应变软化

摘要： 长时降雨会引起斜坡发生累进性破坏,在此过程中,滑带土将随含水率的变化达到不同含水状态下的残余强度。传统应变软化模型不能准确表达这一变化过程中滑带土残余强度的动态特征,而引入动态残余强度的应变软化模型能更加真实地模拟含水率变化时滑坡稳定性的发展。基于此,文章对四川中江县垮梁子滑坡开展了野外调查工作,通过现场竖井获取滑带土,采用环剪试验研究了滑带土力学参数与含水率的关系,在此基础上建立了基于动态残余强度的应变软化模型,模拟了垮梁子滑坡在滑带土处于不同含水率阶段的发展情况。结果表明:含水率的增加使得滑带土抗剪性能显著衰减,峰值及残余抗剪强度呈近乎线性降低,残余强度参数则表现出三次函数型衰减特征。应用基于残余强度参数衰减规律建立的应变软化模型模拟了垮梁子滑坡的变形破坏过程,结果表明在滑带土含水率低于20%时,斜坡仅在前缘局部产生塑性区;当含水率达到22%时,斜坡中上部开始产生塑性区及未贯通滑动面;当含水率达到24%时,塑性区趋于贯通,滑坡进入加速变形状态,并于坡表产生张拉裂缝;当含水率达到26%时,滑坡处于失稳状态,坡表张拉塑性区及破坏面的发展与滑坡现状破坏特征高度吻合。该成果可为相关滑坡的稳定性研究提供一定的理论依据。

摘要： 针对圆形锚板及螺旋锚基础承载力问题,基于欧拉–拉格朗日单元耦合分析方法,采用可考虑应变软化的改进Mohr–Coulomb弹塑性本构模型,对砂土中圆锚拉拔过程进行数值模拟。在与单盘螺旋锚离心机试验结果对比验证数值模型有效性的基础上,探讨不同密实度砂土中锚板的拉拔破坏机理,并分析浅埋圆锚的破坏滑裂面形式,以及滑裂面上土体强度参数及侧压力分布规律等。数值结果表明,滑裂面上土压力系数及内摩擦角非常值,土压力系数从锚盘边缘开始直线上升,至0.2D(盘径)高度时达到峰值,而后呈指数衰减至某一稳定值;对于松及中密砂土,滑裂面上等效内摩擦角可采用Davis折减公式确定,对于密砂,Davis折减公式会高估等效内摩擦角(约3°)。基于分析结果,提出了浅埋圆形及螺旋形锚板的上拔承载力理论计算方法,并建议现有理论计算公式的适用条件,相关成果为工程应用提供一定参考。

摘要： 为研究深部煤层开采底板破坏形态,提出考虑围岩应变软化和采空区接触的FLAC3D有限差分数值方法,以河北开平煤田林西矿2023工作面底板实测导水裂隙带为工程背景,结合朗肯土压力理论定性分析,研究深部煤层底板破坏特征。结果表明:采用应变软化本构关系代替常用摩尔–库伦本构关系能够对围岩塑性破坏后的力学状态更准确表述;采用“应变软化–空–弹性”模型转变的方法,达到模拟采空区顶板垮落后应力传递的效果,弥补了以往煤层开采模拟中采空区垮落后顶底板不接触的固有缺陷;通过采空区顶底板接触与否条件下应力、位移的对比,发现采空区是否接触对数值结果影响巨大,突出考虑采空区接触的必要性;根据模拟结果中塑性剪切应变率的变化,实现了底板滑移面的三维显示,形态为斜向采空区的半包围面状结构;结合朗肯土压力理论将底板塑性区与主动区、过渡区和被动区对应,3个区破坏形式分别为剪切破坏、剪切破坏、拉张与剪切的交互破坏。提出的考虑围岩应变软化及采空区接触的FLAC3D数值方法对煤层开采模拟实现了优化,并可为其他大变形后需考虑接触的工程模拟提供参考。

