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1.
岩土工程数值计算中粗粒土常采用邓肯-张本构模型,为了验证该模型在轴向加载、卸载、侧向加载等复杂应力路径条件下的适用性,进行了粗粒土的三轴试验获取其力学特性及本构模型参数;根据相似性原理制作了堆石坝的离心模型试样,并采用与三轴试验同样级配与粒径的粗粒土进行复杂应力路径的堆石坝离心模型试验,试验中通过改变离心加速度模拟加载、卸载,利用上游蓄水模拟坝体的侧向加载;采用ABAQUS对离心模型试验进行三维数值模拟,并研究了模型箱侧壁摩擦系数与土体的初始应力对数值结果的影响。通过比较离心模型试验与数值模拟成果,表明土体的初始弹性模量对计算结果影响较大,初始应力应选择自重作用下的应力场;邓肯-张本构模型能较好地描述堆石坝的加载应力路径,而模拟卸载应力路径有一定的差异,需要改进邓肯-张本构模型中卸载模量的确定方法。 相似文献
2.
采用离散元法（DEM）研究胶结岩土材料在不同加载条件下的结构破损规律。首先,基于微观力学理论,考虑胶结岩土材料颗粒间胶结特性,给出表征结构性损伤的破损参数式。该式具有微观物理意义,但不能直接用于建立宏观本构模型。其次,采用二维离散元源程序NS2D模拟等向压缩、等应力比压缩以及双轴压缩试验,分析破损参数在不同加载条件下随宏观力学变量（体积应变和剪应变）的演变规律。最后,根据模拟结果提出破损参数数学表达式,其为大主应变的函数。研究结果表明：胶结强度、应力比以及围压均在一定程度上影响了数值试样的结构破损规律。在等向压缩和等应力比压缩试验中,容易用函数式描述数值试样破损参数随体积应变或偏应变的演变规律;而在双轴压缩条件下,由于数值试样有剪胀特性,破损参数随体积应变的演变规律则不易描述。建议的破损参数数学表达式能够较好地描述数值试样在不同加载条件下结构破损规律。 相似文献
3.
砂土的力学响应具有显著的增量非线性特征，这与离散颗粒的微观结构，即组构特性密不可分。采用应变响应包络可以较好地获得材料在不同加载方向上的增量力学响应。在物理试验中无法同时获得同一试样在不同加载方向下的宏、微观响应，故采用离散元方法，对具有不同应力历史、不同应力状态和不同级配的试样在Rendulic平面上的增量力学响应进行了系统研究和分析。离散元模拟结果表明，传统的塑性理论不能很好地描述具有复杂应力历史试样的增量力学响应，而基于颗粒间接触法向的组构增量与剪应变之间在多种不同的工况条件下均具有较强的线性相关性。当砂土的相对密实度相同时，该线性系数主要与围压的大小有关，对颗粒级配、应力历史以及应力比的变化均不敏感。由于组构的大小可以较好地量化砂土的内结构各向异性程度，进而表征应力历史的作用。上述模拟结果为在本构建模中引入组构演化机制，综合反映外荷载和内结构各向异性对砂土增量本构关系的影响提供了较好的微观物理依据。 相似文献
4.
为分析砂土在复杂应力条件下的剪切力学特性,采用商业离散元软件PFC3D对单粒组中密砂的空心扭剪试验进行了仿真模拟,分析了数值试样的应力-应变关系,研究了不同剪切方向下离散介质的强度、体积应变特性以及中主应力比对它们的影响,再现了力链在加载过程中的演化,并对剪切带的倾角做了深入分析。同时,从细观上看,以颗粒接触数和纯转动率变量为中心,观察了试样内部颗粒的运动状态,对比了不同剪切方向下剪切带内外颗粒接触数与纯转动位移的变化。最后,将数值试验结果与已有的室内试验结果进行了对比。此研究实现了复杂应力条件下空心扭剪试样的三维离散元模拟,加深了对空心扭剪试验过程和结果的理解和解释。 相似文献
5.
《岩土力学》2017,(10):3053-3061
为研究充填介质在赋存条件下的渗透、力学特性及其破坏机制,改进研制了大比尺三轴应力-渗流耦合试验系统,开发了三维应力-渗流耦合压力室,进行了完善的密封和加载系统设计。系统具备自动化轴压加载、围压渗压加载、涌水涌砂量采集和多元信息并行监测等功能,该套装置可针对大尺寸、不同规格岩溶管道和裂隙还原其在原始地应力状态下进行渗透性及相关力学试验研究。围压、渗压值可分别加到2 MPa和5 MPa,轴向荷载最大可加到300 kN。光纤技术、电阻元件柔性防水技术和自动化数据采集分析系统的应用,实现了水环境下试件内部渗压、应变的精确采集和分析。在试验系统的基础上,开展了赋存环境下充填介质渗透特性试验研究,分析了充填介质类型、渗流路径、管道断面形状及应力条件4种因素对渗透特性的影响及充填介质的响应特征,揭示了充填体稳定性和渗透性的变化规律。该装置解决了小水力梯度及赋存条件下的充填介质渗透特性和力学性质试验研究技术难题,具有重要意义。 相似文献
6.
