检索结果-内蒙古大学图书馆

中国农村水利水电 2024年

作者：罗伟盛登强姚英全李杨田健秋杨有莲刘明星西藏开投江达水电开发有限公司西南石油大学地球科学与技术学院成都大学非饱和土力学特性及工程技术四川省高校工程研究中心华东交通大学土木建筑学院

非饱和土的孔隙中同时存在气体和液体，因而展现出与饱和土完全不同的力学特性，非饱和土力学特性的描述是非饱和土研究中的重要课题。从细微观物理机制出发，在离散元中建立了液桥模型，结合描述土颗粒接触作用的线性模型，提出非饱和... 详细信息

非饱和土的孔隙中同时存在气体和液体，因而展现出与饱和土完全不同的力学特性，非饱和土力学特性的描述是非饱和土研究中的重要课题。从细微观物理机制出发，在离散元中建立了液桥模型，结合描述土颗粒接触作用的线性模型，提出非饱和土的离散元模型，进行了非饱和细粒土的等吸力三轴压缩试验，分析了非饱和土的应力-应变特性；此外，在弹塑性理论框架下基于非饱和土的有效应力和状态参数构建了非饱和细粒土的本构模型，并与离散元模拟结果进行了对比。结果表明：离散元模型能正确模拟细粒土的强度和体缩量随着净围压增大而增大的现象，也能正确描述非饱和细粒土的强度和体胀量显著大于干态细粒土的现象；气连通状态下非饱和细粒土的强度和体缩量随着基质吸力的减小（即饱和度的增大）而增大，随着净围压的增大基质吸力对非饱和细粒土的强度和体缩量影响逐渐减小；构建的本构模型能正确描述非饱和细粒土随净围压和基质吸力的演化规律，本构模型计算结果能较好地反映离散元模拟结果。

关键词：非饱和细粒土液桥模型离散元弹塑性本构模型

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膨胀性非饱和土的水力—力学性质及其弹塑性本构模型

膨胀性非饱和土的水力—力学性质及其弹塑性本构模型

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作者：孙文静上海大学

学位级别：博士

高水平放射性核废料的最终处置已受到世界各国越来越多的关注,目前国际上普遍接受的可行性方案是深层地质处置。膨润土因具有高膨胀性、低渗透性、优良的核素吸附性等被世界各国选作深层地质处置多重工程屏障系统中缓冲和回填材料的基... 详细信息