摘要： 2020年3月30日四川省西昌市森林火灾发生后,该地区的地质灾害显著增多,火灾对表层土壤产生一定影响,但目前对火灾影响土壤的物理力学性质的机制及致灾特征研究尚浅。以未遭受火灾区域和遭受火灾区域的表层土样为研究对象,进行了总有机碳、颗粒级配和X射线衍射分析,并结合室内相关力学试验研究了火灾前后土样的黏土矿物含量及力学强度特性。试验结果表明:①火灾发生后土壤有机质含量降低,导致不稳定的无机土壤裸露;土壤团粒结构稳定性降低,土壤中细小颗粒含量增高,细小颗粒容易阻塞土壤表层孔隙,不利于雨水或地面径流的下渗;②火灾的高温过程使得土壤中黏土矿物含量变化,高岭石(Kao)相对含量减少了10%,伊利石/蛭石混层增加了1%,伊利石(It)减少了20%,蛭石(V)增加了29%,变化最为明显;③火灾发生后土壤黏聚力(c)、内摩擦角(Φ)明显衰减,应变软化现象更为明显,这是土壤黏土矿物含量的变化,即蛭石矿物含量增高导致的。森林火灾会从颗粒粒径,矿物含量和强度参数3个方面显著影响土壤的物理力学性质,从而导致火烧迹地遭受泥石流、滑坡等地质灾害的风险增加。

摘要： 地下钻孔围岩破坏会导致塌孔、卡钻、挤毁套管等工程事故。为探讨钻孔围岩的破坏机理和过程,文章建立了尺寸为800 mm×800 mm×200 mm(长×宽×厚)、中心为Φ160 mm的钻孔物理模型,向模型施加逐步增大的边界荷载从而模拟钻进过程中围岩的破坏过程;在此基础上,考虑到围岩的应变软化特性,利用FLAC^(3D)中的应变软化模型建立钻孔数值模型并进行求解。物理和数值模拟结果显示:边界荷载加至3.88 MPa时,围岩塑性区开始发育,孔壁出现微小裂纹;到3.94 MPa时,塑性区快速扩展,裂纹扩展到整个孔壁;随后塑性区扩展速率减缓,围岩破坏相对稳定;当荷载加至4.44 MPa时,在较短时间和应力区间内,塑性区和残余区迅速扩展,裂纹迅速增加、贯通,孔壁出现明显破裂带,围岩破坏显著;此后荷载加至4.88 MPa的过程中,塑性区和残余区扩展缓慢,无明显破坏发生。该数值模拟与物理模拟结果和淮北青东矿839工作面的钻孔电视观测结果较为吻合,研究成果能够为区内勘探孔、水文孔的选址及钻进方案设计提供一定的理论依据和实践指导。

摘要： 针对固体火箭发动机翼柱型装药在点火载荷下结构完整性问题,提出了一种考虑三维损伤黏弹性本构性的数值模拟方法。基于商业有限元软件的二次开发平台,编写用户子程序,展开有限元数值计算,获取翼柱型装药在固化降温、点火载荷下装药结构的应力、应变与位移场分布。结果表明,在温度载荷与点火载荷下,药柱内表面变形模式是不同的。然而,不管在温度载荷或点火载荷下,在翼槽处装药Von Mise应力与Von Mises应变高于其他部位。此方法可应用于固体火箭发动机装药结构完整性安全评估。

摘要： 针对砂质地层中盾构连续下穿密集建筑物变形问题,考虑应变软化效应,依托南宁地铁5号线五一立交站—新秀公园站区间隧道工程,通过ABAQUS的VUMAT用户接口编程实现基于摩尔-库伦的应变软化本构模型,采用数值计算分析盾构连续下穿密集建筑物的地表变形及建筑物不均匀沉降规律。结果表明:应变软化本构模型能较真实地反映砂质地层的变形特性,计算结果与监测数据吻合良好;建筑物引起的沉降槽之间相互叠加导致周围地表沉降增大,且对地表纵向沉降影响明显,叠加效应随建筑物净距增大而减弱;盾构施工中建筑物的不均匀沉降值最大,前侧存在地面超载将导致该值增大;施工完成时的不均匀沉降与建筑物两侧地面超载分布形式关系密切,非对称较对称工况不均匀沉降更明显。