《岩土力学》2021,(3)
砂土的力学响应具有显著的增量非线性特征,这与离散颗粒的微观结构,即组构特性密不可分。采用应变响应包络可以较好地获得材料在不同加载方向上的增量力学响应。在物理实验中无法同时获得同一试样在不同加载方向下的宏微观响应,故采用离散元方法,对具有不同应力历史、不同应力状态和不同级配的试样在Rendulic平面上的增量力学响应进行了系统研究和分析。离散元模拟结果表明,传统的塑性理论不能很好地描述具有复杂应力历史试样的增量力学响应,而基于颗粒间接触法向的组构增量与剪应变增量之间在多种不同的工况条件下均具有较强的线性相关性。当砂土的相对密实度相同时,该线性系数主要与围压的大小有关,对颗粒级配,应力历史以及应力比的变化均不敏感。由于组构的大小可以较好的量化砂土的内结构各向异性程度,进而表征应力历史的作用,上述模拟结果为在本构建模中引入组构演化机制,综合反映外荷载和内结构各向异性对砂土增量本构关系的影响提供了较好的微观物理依据。 相似文献
7.
针对深部工程岩体开挖时围岩内部应力状态复杂变化的特点,研制了可实现主应力量值变化和应力主轴旋转等复杂应力路径的岩石空心圆柱扭剪试验系统,可用于开展复杂应力作用下岩石的强度、变形和破坏形态的室内试验研究。介绍了该试验系统的基本结构、工作原理及技术参数。该试验系统具有如下特点：（1）通过利用空心圆柱试样与上、下压头的特点,克服了岩石试样扭矩施加的技术困难,将施加轴向力和扭矩的两个加载轴合二为一,彻底解决了轴向力加载与扭矩施加机构之间相互影响的技术难题。（2）通过采用新型自平衡加载三轴室,实现了轴向力、扭矩、内围压和外围压4种荷载的独立施加和控制。（3）采用应力与流量的加载控制方式,并通过软件集成,实现了主应力量值改变和应力主轴旋转耦合应力路径的准确模拟以及加载过程的稳定控制。（4）该试验系统结构简单,功能多样,操作方便。采用该试验系统进行了初步试验,验证了试验系统的可行性与实用性,表明该试验系统具有实现应力主轴旋转及主应力量值改变的复杂应力路径的功能。 相似文献
8.
针对自行研制的岩石空心圆柱扭剪仪可独立控制4个加载参数（轴力、扭力、内围压和外围压）的功能,通过数学和力学分析,系统地整理出几种易于实现且符合实际工程的应力路径及加载方式：在轴力与内围压满足一定关系的前提下,可以获取岩石的抗拉强度,提供一种新型测量岩石抗拉强度的方法;通过控制内外围压及轴力,可以进行常规三轴试验与真三轴试验,克服了现阶段岩石真三轴试验中试验装置复杂、试样加载面摩擦大的缺点;在轴力与内、外围压分别满足一定关系时,可以分别实现平均应力p不变与中主应力系数b不变的应力路径,用于研究应力主轴旋转对岩石力学性质的影响。上述应力路径的实现对岩石力学性质的研究以及现阶段岩石室内试验的发展具有重要意义。 相似文献
9.
钙质砂是海洋钙质生物死亡后形成的一种具有丰富内部孔隙、低强度、不规则形状和易破碎的岩土材料。通过对钙质砂分别开展的等向压缩、常规三轴压缩、平均主应力为常数的三轴压缩、减压的三轴压缩和等应力比加载5种试验,探讨了不同应力路径下钙质砂的力学及变形特性。试验结果表明应力路径对钙质砂的抗剪强度和变形特征具有重要影响。钙质砂在等向压缩条件下具有明显的各向异性特征;常规三轴压缩试验条件下,密实钙质砂呈现低压剪胀、高压剪缩的变形特征,且峰值强度与初始固结压力之间呈幂函数关系;平均主应力为常数的三轴压缩试验中,增加偏应力会引起试样的体变;与常规三轴压缩试验不同,在减压的三轴压缩试验中,应力-应变关系曲线均表现为应变软化;而等应力比加载试验中,试样基本处于弹性状态下,且轴向应力与轴向应变之间呈幂函数关系。试验结果还发现钙质砂的切线泊松比不仅要考虑钙质砂的变形和应力状态等的影响,还要考虑应力路径的影响。不同应力路径试验条件下峰值应力比大小顺序与最大体变大小顺序不受初始固结压力的影响。钙质砂的峰值内摩擦角均随着初始固结压力的增大而减小,大致与初始固结压力的对数呈线性函数关系。 相似文献
10.