高水平放射性核废料的最终处置已受到世界各国越来越多的关注,目前国际上普遍接受的可行性方案是深层地质处置。膨润土因具有高膨胀性、低渗透性、优良的核素吸附性等被世界各国选作深层地质处置多重工程屏障系统中缓冲和回填材料的基质材料。如何预测膨润土及其与砂混合物的压缩变形、遇水膨胀变形及膨胀压力,是核废料深层地质处置工程在理论上及工程应用中亟待解决的关键技术,需要在深入研究膨润土的变形特性和水力特性及两者耦合特性的基础上,提出能预测包括膨胀变形和水力特性在内的水力-力学特性耦合的弹塑性本构模型。本论文在阅读、整理国内外相关文献的基础上,对膨润土及其与砂混合物进行了试验分析和本构模型的研究,具体研究内容和结论如下: 1、对用不同制样方法得到的饱和膨润土及其与砂混合物进行了压缩试验,得到侧限应力状态下饱和试样的压缩变形特性。饱和膨润土的压缩曲线呈双线性,静止侧向压力系数值较一般黏土的数值要大。对膨润土与砂混合物的击实样进行了由非饱和到饱和状态的浸水试验,并得到试验过程中侧向应力的变化规律。由于浸水饱和的试样和抽真空饱和的试样在较高压力时压缩曲线趋于一致,可采用快速抽真空饱和的方法准备饱和试样,以缩短非饱和混合物击实样浸水饱和所需时间。引入骨架孔隙比的概念,用来判断膨润土与砂混合物中砂颗粒骨架是否形成,得到影响混合物压缩特性的决定因素。 2、对非饱和膨润土击实试样进行了侧限应力状态下的不排水压缩试验,得到了土样在压缩回弹过程中的变形、饱和度和侧向应力的变化规律。回弹指数与试样的初始状态关系不大;初始含水量相同的试样,屈服应力随初始干密度的提高而增大,在高应力范围,其压缩曲线趋于一致;初始干密度相同的试样,含水量越小,吸力值越大,压缩指数越小,这反映了非饱和膨润土压缩指数随吸力的增大而减小的趋势;总侧向应力与总竖向应力之比σh /σv随竖向应力的增大而增大,饱和度的增加速度越快,σh /σv值增大的趋势也越明显。 3、研究了非饱和膨润土及其与砂混合物的水力特性。采用滤纸法测得Kunigel V1钠基膨润土的土水特征曲线(SWCC),试验结果表明随着孔隙比的减小,饱和度与吸力间的关系曲线右移;吸力一定时,饱和度与孔隙比间呈线性关系,而且其斜率在不同吸力时相近。采用压力板法和滤纸法对膨润土与砂混合物的低吸力段和高吸力段分别量测了吸力,得到土水特征曲线。两种方法测到的SWCC曲线有较好的一致性。 4、采用非饱和土固结仪对膨润土与砂混合物进行吸湿试验及常吸力下的压缩试验,研究了膨润土与砂混合物的水力和力学特性。吸湿过程中,初始状态相同的试样膨胀变形量与吸力变化的幅度和吸力路径有关;初始含水量及吸力路径相同的试样,初始孔隙比越小的试样膨胀量越大。压缩试验结果表明,回弹指数可假定为定值;屈服后压缩指数随吸力的增大而减小;初始屈服应力随吸力的增大而增大,这与BBM中的加载-湿陷屈服线趋势相似;初始含水量及吸力路径相同的试样,压缩指数随试样初始干密度的增大而减小,而初始屈服应力随初始干密度的增大而增大;压缩过程中含水量变化不大,饱和度的变化主要与试样体积变化有关;对具有相同初始状态但经历不同吸力路径的试样进行压缩试验,结果表明吸力路径对压缩变形特性有很大的影响,也证实了非饱和膨润土与砂混合物土水特征曲线的滞回特性。 5、在已有的非膨胀性非饱和土水力特性和力学性质耦合的弹塑性本构模型的基础上,从宏观的角度开发和建立了膨胀性非饱和土水力-力学特性耦合的弹塑性本构模型。本模型考虑了饱和度对应力应变关系的影响及变形对保水特性的影响,可统一预测膨胀性非饱和土的水力特性及应力应变关系。模型共计13个参数,均可通过宏观层次上吸力控制的试验确定。利用本模型对本论文中膨润土与砂混合物的吸湿试验及常吸力下的压缩试验结果进行了预测,还对詹良通和吴宏伟(2006)进行的吸力控制的非饱和膨胀土三轴试验结果进行了预测,预测结果表明本模型能够定量的统一的描述膨胀性非饱和土的水力特性和力学性质。

关键词：非饱和土膨胀土膨润土膨润土与砂混合物固结试验水力-力学特性弹塑性本构模型耦合

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全尾砂胶结充填体弹塑性本构模型实验研究

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金属矿山 2014年第2期43卷 30-35页

作者：吴姗宋卫东张兴才周家祥北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 武汉钢铁集团矿业有限责任公司湖北武汉430080

针对4种灰砂比、5种料浆浓度的全尾砂胶结充填体进行了单轴压缩实验,得出了其在单轴压缩条件下的物理力学特性。根据充填体单轴抗压强度分别选取灰砂比1∶6、1∶8,料浆浓度65%、70%的充填试块进行了4组不同围压下的三轴压缩实验,得到了... 详细信息

针对4种灰砂比、5种料浆浓度的全尾砂胶结充填体进行了单轴压缩实验,得出了其在单轴压缩条件下的物理力学特性。根据充填体单轴抗压强度分别选取灰砂比1∶6、1∶8,料浆浓度65%、70%的充填试块进行了4组不同围压下的三轴压缩实验,得到了充填体全应力-应变曲线及其物理力学参数。根据实验结果建立了充填体线弹-弹塑-塑性软化-理想塑性的本构模型,将充填体峰后应变软化阶段分为2种情况:在围压较小时,表现出明显应变软化,应力脆性跌落;在围压较高时,应变软化不明显,峰后直接进入塑性流动状态,残余强度与峰值强度差值减小。研究结果为充填体强度设计提供了理论依据。