摘要： 含软弱夹层的顺层岩质滑坡是常见的地质灾害,研究其渐进破坏过程对于滑坡防治具有重要意义。基于软弱夹层的应变软化特性,推导了开挖工况下含软弱夹层的顺层岩质边坡渐进破坏的微分方程,并理论分析了渐进破坏的过程和阶段;对比摩尔-库伦本构模型下的数值计算结果,证明了应变软化摩尔-库伦本构模型能更准确地反映边坡软弱夹层的渐进破坏过程,并以实际工程案例进行了检验。研究结果表明:含软弱夹层的顺层岩质边坡的渐进破坏过程可分为初始、等速与加速变形3个阶段;在开挖工况下,破坏首先产生自坡脚,而后剪切破坏区不断扩展,沿软弱夹层延伸至坡顶,并在坡顶产生拉张破坏,边坡的整体破坏模式表现为滑移-拉裂式。

摘要： 为了反映土与结构接触面的应变软化特性以及剪切速率对土与结构接触面力学特性的影响,基于ABAQUS软件提供的FRIC子程序,采用显式积分算法,对能够表现接触面上应变软化的次加载面摩擦模型进行二次开发.利用该模型模拟土与结构接触面的直剪试验,研究直剪试验过程中次加载面摩擦模型接触面上的应力演变过程.研究结果表明,利用次加载面摩擦本构模型,能够较好地模拟土-结构接触面直剪试验中的应变软化和密实状态的类砂土残余切应力随剪切速率的增大而下降的现象.在剪切位移的发展过程中,次加载面摩擦模型接触面上的切应力先增加后减小,接触面远离加载端一侧到另一侧的应力发挥水平先后达到最大值.该研究表明,次加载面摩擦模型可以用于土与结构接触面的应变软化特性和速率相关性的模拟.

摘要： 为研究初期支护不同施作时间对围岩稳定性的影响,以某抽水蓄能电站地下厂房为例,建立三维有限元分析模型,基于岩石材料非线性本构关系,以掌子面与分析断面的距离为控制变量,对比分析不同支护方案下厂房顶拱层的围岩位移、应力及塑性区情况。结果表明,支护时间越滞后,围岩变形及塑性应变越大,衬砌和锚杆承受的荷载越小;支护过迟,则不利于控制围岩变形和充分发挥初期支护的作用。

摘要： 极弱胶结岩体成岩时间晚、胶结差、强度低、易风化、遇水泥化崩解,具有显著的峰后应变软化与体积扩容变形特性,这是造成极弱胶结地层巷道围岩产生大变形的主因.针对极弱胶结岩体应变软化与扩容特性,建立了考虑岩体应变软化与扩容特性的围岩弹塑性力学模型,分析了力学计算模型、扩容系数、软化系数及支护抗力对围岩塑性区范围与位移的影响规律.将围岩塑性区及位移的理论解答与数值计算结果进行了对比分析,验证了极弱胶结岩体扩容大变形本构模型的适用性.分析结果表明,考虑极弱胶结岩体的扩容和塑性软化特性使得分析更加合理准确,研究成果对极弱胶结地层巷道支护设计与施工具有一定指导意义.

摘要： 在密砂、坚硬黏土及原状土的强度试验中,土试样常表现为应变软化.随着应变的增加其抗剪强度降低,并且发生渐进破坏.土工试验方法标准明确规定,针对应变软化的土的应力与应变(位移)关系曲线,取应力峰值作为破坏点.采用峰值强度作为计算参数,应用传统的极限平衡法进行稳定分析验算时,通常土材料的渐进破坏过程,可能会对边坡稳定评价带来不利影响.基于有限元极限平衡法,提出考虑应变软化的边坡稳定分析方法,并通过算例分析证明该法的合理性.

摘要： 基于颗粒间的有限接触假设,提出了可表述颗粒间力、力矩传递的连接键模型.通过在连接键中引入考虑应变软化效应的Mohr-Coulomb准则及最大拉应力准则,实现了连接键的黏聚力及抗拉强度随连接键的等效塑性剪应变、等效塑性拉应变的线性衰减过程.利用上述连接键应变软化模型对岩石的单轴压缩过程进行了模拟,计算结果表明:岩石单轴压缩的应力应变曲线经历了线性上升、非线性上升、非线性下降及缓变等四个阶段,并给出了上述四个阶段与岩石内部损伤破裂状态的内在联系.计算结果还表明,随着软化系数的增大,岩石的破裂模式逐渐由拉剪复合型破裂向单一压剪型破裂转化;随着软化系数的增大,峰值强度及达到峰值强度时的应变均逐渐增大,但峰值时的破裂度及终态时的破裂度将逐渐减小.

