和孔压响应,并通过分析不同超固结比OCR的土体应力路径的变化规律,讨论了UH模型的适用性。结果表明:对于轻超固结土,空腔周围土体孔压在塑性区沿径向单调递减,随着OCR增大,塑性区内孔压分布呈现出“S”形的趋势,孔壁附近的孔压逐渐减小,孔壁周围甚至出现负孔压。随着OCR增大,压力-扩张曲线收敛变慢。在扩孔过程中正常固结土一直处于剪缩硬化阶段。而对于超固结土,土体则经历了临界状态→剪胀硬化阶段→临界(特征)状态→剪缩硬化阶段。该研究成果不仅丰富了相似求解技术的应用,而且为超固结土中桩基承载力、隧道围岩变形预测和原位测试参数等岩土工程问题的计算提供了理论依据。

关键词：超固结土圆孔扩张理论相似性原理 UH模型半解析解

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超固结土固结不排水试验抗剪强度取值研究

公路 2022年第2期67卷 249-254页

作者：冀成刚倪振强徐公印程跃广任增成山东三山公路工程监理咨询有限公司聊城市252000 聊城大学建筑工程学院聊城市252000

土的抗剪强度是土力学核心问题之一,因此以超固结低液限粉质黏土为研究对象,采用固结不排水试验研究土的有效和总黏聚力、内摩擦角取值。从试样真实破坏形态出发,推导出试样的真抗剪强度参数值取值标准为0.8倍有效应力比峰值;超孔隙水... 详细信息

土的抗剪强度是土力学核心问题之一,因此以超固结低液限粉质黏土为研究对象,采用固结不排水试验研究土的有效和总黏聚力、内摩擦角取值。从试样真实破坏形态出发,推导出试样的真抗剪强度参数值取值标准为0.8倍有效应力比峰值;超孔隙水压力峰值对应的抗剪强度值物理意义明确、数值易于确定,可替代0.8倍有效应力比峰值作为真抗剪强度参数值;根据试样在固结完成时土骨架受到有效围压不再变化的原理,推导了总抗剪强度参数值修正公式;建议根据工况现场实际情况,取超孔隙水压力峰值修正抗剪强度参数值,与应力差峰值或有效应力比峰值抗剪强度参数值的组合值作为固结不排水试验的总抗剪强度指标。

关键词：路基工程超固结土固结不排水抗剪强度取值标准

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超固结土次固结系数的时间效应

中国公路学报 2016年第9期29卷 29-37页

作者：胡亚元杨平余启致浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

为解释公路路基在超载预压加固后工后沉降仍大于预测结果的现象,通过Bjerrum蠕变图及切线次固结系数定义分析了超固结土次固结系数的时间效应,建立了相应的次固结系数随时间增长的双曲线理论模型。鉴于实际土体的次固结特性比Bjerrum蠕... 详细信息

为解释公路路基在超载预压加固后工后沉降仍大于预测结果的现象,通过Bjerrum蠕变图及切线次固结系数定义分析了超固结土次固结系数的时间效应,建立了相应的次固结系数随时间增长的双曲线理论模型。鉴于实际土体的次固结特性比Bjerrum蠕变图揭示的复杂,故结合土工试验对该理论模型进行修正,提出更具普适性的次固结系数随时间增长关系式,并建立了与其相一致的工后次固结沉降公式,供超载预压工程估算工后沉降使用。研究结果表明:超固结土次固结系数不仅与有效应力定义的超固结比有关,而且也与次固结发展时间有关;当有效应力超固结比较小时,土体的次固结系数初期随时间迅速增长,后期可近似地认为其为常数;当有效应力超固结比较大时,土体的次固结系数初期随时间变化缓慢,但后期将有明显的发展,故次固结系数的长期时间效应不容忽略,在评估超载预压地基的工后沉降时应引起足够重视。

关键词：道路工程超固结土理论分析次固结系数时间效应切线斜率

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基于广义热力学的超固结土本构模型

岩土力学 2019年第11期40卷 4178-4184,4193页

作者：王秋生周济兵北京工业大学建筑工程学院

基于广义热力学基本理论,通过考虑塑性剪切变形产生的能量一部分以塑性自由能的形式储存,并且该部分自由能与超固结度相关,结合修正剑桥模型的热力学函数形式建立了适用于超固结土的自由能函数和耗散函数。该耗散函数与当前应力状态无关... 详细信息