关键词：全尾砂胶结充填体三轴压缩全应力-应变曲线弹塑性本构模型

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煤矸石混凝土弹塑性本构模型及损伤断裂机理研究

煤矸石混凝土弹塑性本构模型及损伤断裂机理研究

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作者：潘铖辽宁工程技术大学

学位级别：博士

煤矸石是煤炭开采过程中伴随产生的固体废弃物。由于煤矸石综合利用率低、占地面积广、堆存量多,对生态环境和生命安全造成了巨大危害。另一方面,国家不断加大环保力度,限制天然骨料开采,导致混凝土原材料价格持续上涨,但混凝土市场需... 详细信息

煤矸石是煤炭开采过程中伴随产生的固体废弃物。由于煤矸石综合利用率低、占地面积广、堆存量多,对生态环境和生命安全造成了巨大危害。另一方面,国家不断加大环保力度,限制天然骨料开采,导致混凝土原材料价格持续上涨,但混凝土市场需求却持续稳定。煤矸石在破碎再加工过程中内部存在原生裂隙,微裂缝尖端在外力作用下产生应力集中现象,进而扩展延伸。因此,论文依托辽宁省重点实验室“煤矸石资源化利用与节能建材”平台建设资源,基于弹塑性力学、损伤力学、不可逆热力学原理以及断裂力学,通过室内试验、理论研究、机理分析和数值模拟的手段,对煤矸石混凝土在单轴和三轴作用下的力学性能以及断裂性能进行深入分析,推导煤矸石混凝土弹塑性损伤模型和裂缝尖端损伤断裂模型,最终建立煤矸石混凝土弹塑性损伤模型,并对裂缝尖端扩展机理进行深入分析,可为煤矸石混凝土结构安全性设计及实际工程应用提供试验和理论依据。主要研究成果如下:（1）对比分析了煤矸石粗骨料和天然碎石粗骨料的细观形貌特征、化学成分,以及物理力学性能;开展了煤矸石混凝土基本力学性能试验,建立了不同煤矸石取代率的煤矸石混凝土基本力学性能指标与普通混凝土间的关系,以及不同煤矸石取代率的煤矸石混凝土基本力学性能指标间的理论关系式,为煤矸石混凝土损伤断裂模型提供了模型参数。开展了煤矸石混凝土单轴循环受拉和受压试验,阐述了破坏过程和破坏形态,获取了煤矸石混凝土应力-应变曲线,分析了塑性应变与卸载点应变间的关系以及应力退化现象,确定了单轴循环受拉、受压包络线和卸载-再加载曲线,提出了单轴循环受拉采用直线式与折线式相结合,单轴循环受压采用曲线式和折线式相结合,建立了能准确描述煤矸石混凝土一维循环受拉和受压的本构关系。（2）通过对比煤矸石混凝土和普通混凝土界面结构化学元素的分布、形貌特征,分析了煤矸石混凝土界面相互作用机理,建立了煤矸石混凝土界面结构模型;针对煤矸石混凝土三轴力学行为下的应力-应变曲线,在D-P塑性势函数的基础上,引入强化参数K,建立了同时考虑偏应力和静水压力的煤矸石混凝土Willam-Warnke五参数屈服模型,并采用累积塑性应变为内变量,建立了不同取代率的煤矸石混凝土后继屈服面及加载面的塑性应力-应变软化法则,根据经典塑性力学原理,建立了基于增量形式的煤矸石混凝土应力-应变本构关系。（3）根据煤矸石混凝土单轴和三轴力学性能,分析了煤矸石混凝土受力损伤机制。在不可逆热力学原理、损伤力学、塑性力学的基础上,推导出包含损伤和塑性应变的煤矸石混凝土总弹塑性Helmholtz自由能,建立了不同煤矸石取代率的煤矸石混凝土弹塑性损伤本构模型以及损伤内变量的演化法则,分析了模型参数与煤矸石粗骨料掺量的关系,与三轴试验数据验证吻合度较高。结果表明,煤矸石粗骨料和围压可延缓煤矸石混凝土的初始损伤,发生损伤后,煤矸石粗骨料掺量越多,损伤速率越快,但围压越大却可抑制损伤的发展速度。（4）开展不同煤矸石取代率的煤矸石混凝土三点弯曲断裂性能试验,分析了荷载-裂缝口张开位移曲线、荷载-挠度曲线、起裂荷载、极限荷载的变化规律,煤矸石粗骨料掺量越多,达到极限荷载时裂缝口张开位移和挠度力学性能指标越小;基于三点弯曲试验验证了数字图象相关法（DIC法）用于测试煤矸石混凝土裂缝断裂是可行的;基于DIC法分析了煤矸石混凝土裂缝扩展机理,以及不同掺量煤矸石混凝土裂缝扩展宽度变化规律;采用双K断裂模型,分析了煤矸石混凝土的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度、断裂能、延性指数等断裂参数随煤矸石掺量的变化规律,为煤矸石混凝土损伤断裂模型的建立提供了试验参数。（5）基于损伤力学和双K断裂模型,引入损伤尺度的概念,建立了煤矸石混凝土D-R损伤断裂模型,采用起裂损伤阈值DIG判断煤矸石混凝土裂缝是否发生扩展,采用允许损伤尺度RIc判断煤矸石混凝土是否发生破坏,能准确反映出不同煤矸石取代率的煤矸石混凝土裂缝从细观损伤扩展到宏观失稳破坏的整个损伤演化过程。基于断裂力学原理,分析了煤矸石混凝土损伤裂缝尖端的应力场变化情况,推导出起裂损伤阈值,根据微裂缝扩展区两侧的闭合力,计算出了煤矸石混凝土的断裂区长度;进行了煤矸石混凝土三点弯曲数值模拟,验证了D-R损伤断裂模型的合理性,能较好的反映出煤矸石混凝土裂缝尖端损伤演化规律。该论文有图139幅,表23个,参考文献173篇。