摘要： FLAC3D软件中的应变软化本构模型是通过抗剪强度参数劣化来实现的，没有考虑变形模量劣化造成的影响。针对这一问题，采用了变形模量劣化的损伤本构模型，详细推导了劣化损伤本构模型的差分格式，研究该模型在FLAC3D中二次开发的流程，在VC++环境下实现了劣化损伤本构模型在FLAC3D中的二次开发；通过与深埋圆形洞室应变软化数值解算例对比，进一步验证了该模型弹塑性和损伤的力学性质，分析了变形模量劣化对围岩变形特性的影响。由于该模型能够反映围岩的劣化损伤特性和大变形特点，因此在工程应用中有一定的实用价值。

摘要： 随着大跨度岩石隧道的大量兴建，隧道围岩稳定性的合理分析显得非常重要。在隧道边墙附近低围压应力下，中等质量的岩体呈现出明显峰后强度损失，并且当应变足够大时，围岩达到残余强度。首先建立了M-C强度准则参数和ABAQUS线性D-P强度准则参数的转换方式，然后提出了用于隧道围岩稳定性分析的显式动力有限元分析方法。模拟中采用了与塑性应变有关的峰后强度参数。最后，根据一施工中的隧道地质条件为基础，采用不同的峰后强度参数进行了比较计算。计算结果显示，对所有的计算情况，即使峰值强度相同但当采用不同的峰后强度参数时，围岩的塑性区也显著不同。这表明当采用弹性一完全塑性模型时存在对围岩稳定性高估的风险。计算也显示显式动力有限元方法适用于围岩采用应变软化模型并且出现大范围塑性区的围岩稳定性计算。

摘要： 试验表明，随着围压增加，岩石峰后残余强度和割线模量增加，如何模拟围压对岩石峰后应变软化力学行为的影响是岩石峰后力学行为研究的关键。利用Z.Fang[1]提出的峰后强度下降指数描述围压对岩石峰后残余强度和割线模量的影响，与摩尔-库仑模型结合，建立了考虑围压影响的岩石峰后应变软化力学模型。在FLAC环境下，利用Fish函数方法开发了相应的数值计算程序。数值算例研究了Tennessee大理岩在不同围压下的应变软化过程，模拟结果与试验数据基本一致，表明建立的模型合理，可以应用于岩石峰后软化过程的模拟。

摘要： 本文基于颗粒尺度建立了考虑颗粒转动的粒状材料微观力学模型.以颗粒集合体为研究对象,考虑侧向作用和颗粒转动,基于热力学原理建立了加载过程中的力-位移、转角-位移关系式.加载过程分为三个阶段:弹性加载阶段、侧向支撑力屈服阶段和颗粒接触力矩屈服阶段.计算结果表明考虑颗粒转动的微观力学模型可以模拟加载过程中的弹性阶段、塑性硬化阶段和应变软化阶段.

摘要： 为了研究双相锆合金在变形过程中组织演变及力学性能变化规律，本文对商用Zr705 进行了冷轧变形，并进行了详细的组织观察和力学性能分析。通过分析发现，变形过程中a相和b相不仅发生了旋转，还发生了明显的塑性变形，统计得出变形量达到90%时，a相平均层片厚度从700nm 降低到65nm，b相从116nm 降低到50nm。未变形试样拉伸过程中出现明显加工硬化现象，而冷轧后的试样在达到抗拉强度后出现了应变软化的现象。冷轧后大量的位错聚集在两相的晶界处，提高了材料的动态回复能力，从而降低材料的加工硬化率，因此导致拉伸过程中较早的发生颈缩现象。再加上变形材料内部大量的位错，使得动态回复更加容易进行，两者共同作用使冷轧后材料拉伸过程出现应变软化现象。

摘要： 确定弹塑性材料结构的极限承载能力是中极其重要的一个问题，它通常是采用弹塑性非线性有限元方法来进行分析的。为了处理严重非线性特别是经常涉及材料软化段处理的结构非线性分析的问题，提出了一种新的数值算法-阻尼牛顿法来求解。通过引进阻尼因子α来自动调节塑性流动因子，以使刚度矩阵非奇异或病态性减弱。根据此算法，编制非线性有限元分析程序，进行了算例验证。数值实验表明，本文无论是对小步长还是大步长加载均有良好的收敛性，为进一步的结构非线性分析应用奠定了基础。