基于广义热力学基本理论,通过考虑塑性剪切变形产生的能量一部分以塑性自由能的形式储存,并且该部分自由能与超固结度相关,结合修正剑桥模型的热力学函数形式建立了适用于超固结土的自由能函数和耗散函数。该耗散函数与当前应力状态无关,相关联流动法则仍然适用。由建立的耗散函数和自由能函数,推导了弹塑性本构关系的屈服函数、流动法则、硬化定律。通过4种不同超固结土的试验结果和计算结果进行比较,验证了模型的合理性。

关键词：热力学塑性剪切自由能超固结土本构模型

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超固结土三轴率敏性特性及影响因素分析

铁道科学与工程学报 2019年第1期16卷 92-99页

作者：王智超郑军星旷杜敏胡茜湘潭大学岩土力学与工程安全湖南重点实验室(培育) 湖南湘潭411105 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点试验室湖南湘潭411201

为建立超固结土的弹黏塑性本构模型并预测其长期变形,研究土体不同应力历史的时间相依变形特性,采用土体率敏性三轴试验,对预加800k Pa有效应力历史的饱和黏土开展不同加载速率下的三轴剪切试验,并通过改变有效围压(50,100,200和400kPa... 详细信息

为建立超固结土的弹黏塑性本构模型并预测其长期变形,研究土体不同应力历史的时间相依变形特性,采用土体率敏性三轴试验,对预加800k Pa有效应力历史的饱和黏土开展不同加载速率下的三轴剪切试验,并通过改变有效围压(50,100,200和400kPa)、细砂含量(占比0%,10%和20%)和加载速率(0.5625%/min,0.037 5%/min和0.002 5%/min)等方式,深入探讨超固结比、黏性以及应变速率对土体变形特征的影响,引入能通过试验测定的应变率参数ρ来表征黏土率敏性大小。试验结果表明:归一化不排水抗剪强度随超固结比(OCR)单调递增;随着OCR的增大,土体剪胀软化越明显;应变速率与土体的抗剪强度呈半对数线性关系;随着含砂的降低,土体的黏性增大,剪胀软化也越明显;率敏性随超固结比的增大而增强,土体黏性越大率敏性就越显著。

关键词：超固结土率敏性应变率参数黏性

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超固结土三轴排水不排水试验数值分析

土木建筑与环境工程 2011年第2期33卷 122-125,136页

作者：刘洋宫志黄昌富北京科技大学土木与环境工程学院土木系北京230009

在临界状态土力学的框架内,采用Hashiguchi提出的下负荷面本构模型,建议了一个简化的塑性硬化规律,使之能较合理地描述超固结粘土在正常屈服面和下负荷面之间的变化规律。数值模拟结果表明,修正后的硬化规律能够较好地描述超固结粘土的... 详细信息

在临界状态土力学的框架内,采用Hashiguchi提出的下负荷面本构模型,建议了一个简化的塑性硬化规律,使之能较合理地描述超固结粘土在正常屈服面和下负荷面之间的变化规律。数值模拟结果表明,修正后的硬化规律能够较好地描述超固结粘土的许多力学特性如应力应变关系、应变软化以及应力剪胀性等。数值预测结果与室内三轴排水试验结果相一致,并可以用来分析超固结粘土的不排水三轴应力路径。

关键词：超固结土弹塑性模型数值模拟

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超固结土的广义塑性本构模型

水电能源科学 2015年第8期33卷 112-115,41页

作者：张博朱晟李延明河海大学水利水电学院江苏南京210098 江苏省灌南县水利局江苏连云港222500

鉴于目前超固结土本构模型不能较好地反映土体的实际变形,基于广义塑性理论并引入伏斯列夫面及超固结参数的概念,建立了一个可以反映超固结土变形特性的广义塑性本构模型,该模型采用能较好反映试验资料的Lagioia剪胀方程,在此基础上推... 详细信息