关键词：煤矸石混凝土弹塑性本构模型损伤断裂模型 FLAC3D数值分析损伤演化机理

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考虑易溶盐含量的伊犁黄土非饱和弹塑性本构模型

考虑易溶盐含量的伊犁黄土非饱和弹塑性本构模型

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作者：牛丽思西北农林科技大学

学位级别：博士

随着我国西部基础工程的建设,一大批水利工程在新疆伊犁地区相继开展。伊犁河谷三面环山,常年受西风气候的影响,使分布在河谷两岸阶地的黄土具有湿陷变形大、易溶盐含量高的特点,明显不同于季风区黄土高原黄土,其遇水后产生的变形是由... 详细信息

随着我国西部基础工程的建设,一大批水利工程在新疆伊犁地区相继开展。伊犁河谷三面环山,常年受西风气候的影响,使分布在河谷两岸阶地的黄土具有湿陷变形大、易溶盐含量高的特点,明显不同于季风区黄土高原黄土,其遇水后产生的变形是由结构性引起的湿陷变形和易溶盐溶解引起的溶陷变形共同构成。在渠道等水工建筑物运行过程中,受水分运移作用使周边非饱和土中易溶盐含量分布不均,从而影响建筑物运行中的变形、安全问题。本文以伊犁黄土为研究对象,开展侧限条件下湿-密、水-力和水-盐作用下的增湿变形试验,揭示伊犁黄土的增湿变形规律、增湿过程中湿陷变形和溶陷变形的作用机制;同时,开展不同易溶盐含量的净平均应力循环、吸力循环和固结剪切三种应力路径下的非饱和土力学试验,系统地阐述了易溶盐含量对非饱和伊犁黄土湿-载作用下的变形、屈服特性及偏应力作用下的临界状态特性的影响规律,并在此基础上建立了考虑易溶盐含量的伊犁黄土非饱和弹塑性本构模型,为伊犁等中亚黄土地区的工程建设提供借鉴。主要研究成果如下:(1)通过伊犁黄土水-力、湿-密作用下的增湿变形试验,揭示了增湿发展过程中侧应力、体应变及增湿程度的变化规律;建立了考虑干密度影响的归一化压缩曲线,为伊犁地区黄土的湿陷性计算及评价提供理论基础;提出了能较好地表征不同含水率和干密度下伊犁黄土湿陷软化曲线的4参数表达式,为现场快速评估伊犁地区黄土的湿陷性提供依据。(2)从溶陷变形产生的根本原因出发,在黄土双线法湿陷试验的基础上,通过增加浸饱和盐溶液压缩试验,提出一种简单可行的湿陷变形和溶陷变形区分方法。研究了不同Na Cl含量下增湿过程中湿陷作用与溶陷作用的相互作用机理,为水-化作用下增湿变形研究提供一种新思路。(3)通过不同易溶盐含量下三轴等向应力试验,测定了等向应力状态下吸力增加和加载湿陷过程中的屈服特性,验证了非饱和伊犁黄土的LC屈服线和SI屈服线,同时探究了易溶盐含量对非饱和伊犁原状黄土的变形、屈服和水量变化特性的影响。通过不同易溶盐含量下三轴偏应力试验,分析了伊犁原状黄土的剪切破坏强度与易溶盐含量的关系,测定了偏应力状态下p-q平面内的屈服曲线形态,并揭示吸力和应力对屈服曲线的硬化规律。(4)研究了三轴应力状态下净应力空间和有效应力空间p-q临界状态线的变化规律;提出了不同净平均应力下土水特征曲线和不同吸力下e-p临界状态线的统一描述,并分别建立了考虑易溶盐含量影响的数学表达式,为易溶盐影响下的土水特性和临界状态特性奠定理论基础。(5)通过对比分析三轴应力状态试验结果,在轴对称应力状态下建立了考虑易溶盐含量的伊犁原状黄土的非饱和土弹塑性本构模型,采用复杂应力路径试验结果验证了模型的合理性,为伊犁黄土地区的非饱和力学特性和水力特性预测提供借鉴。