摘要： 确定弹塑性材料结构的极限承载能力是中极其重要的一个问题，它通常是采用弹塑性非线性有限元方法来进行分析的。为了处理严重非线性特别是经常涉及材料软化段处理的结构非线性分析的问题，提出了一种新的数值算法-阻尼牛顿法来求解。通过引进阻尼因子α来自动调节塑性流动因子，以使刚度矩阵非奇异或病态性减弱。根据此算法，编制非线性有限元分析程序，进行了算例验证。数值实验表明，本文无论是对小步长还是大步长加载均有良好的收敛性，为进一步的结构非线性分析应用奠定了基础。

摘要： 发明提供一种基于应变软化剪切本构模型和位移变化的结构面控制边坡稳定性动态评价方法。该方法包括滑坡调查、受力分析、建立抗滑力计算模型、计算临空面卸除荷载、确定结构面剪切本构方程、构建结构面控制边坡坡体运动方程和计算潜在滑体的位移过程曲线等步骤。该方法结合现场变形监测资料，可对结构面控制边坡的实时稳定性状态进行动态判别。根据滑体计算位移的收敛性，可对结构面控制岩质边坡的长期稳定性进行一定的预测。

摘要： 本发明公开了一种基于围岩应变软化特性的抗冲击地压支护及监控设备，具体包括以下步骤：对存在应变软化特性围岩的隧道内安装下支护底板，再在下支护底板的上端设置有外支护拱架，即先将外支护侧板安装在下支护底板上，再将支护顶板安装在外支护侧板上，并在支护顶板的外侧安装多组应变传感器。本发明所述的一种基于围岩应变软化特性的支护方法及监控支护设备，通过设置的外层检测机构和内层检测机构配合使用，可以对支护体两侧容易发生损坏的位置进行支护并进行实时监测，便于可以及时做到防护，并配合在固定锚杆的内部设置有第一传感光纤和支护顶板的外侧设置有应变传感器可以实时监测围岩内部应力与变化，可以对支护体周边区域进行连续监测。

摘要： 一种基于全流触探的饱和黏土试样强度及应变软化参数测量装置，属于岩土、地质和环境研究技术领域。该装置主要包括上覆压力加载系统与全流触探系统两部分。本发明主要针对饱和黏土应用全流触探仪对土体强度及应变软化参数测量中存在的土体不完全回流问题，应用传统固结仪工作原理，通过对土样竖向加压保证土体的回流，提高了全流触探仪在土体强度及应变软化参数测量方面的适用性，对实验研究及海洋工程设计具有重要的实用价值。应用该设备可对实验室土样以及海洋勘查中的原状土样进行测量，获得样本土样的不排水抗剪强度、充分扰动之后的土体强度以及土体的软化参数。最终为海底管线、海洋基础等设施的设计和稳定性评价提供可靠的土体材料参数。

摘要： 本发明公开了一种应变软化边坡的稳定性动态评价方法，包括以下步骤：(1)建立边坡模型，并确定线性应变软化摩尔‑库仑模型参数；(2)计算边坡模型的弹性初始应力场，再计算边坡模型各单元的弹塑性应力场；(3)计算边坡模型各单元的塑性剪应变值；(4)计算边坡模型的剪应变增量，并得到相应的边坡模型的抗剪强度参数和抗剪强度参数的时空分布规律；(5)对边坡岩土体的力学强度参数进行重新赋值，分析边坡模型的稳定性动态变化过程；(6)导出位移分布云图，并提取坐标，并在统计分析软件中通过最小二乘法进行拟合，最终拟合曲线即反应待分析边坡的潜在滑动面。本发明可得到边坡破坏过程中稳定性系数的动态变化情况与边坡的潜在滑动面。