鉴于目前超固结土本构模型不能较好地反映土体的实际变形,基于广义塑性理论并引入伏斯列夫面及超固结参数的概念,建立了一个可以反映超固结土变形特性的广义塑性本构模型,该模型采用能较好反映试验资料的Lagioia剪胀方程,在此基础上推导出超固结参数、塑性流动和加载方向张量,并构造了一个可以较好反映土体变形特性的塑性模量,且基于SMP变换应力法将模型三维化,使其能适用于一般应力状态。根据试验资料获得饱和Fujinomori粘土的本构模型参数,利用新的模型编制程序预测超固结土的变形特性,发现预测结果与试验数据吻合较好,表明新的模型可以合理地反映超固结土的变形特性。

关键词：超固结土变形特性广义塑性理论本构模型

超固结土时间相依变形特征试验及本构模型表征

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超固结土时间相依变形特征试验及本构模型表征

作者：金刚湘潭大学

学位级别：硕士

随着“十二五规划”的实施,我国高速公路、高速铁路建设正处于快速发展的扩张时期,目前的营运里程均位于世界前列。随着覆盖面的增大,道路网不可避免的从东部迅速向西南部、中西部延伸,这些地区地形地质条件更加复杂,高填深挖及半填半... 详细信息

随着“十二五规划”的实施,我国高速公路、高速铁路建设正处于快速发展的扩张时期,目前的营运里程均位于世界前列。随着覆盖面的增大,道路网不可避免的从东部迅速向西南部、中西部延伸,这些地区地形地质条件更加复杂,高填深挖及半填半挖等高填方路基极其普遍,对路基土的长期变形控制提出了苛刻的要求,因此有效计算和预测高速公路、高速铁路路基的施工和工后沉降仍是道路建设科技领域的重要课题,其中建立能够反映土体流变特性的率相关弹粘塑性本构模型被认为是解决这一问题的有效途径。基于此,论文的主要内容包括以下几个方面:(1)通过两种自制击样装置以及标准重型击实钻芯取样等三种方式制备压实土样,对路基压实土开展了一维固结试验,研究击实功、击实冲量、含水率以及压实度等多种因素对路堤回填土超固结应力历史的影响,为超固结土本构模型参数——先期固结压力P的确定提供试验基础。(2)对饱和重塑土开展了不同超固结比ORC(16、8、4、2、1)和不同应变速率(0.5625%/min、0.0375%/min、0.0025%/min)条件下的不排水三轴剪切压缩试验,探究了超固结比、应变速率和围压等对超固结重塑土的强度变形特性、孔隙水压力以及应力路径的影响,归纳总结了应力-应变以及应力路径中归一化不排水抗剪强度、归一化孔隙水压力、有效应力比等参量在OCR和应变率影响下的演化关系。(3)对不同压实度(90%、93%、96%)非饱和压实土开展了不同加载速率(0.1mm/min、0.01mm/min)以及不同围压(50kPa、100kPa、200kPa)条件下的固结排水三轴剪切压缩试验,并提出借助GDS饱和土静态三轴仪的围压控制器来间接测定非饱和压实土体变的途径,并探讨了非饱和压实土的抗剪强度指标。(4)讨论了5类过应力函数形式,结果表明超固结粘土的过应力函数应采用指数或幂次形式,改进了下负荷面的超固结比退化函数ρ,通过引入两个能通过实验测定的率敏性参数c和m＇,建立了全新的弹粘塑性本构模型;对饱和、非饱和超固结土的率敏性试验、超固结土的剪切蠕变试验预测结果表明,提出的模型能够较好的表征饱和、非饱和超固结土的率敏性、应变软化、硬化及剪胀、剪缩等特征,为此类高级模型进行工程应用奠定基础。(5)以兰(州)海(石湾)高速公路K50+65050+860坝式路堤为工程依托,采用提出的超固结土弹粘塑性本构模型,通过ABAQUS数值计算复杂边界条件下高填方路堤工况,结合现场观测结果,有效的预测了高填路堤长期沉降,为工后沉降控制提供指导,同时验证了本构模型的正确性。

关键词：超固结土三轴试验率敏性弹粘塑性路基沉降