关键词：伊犁黄土易溶盐含量增湿非饱和土弹塑性本构模型

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考虑多因素影响的砂土硬-软化弹塑性本构模型研究

考虑多因素影响的砂土硬-软化弹塑性本构模型研究

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作者：白晓宇同济大学土木工程学院

学位级别：博士

经典弹塑性本构理论中硬化规律决定了后继屈服面的变化，因此要求硬化参数应与应力状态唯一对应。而事实上由于砂土的应力路径效应，目前大多数本构模型的硬化函数都不能满足这一要求。同时，作为天然沉积而成的材料，除应力路径效应外... 详细信息

经典弹塑性本构理论中硬化规律决定了后继屈服面的变化，因此要求硬化参数应与应力状态唯一对应。而事实上由于砂土的应力路径效应，目前大多数本构模型的硬化函数都不能满足这一要求。同时，作为天然沉积而成的材料，除应力路径效应外，砂土的变形强度特性还受诸多因素的影响，例如：初始孔隙比与应力水平效应、弹性变形以及强度中的各向异性、峰值后软化引起的应变局部化效应、剪胀效应以及体积硬化效应。如何将这些因素合理地考虑到砂土本构模型的建模中，对土力学的研究者来说是一项具有挑战性的课题。本文在大量多应力路径平面应变压缩试验的基础上，较为全面地考虑了以上诸因素的影响，以修正塑性功为硬化参数，提出了能够与应力状态唯一对应的剪切硬化以及剪切一体积双硬化函数，进而建立了砂土材料的弹塑性硬化-软化本构模型。结合以上提出的本构模型，对砂土平面应变条件下的要素试验以及地基承载力模型试验进行了模拟，结果表明提出的本构模型能够较为精确地反映砂土材料的变形强度特性。\n 论文主要包括以下几方面研究内容：\n (1)基于广义双曲应变剪切单硬化函数，在弹塑性本构框架内建立了一个考虑多种因素的砂土非相关联应变单硬化-软化本构模型，并通过与试验数据的比较对模型进行了验证。\n (2)基于一系列丰浦砂多应力路径排水平面应变压缩试验，对砂土变形强度中的应力路径效应展开了研究，提出了与应力路径无关的修正塑性功剪切硬化函数的形式。在此基础上建立丰浦砂修正塑性功剪切单硬化弹塑性本构模型。\n (3)利用平面应变压缩试验数据以及排水条件下的三轴等向加卸载试验数据，考虑平面应变方向主应力的影响，提出了平面应变条件下体积硬化函数的形式，并得出了考虑体积硬化影响的修正塑性功剪切硬化函数的形式，建立了能够考虑应力路径效应的丰浦砂修正塑性功剪切-体积双硬化函数。\n (4)基于修正塑性功双硬化函数，建立了考虑应力路径效应的丰浦砂双硬化弹塑性本构模型。模型在弹性计算中引入了横观各向同性的亚弹性模型。塑性计算分为剪切硬化和体积硬化两部分：剪切硬化遵循非相关联流动法则，剪胀关系通过平面应变试验数据拟合获得；体积硬化则遵循了相关联流动法则。模型可以考虑应力水平、孔隙比、强度各向异性、剪胀以及峰值后软化引起的应变局部化等因素对砂土变形强度特性的影响。\n (5)建立了基于修正塑性功剪切-体积双硬化本构模型的数值积分方法，对丰浦砂平面应变压缩试验进行了模拟。通过计算结果与试验数据的比较证明模型可以合理地反映砂土变形强度特性。利用数值积分对模型中的参数进行了研究，分析了这些参数对模型预测结果的影响。\n (6)通过一系列排水条件下的多应力路径平面应变压缩试验、共振柱试验以及三轴等向加卸载试验对上海粉细砂变形强度中的应力路径效应进行了研究。提出了上海粉细砂应力路径不相关的修正塑性功双硬化函数，建立了上海粉细砂的双硬化弹塑性本构模型，并利用数值积分的方法对模型进行了验证。\n (7)将修正塑性功剪切硬化本构模型应用于基于动态松弛求解技术的有限元程序中，对砂土材料平面应变条件下的要素试验以及地基承载力模型试验进行分析。通过与相同条件下的试验数据比较可知，建议的有限元分析能够较为精确地反映砂土材料的变形强度特性，试验结果与有限元计算结果非常吻合。在砂土地基承载力问题的分析中，计算所得到的沉降-载荷曲线以及剪切带的形状和位置均与模型试验结果基本一致。\n 论文研究的主要创新性成果包括：\n 1.基于高精度的平面应变室内试验结果，提出了丰浦砂应力路径不相关的修正塑性功剪切-体积双硬化理论及状态函数；\n 2.基于提出的修正塑性功双硬化函数，构筑了可以考虑多种变形强度影响因素的丰浦砂剪切-体积双硬化软化弹塑性本构模型；\n 3.基于一系列的室内试验结果，建立了上海粉细砂应力路径不相关的修正塑性功剪切-体积双硬化弹塑性本构模型。