为实现结构性砂土离散元接触模型合理性的三维试验验证,设计了一套可用于三维半球形理想胶结颗粒成型及实现不同加载条件下的接触力学特性测试装置,制备了一定胶结尺寸的环氧树脂半球形颗粒胶结试样,在一系列辅助加载装置中初步开展了不同加载条件（拉伸、压缩、剪切、弯转、扭转）下的力学性能测试。结果表明,该装置可用于实现三维情况下胶结颗粒接触力学特性测试;不同加载条件下的实测试验结果与二维试验成果基本一致;峰值剪切、弯矩、扭矩随着法向荷载的增大呈现先增大后减小的趋势,存在一个相同的临界法向荷载。 相似文献
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粗粒土试验与力学特性研究现状 总被引：1，自引：1，他引：0
粗粒土既是一种天然地质体,又能用作建筑材料,在自然界中广泛存在,其力学性质研究对实际工程实践至关重要.在大量关于粗粒土试验与力学性质研究文献的基础上做了以下分析和总结：将粗粒土试验分为三类,包括室内试验、原位试验和数值试验,分别对每种试验的试验原理、仪器、方法和适用范围进行了详细介绍;根据粗粒土力学性质研究现状,重点对粗粒土的剪胀性、颗粒破碎性和软化性这三种特性从形成机制、影响因素和描述方法上进行了深入总结.在此基础上,指出粗粒土力学性质研究方面存在如下不足：现有方法和理论存在一定局限性、宏观特性发生机理假设缺乏客观验证、宏观特性难以用细观力学演绎、多相耦合下的力学性质鲜有研究.最后,从试验、理论和数值仿真试验角度提出关于粗粒土力学性质研究的展望. 相似文献
13.
In this paper, the Discrete Element Method (DEM) is employed to numerically explore the response of hollow cylinder specimens of granular soils under complex stress paths. Two series of numerical tests are conducted to clarify the effects of the principal stress direction α and the intermediate principal stress through the b-value on the mechanical response of granular materials. The effects of α and b-value on the non-coaxiality of the principal stress and the principal plastic strain increment directions are investigated. It is observed that b-value and α significantly affect the non-coaxial behavior of granular materials. Finally, the results are discussed and compared with those obtained from physical laboratory tests. 相似文献
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For numerical studies of geotechnical structures under earthquake loading, aiming to examine a possible failure due to liquefaction, using a sophisticated constitutive model for the soil is indispensable. Such a model must adequately describe the material response to a cyclic loading under constant volume (undrained) conditions, amongst others the relaxation of effective stress (pore pressure accumulation) or the effective stress loops repeatedly passed through after a sufficiently large number of cycles (cyclic mobility, stress attractors). The soil behaviour under undrained cyclic loading is manifold, depending on the initial conditions (e.g. density, fabric, effective mean pressure, stress ratio) and the load characteristics (e.g. amplitude of the cycles, application of stress or strain cycles). In order to develop, calibrate and verify a constitutive model with focus to undrained cyclic loading, the data from high-quality laboratory tests comprising a variety of initial conditions and load characteristics are necessary. The purpose of these two companion papers was to provide such database collected for a fine sand. The database consists of numerous undrained cyclic triaxial tests with stress or strain cycles applied to samples consolidated isotropically or anisotropically. Monotonic triaxial tests with drained or undrained conditions have also been performed. Furthermore, drained triaxial, oedometric or isotropic compression tests with several un- and reloading cycles are presented. Part I concentrates on the triaxial tests with monotonic loading or stress cycles. All test data presented herein will be available from the homepage of the first author. As an example of the examination of an existing constitutive model, the experimental data are compared to element test simulations using hypoplasticity with intergranular strain. 相似文献
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以饱和度与有效应力为状态变量,通过引入描述不饱和与饱和土孔隙比差的状态变量,将Zhang等提出的饱和土体应力诱导各向异性动弹塑性本构模型推广到不饱和土体中,使其可描述不饱和土在动力循环荷载作用下的力学特性行为。通过对已有不饱和土体在完全不排水条件下的动三轴试验进行理论模拟,验证了所提出不饱和土本构模型的正确性。最后基于所提出本构模型,讨论了在不排水条件下初始饱和度对不饱和土动力特性研究。结果表明,不饱和土在动力荷载作用下,土体的孔隙比将减少,导致饱和度增加;当初始饱和度较高时,不饱和土会转化为饱和土,从而发生液化现象。该研究成果对研究不饱和土在地震等动力荷载作用下的力学特性行为具有重要意义。 相似文献
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应力路径对土的强度和变形性质具有重要影响。相对于饱和土而言,控制吸力条件下的非饱和土三轴压缩状态的应力路径研究更加复杂。随着非饱和土本构理论的不断发展,理论和试验研究结果表明,非饱和土弹塑性本构模型可以用来近似地描述非饱和土的强度和变形性质。因而,运用非饱和土弹塑性本构模型对控制吸力条件下的3种非饱和土三轴压缩应力路径试验进行数值模拟是一种有效的理论研究手段。采用Barcelona模型能够对此类试验进行较好的数值模拟,其研究结果表明,在控制吸力条件的三轴压缩状态下应力路径对非饱和土的强度和变形性质具有重要影响。 相似文献