摘要： 本发明公开了一种考虑应变软化的边坡稳定性分析方法、系统、设备及介质，考虑了岩土体的应变软化效应，并通过对峰值粘聚力、峰值内摩擦角、残余粘聚力、残余内摩擦角采用不同的折减系数进行折减，体现了这些参数在边坡失稳过程中的不同贡献程度，对贡献大的参数加大了折减比例；在传统双折减系数、一个折减比的基础上，引入四个折减系数、两个折减比，假定粘聚力参数等比例折减，推导了四个折减系数间的比例关系；利用四维空间坐标系中初始点的坐标关系，推导了综合安全系数的表达式，由此得到的综合安全系数小于传统等比例折减法的结果，提高了综合安全系数的准确性和可靠性，更加真实地反映了边坡岩土体稳定性。

摘要： 本发明公开了一种基于围岩应变软化特性的抗冲击地压支护及监控设备，具体包括以下步骤：对存在应变软化特性围岩的隧道内安装下支护底板，再在下支护底板的上端设置有外支护拱架，即先将外支护侧板安装在下支护底板上，再将支护顶板安装在外支护侧板上，并在支护顶板的外侧安装多组应变传感器。本发明所述的一种基于围岩应变软化特性的支护方法及监控支护设备，通过设置的外层检测机构和内层检测机构配合使用，可以对支护体两侧容易发生损坏的位置进行支护并进行实时监测，便于可以及时做到防护，并配合在固定锚杆的内部设置有第一传感光纤和支护顶板的外侧设置有应变传感器可以实时监测围岩内部应力与变化，可以对支护体周边区域进行连续监测。

摘要： 本公开提出了一种确定土工材料在应变软化界面中力学行为的方法及系统，本公开通过在土工材料拉伸试验和筋土直剪试验结果的基础上，建立适用于应变软化界面的本构模型，并建立了土工材料在应变软化界面中的荷载传递方程及其边界条件。通过求解荷载传递方程，可以定量分析应变软化界面中的土工材料受拉拔作用时，拉伸力、应变、位移和界面剪应力等力学指标在土工材料长度上的分布，有助于研究筋材在土中的受力变形和加筋土结构稳定性等工程问题，从而确定土工材料的质量状况，有效监测土工材料的性能，有利于提升建筑物的质量。

摘要： 发明提供一种基于应变软化剪切本构模型和位移变化的结构面控制边坡稳定性动态评价方法。该方法包括滑坡调查、受力分析、建立抗滑力计算模型、计算临空面卸除荷载、确定结构面剪切本构方程、构建结构面控制边坡坡体运动方程和计算潜在滑体的位移过程曲线等步骤。该方法结合现场变形监测资料，可对结构面控制边坡的实时稳定性状态进行动态判别。根据滑体计算位移的收敛性，可对结构面控制岩质边坡的长期稳定性进行一定的预测。

摘要： 一种基于全流触探的饱和黏土试样强度及应变软化参数测量装置，属于岩土、地质和环境研究技术领域。该装置主要包括上覆压力加载系统与全流触探系统两部分。本发明主要针对饱和黏土应用全流触探仪对土体强度及应变软化参数测量中存在的土体不完全回流问题，应用传统固结仪工作原理，通过对土样竖向加压保证土体的回流，提高了全流触探仪在土体强度及应变软化参数测量方面的适用性，对实验研究及海洋工程设计具有重要的实用价值。应用该设备可对实验室土样以及海洋勘查中的原状土样进行测量，获得样本土样的不排水抗剪强度、充分扰动之后的土体强度以及土体的软化参数。最终为海底管线、海洋基础等设施的设计和稳定性评价提供可靠的土体材料参数。

摘要： 一种基于全流触探的饱和黏土试样强度及应变软化参数测量装置，属于岩土、地质和环境研究技术领域。该装置主要包括上覆压力加载系统与全流触探系统两部分。本实用新型主要针对饱和黏土应用全流触探仪对土体强度及应变软化参数测量中存在的土体不完全回流问题，应用传统固结仪工作原理，通过对土样竖向加压保证土体的回流，提高了全流触探仪在土体强度及应变软化参数测量方面的适用性，对实验研究及海洋工程设计具有重要的实用价值。应用该设备可对实验室土样以及海洋勘查中的原状土样进行测量，获得样本土样的不排水抗剪强度、充分扰动之后的土体强度以及土体的软化参数。最终为海底管线、海洋基础等设施的设计和稳定性评价提供可靠的土体材料参数。