关键词：砂土应力路径弹塑性本构模型数值积分法有限元计算

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等向硬化类弹塑性本构模型的隐式应力积分算法

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水利水运工程学报 2004年第3期 24-27页

作者：徐连民王兴然同济大学土木工程学院上海200092 Louisiana Tech University

基于一般三维应力状态下等向硬化类弹塑性本构模型的隐式应力积分算法,推导了与隐式应力积分算法相一致的应力应变关系表达式.将该算法应用于中井的子负荷面本构关系模型,并提出了新的子负荷面状态量的发展规则.与传统的欧拉向前应力积... 详细信息

基于一般三维应力状态下等向硬化类弹塑性本构模型的隐式应力积分算法,推导了与隐式应力积分算法相一致的应力应变关系表达式.将该算法应用于中井的子负荷面本构关系模型,并提出了新的子负荷面状态量的发展规则.与传统的欧拉向前应力积分法计算结果及藤森粘土三轴模型试验结果比较表明,本文算法与传统方法计算精度一致的情况下,迭代收敛速度更快.

关键词：弹塑性本构模型负荷硬化应力应变关系本构关系模型粘土模型试验隐式欧拉表达式

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堆石料弹塑性本构模型参数反演方法研究

堆石料弹塑性本构模型参数反演方法研究

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作者：王腾云大连理工大学

学位级别：硕士

筑坝堆石料的本构模型及其参数是合理计算面板堆石坝施工、运行及地震过程中应力与变形的重要基础。目前主要通过级配缩尺后的室内三轴试验确定模型参数,但缩尺效应对参数的影响规律尚不清楚。一些学者结合室内三轴试验成果,根据大坝施... 详细信息