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For numerical studies of geotechnical structures under earthquake loading, aiming to examine a possible failure due to liquefaction, using a sophisticated constitutive model for the soil is indispensable. Such model must adequately describe the material response to a cyclic loading under constant volume (undrained) conditions, amongst others the relaxation of effective stress (pore pressure accumulation) or the effective stress loops repeatedly passed through after a sufficiently large number of cycles (cyclic mobility, stress attractors). The soil behaviour under undrained cyclic loading is manifold, depending on the initial conditions (e.g. density, fabric, effective mean pressure, stress ratio) and the load characteristics (e.g. amplitude of the cycles, application of stress or strain cycles). In order to develop, calibrate and verify a constitutive model with focus to undrained cyclic loading, the data from high-quality laboratory tests comprising a variety of initial conditions and load characteristics are necessary. It is the purpose of these two companion papers to provide such database collected for a fine sand. Part II concentrates on the undrained triaxial tests with strain cycles, where a large range of strain amplitudes has been studied. Furthermore, oedometric and isotropic compression tests as well as drained triaxial tests with un- and reloading cycles are discussed. A combined monotonic and cyclic loading has been also studied in undrained triaxial tests. All test data presented herein will be available from the homepage of the first author. As an example of the examination of an existing constitutive model, the experimental data are compared to element test simulations using hypoplasticity with intergranular strain. 相似文献
18.
主应力轴旋转对土体的动力特性有着显著影响。利用GDS动态空心圆柱扭剪仪（HCA）能够实现内围压、外围压、轴力和扭矩四向动态加载的功能,提出了3种主应力方向变化的应力路径加载方式,分析了3种应力路径在实际工程中的应用,并进行了试验验证。当四向动载根据推导的波形函数加载时,可以实现：① 平均主应力p、中主应力系数b和偏应力q保持恒定,主应力轴循环旋转的应力路径;② 平均应力p和中主应力系数b保持不变,偏应力q循环变化,而主应力方向角? = 90°突变的应力路径;③ 平均主应力p、中主应力系数b保持不变,偏应力q、主应力方向角α连续变化的应力路径。应力路径①为模拟海洋波浪荷载作用下的应力路径试验提供了理论依据,应力路径②可用于模拟不同方向地震荷载的作用,应力路径③可以模拟波浪荷载作用下桩周土体的应力路径以及交通荷载作用下的应力路径。 相似文献
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Multi‐scale investigations aided by the discrete element method (DEM) play a vital role for current state‐of‐the‐art research on the elementary behaviour of granular materials. Similar to laboratory tests, there are three important aspects to be considered carefully, which are the proper stress/strain definition and measurement, the application of target loading paths and the designed experiment setup, to be addressed in the present paper. Considering the volume sensitive characteristics of granular materials, in the proposed technique, the deformation of the tested specimen is controlled and measured by deformation gradient tensor involving both the undeformed configuration and the current configuration. Definitions of Biot strain and Cauchy stress are adopted. The expressions of them in terms of contact forces and particle displacements, respectively, are derived. The boundary of the tested specimen consists of rigid massless planar units. It is suggested that the representative element uses a convex polyhedral (polygonal) shape to minimize possible boundary arching effects. General loading paths are described by directly specifying the changes in the stress/strain invariants or directions. Loading can be applied in the strain‐controlled mode by specifying the translations and rotations of the boundary units, or in the stress‐controlled mode by using a servo‐control mechanism, or in the combination of the two methods to realize mixed boundary conditions. Taking the simulation results as the natural consequences originated from a complex system, virtual experiments provide particle‐scale information database to conduct multi‐scale investigations for better understanding in granular material behaviours and possible development of the constitutive theories provided the qualitative similarity between the simulation results from virtual experiments and observations on real material behaviour. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献