筑坝堆石料的本构模型及其参数是合理计算面板堆石坝施工、运行及地震过程中应力与变形的重要基础。目前主要通过级配缩尺后的室内三轴试验确定模型参数,但缩尺效应对参数的影响规律尚不清楚。一些学者结合室内三轴试验成果,根据大坝施工期变形监测数据进行筑坝材料参数的反演。但由于土石坝施工期、地震反应过程及震后沉降计算分别采用不同的本构模型且模型参数之间的相关性缺乏统计资料,反演得到的模型参数仅能进行所反演问题的验证分析。如:根据施工期沉降监测反演得到的邓肯EB模型、南水模型或清华K-G模型参数仅能进行大坝的施工填筑及蓄水过程模拟。近年来,随着堆石料本构理论的发展,一些学者开始尝试在弹塑性理论框架内建立能够反应堆石料在静、动力及循环荷载作用下变形与强度特性的弹塑性本构模型。随着监测手段的不断发展和完善,高土石坝在施工过程中基本能够获取详实、可靠的位移监测数据,结合静、动力统一的弹塑性本构模型,根据施工期监测数据反演堆石料模型参数,进而预测地震荷载作用下大坝的动力响应,对于高土石坝抗震设计方法和安全评价具有一定的理论意义和工程价值。本文反演分析采用改进的广义塑性模型,该模型将初始孔隙比作为模型输入参数,同时考虑了筑坝堆石料颗粒破碎,可以描述不同密度的堆石料在单调和循环荷载条件下的变形与强度特性,包括剪胀、剪缩、颗粒破碎、循环滞回、循环密实及循环残余变形,采用一套参数即可完成大坝施工、蓄水及地震反应全过程分析,并直接得到地震残余变形。论文针对堆石料弹塑性本构模型参数反演方法,开展了下列工作:(1)首先通过有限元敏感性分析确定待反演参数,进而通过粒子群算法和人工蜂群算法等启发式智能优化算法随机产生待反演的本构模型参数向量,代入到有限元模型中进行计算,并根据计算得到大坝竣工期典型测点沉降与实际测得沉降之间的误差不断优化待反演参数,直至达到设定的收敛准则,然后确定优化后堆石料的模型参数。(2)采用拉丁超立方抽样对敏感参数进行抽样并进行有限元分析,得到敏感参数与大坝典型测点沉降之间的关系样本,通过神经网络建立敏感参数与大坝典型测点沉降的响应面,进而进行敏感参数的反演分析。该方法降低了有限元数值分析的工作量。(3)针对紫坪铺面板堆石坝施工填筑过程现场监测结果,根据上述方法得到的堆石料参数进行了汶川地震震害模拟,并与实际震害结果进行对比分析。结果表明:通过反演分析得到的弹塑性模型参数能够较好的模拟紫平铺大坝地震沉降变形。

关键词：土石坝弹塑性本构模型参数反演分析算法神经网络

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小变形情况下的Lagrange型奇异屈服面弹塑性本构模型及其应用的研究

小变形情况下的Lagrange型奇异屈服面弹塑性本构模型及其应用的研...

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作者：毛安雄南昌大学

学位级别：硕士

在工程材料的本构关系的研究中,奇异屈服面的情况非常多见,如土的双屈服面模型、混凝土的四参数模型。然而一般的弹塑性本构理论适用于正则屈服面,对于奇异屈服面的情况论述较少。本文讨论了小变形情况下的奇异屈服面弹塑性模型,完成的... 详细信息

在工程材料的本构关系的研究中,奇异屈服面的情况非常多见,如土的双屈服面模型、混凝土的四参数模型。然而一般的弹塑性本构理论适用于正则屈服面,对于奇异屈服面的情况论述较少。本文讨论了小变形情况下的奇异屈服面弹塑性模型,完成的具体工作如下: 1.主要推导了小变形情况下的奇异屈服面的本构模型的屈服函数、加卸载准则、本构方程。接着讨论了一种特殊的具有奇异屈服面的各向同性弹塑性本构模型,推导出该模型的弹塑性有限元计算的全部公式,并用matlab软件编制了有限元程序。最后用该程序计算了一个简单算例,并用ansys工程软件计算进行比对验证。从数据结果的比对,得出了所提出的这种弹塑性本构模型基本能够描述材料的应力响应的结论。 2.岩土材料的弹塑性本构模型一般建立在p-q空间坐标系中,本文将p-q空间转换为主应力空间,进而通过线性变换将主应力空间变换为以π平面及其法线组成的直角坐标空间。接着将岩土材料的D-P帽盖模型和修正剑桥模型进行组合,得到一种岩土双屈服面模型。在经典的弹塑性理论框架下,运用小变形情况下的奇异屈服面弹塑性模型理论,推导出这种岩土双屈服面模型的本构方程。

关键词：小变形背应力奇异屈服面弹塑性本构模型岩土双屈服面模型

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考虑颗粒破碎的冻结砂土弹塑性本构模型研究

考虑颗粒破碎的冻结砂土弹塑性本构模型研究

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作者：何俊霖四川农业大学

学位级别：硕士

颗粒破碎是粒状材料在高应力状态下的一种基本现象,研究表明,含粗颗粒的冻土在三轴剪切过程中也会出现较为显著的颗粒破碎现象。迄今,关于冻土的颗粒破碎特性与适用于冻土的考虑颗粒破碎的本构模型研究在国内外均少有开展。我国冻土区... 详细信息

颗粒破碎是粒状材料在高应力状态下的一种基本现象,研究表明,含粗颗粒的冻土在三轴剪切过程中也会出现较为显著的颗粒破碎现象。迄今,关于冻土的颗粒破碎特性与适用于冻土的考虑颗粒破碎的本构模型研究在国内外均少有开展。我国冻土区域分布辽阔,寒区工程也在不断加速发展。高应力情况下,冻土的颗粒破碎严重影响寒区工程的稳定性与耐久性,颗粒破碎影响冻土工程的问题,已成为过去研究不足而目前越来越凸显重要性的工程问题。鉴于此,本论文对冻结砂土进行了不同温度和围压条件下的低温三轴压缩试验,基于试验结果研究了冻结砂土的应力应变特性、体变特性、强度特性和颗粒破碎特性,并建立了适用于冻结砂土的考虑颗粒破碎的弹塑性本构模型。主要内容及结论如下:（1）基于温度条件分别为-3℃、-5℃、-7℃和-10℃,围压条件分别为0.5MPa、1MPa、2MPa、4MPa和8MPa的冻结砂土常规三轴试验结果,发现冻结砂土在三轴剪切过程中先体胀后体缩,偏差应力-轴向应变曲线呈应变软化特征。对三轴剪切前后的冻结砂土试样进行筛分,得到冻结砂土剪切前后的颗粒级配曲线,发现剪切后大颗粒含量明显减少,细小颗粒含量明显增加,表明冻结砂土在三轴剪切过程中出现了较为显著的颗粒破碎现象。采用Hardin提出的相对颗粒破碎率Br作为颗粒破碎的度量指标,研究了围压对冻结砂土颗粒破碎特性的影响,发现相对颗粒破碎率Br随围压的增大而增大。（2）三轴试验结果表明,冻结砂土的应力比在剪切过程中随应变呈非线性变化,基于此将Ueng和Chen提出的考虑颗粒破碎的能量平衡方程中的应力比Mcr修正为随应变变化的应力比M。应用修正后的能量平衡方程计算并分析了冻结砂土在三轴剪切过程中的能量耗散,研究了摩擦耗能和颗粒破碎耗能在三轴剪切过程中的变化规律。发现摩擦耗能随剪切进行而呈加速增长趋势;颗粒破碎耗能在剪切过程中呈减速增长趋势,与剪切呈良好的双曲线关系,且受围压影响显著,随围压的增大而增大。（3）基于冻结砂土考虑颗粒破碎的能量平衡方程构建屈服函数,采用相关联的流动法则,由回弹试验确定硬化参数,建立了一个考虑颗粒破碎的冻结砂土弹塑性本构模型。利用该模型对冻结砂土的应力应变特性进行模拟,并与室内试验结果对比,结果表明该模型可以较好的模拟冻结砂土的应变软化特性和剪胀特性。（4）鉴于沈珠江双屈服面模型在反映土的剪胀性、应力路径影响和应力历史影响方面具有显著的优势,在沈珠江双屈服面模型的基础上进行修正而建立一个适用于冻结砂土的修正双屈服面模型。为了更好描述冻结砂土偏差应力-轴向应变曲线的三阶段特征,对沈珠江双屈服面模型中的参数切线模量E_t进行修正;为了使模型能够考虑颗粒破碎的影响,引入考虑颗粒破碎的能量平衡方程修正原模型中的体积切线模量μ_t。最终建立了一个适用于描述冻结砂土应变软化特性、剪胀性、弹塑性和颗粒破碎特性的修正双屈服面弹塑性模型。模型计算结果与室内试验结果的对比表明,修正双屈服面模型对冻结砂土具有较好的适用性。

关键词：冻结砂土颗粒破碎能量平衡方程弹塑性本构模型

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