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基于符号回归算法的结构性砂土损伤规律研究
1
作者 蒋明镜 张卢丰 +1 位作者 韩亮 姜朋明 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3768-3778,共11页
破损参数是用来描述岩土材料由胶结状态向无胶结状态转化的变量,合理地描述结构性土的破损演化规律是建立结构性土本构模型的关键。目前,大多损伤规律的研究先假设破损参数的表达式,随后通过拟合室内试验结果获取相关参数,从而确定损伤... 破损参数是用来描述岩土材料由胶结状态向无胶结状态转化的变量,合理地描述结构性土的破损演化规律是建立结构性土本构模型的关键。目前,大多损伤规律的研究先假设破损参数的表达式,随后通过拟合室内试验结果获取相关参数,从而确定损伤规律,这些损伤规律的合理性及适用性有待验证。为得到统一的具有微观意义的结构性砂土损伤规律显式数学表达式,提出了一种基于符号回归的损伤规律预测模型。首先,基于具有微观物理意义的破损参数定义式,建立不同离散元(distinct element method,DEM)损伤数据库。其次,采用组合输入变量的方法在等向压缩和等p真三轴压缩应力路径上进行参数筛选(p为平均有效应力),结合基于遗传编程的符号回归(genetic programming-based symbolic regression,GPSR)算法,得到不同复杂度的损伤表达式。最终对比不同表达式的预测误差和泛化误差,选择表现最好的表达式为结构性砂土损伤规律,即GPSR损伤规律。对比前人经典损伤规律表达式,在不同DEM损伤数据库上进行适用性分析。结果表明,GPSR损伤规律将破损参数表示为塑性偏应变εs、归一化的平均有效应力p/py以及中主应力系数b的函数,可以很好地反映结构性土向重塑土转变的过程;GPSR损伤规律在不同损伤数据库上良好的预测精度进一步证明了其在不同岩土材料上的适用性。研究成果对建立结构砂土本构模型具有一定参考价值。 展开更多
关键词 结构性砂土 离散单元法 机器学习 符号回归 损伤规律
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不同沉积方向各向异性结构性砂土离散元力学特性分析 被引量：15
2
作者 蒋明镜 付昌 +1 位作者 刘静德 张伏光 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期138-146,共9页
为探究沉积方向对各向异性结构性砂土力学特性的影响,首先采用椭圆颗粒生成两种不同沉积方向(水平与竖直)的各向异性净砂样,其次,引入一个考虑胶结厚度影响的微观胶接触模型从而生成各向异性结构性砂土。最后,对两种各向异性结构性砂土... 为探究沉积方向对各向异性结构性砂土力学特性的影响,首先采用椭圆颗粒生成两种不同沉积方向(水平与竖直)的各向异性净砂样,其次,引入一个考虑胶结厚度影响的微观胶接触模型从而生成各向异性结构性砂土。最后,对两种各向异性结构性砂土试样进行双轴压缩试验,并将水平沉积试样试验结果与室内试验结果对比验证该模型的可行性。同时,将两种不同方向试样的试验结果进行对比以探究沉积方向的影响。结果表明:两种试样应力–应变关系均呈软化及剪胀现象,水平沉积试样峰值偏应力较竖直沉积试样大,而二者残余阶段偏应力无明显差别;水平沉积试样临界孔隙比较竖直沉积试样大;胶结破坏速率及胶结破坏率变化与宏观力学特性变化相对应,且变化规律基本相同;水平方向沉积试样的胶结接触主方向始终保持竖直而竖直沉积试样的胶结接触主方向始终保持水平;在水平沉积试样中始终为水平分布颗粒长轴分布主方向,而竖直沉积试样中颗粒长轴逐渐向各向同性分布靠近。 展开更多
关键词 各向异性结构性砂土 椭圆颗粒 不同沉积方向 宏微观力学特性 离散单元法
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各向异性结构性砂土离散元分析 被引量：7
3
作者 蒋明镜 付昌 +1 位作者 刘静德 李涛 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期577-584,共8页
天然沉积砂土力学特性受各向异性及结构性影响明显,实际工程中不能忽视。为探究二者的影响,首先在二维离散元程序NS2D中采用椭圆颗粒模拟了重力场中颗粒长轴主方向为水平的各向异性净砂样,随后基于结构性砂土胶结厚度分布规律及室内试... 天然沉积砂土力学特性受各向异性及结构性影响明显,实际工程中不能忽视。为探究二者的影响,首先在二维离散元程序NS2D中采用椭圆颗粒模拟了重力场中颗粒长轴主方向为水平的各向异性净砂样,随后基于结构性砂土胶结厚度分布规律及室内试验提出了一个新的微观胶结接触模型并将其引入各向异性净砂样以模拟天然各向异性结构性砂土,最后对该离散元试样进行了双轴试验模拟,将模拟结果与室内试验结果对比以验证该模型的适用性,并对其微观力学特性变化进行研究。分析结果表明,随着剪切进行,各向异性结构性砂土呈明显应变软化及剪胀现象;胶结接触逐渐减少,且主方向始终为竖向方向;胶结破坏速率及胶结破坏率变化情况与宏观力学响应较一致,且胶结物多为拉剪破坏;土颗粒排列主方向始终为水平向,且水平向排列颗粒所占比例略微增大。 展开更多
关键词 各向异性结构性砂土 椭圆颗粒 宏微观力学特性 离散单元法
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结构性砂土粒间胶结效应的二维数值分析 被引量：14
4
作者 蒋明镜 孙渝刚 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1246-1253,共8页
将理想胶结颗粒接触力学特性的测试结果引入到离散元胶结接触模型中,对结构性砂土粒间胶结效应进行离散元数值模拟。首先,胶结颗粒被理想化为两铝棒在指定部位形成胶结,通过一系列加载试验(拉伸、压缩、压剪)获得胶结铝棒在不同应力路... 将理想胶结颗粒接触力学特性的测试结果引入到离散元胶结接触模型中,对结构性砂土粒间胶结效应进行离散元数值模拟。首先,胶结颗粒被理想化为两铝棒在指定部位形成胶结,通过一系列加载试验(拉伸、压缩、压剪)获得胶结铝棒在不同应力路径下的接触力学响应。随后,将测试结果提炼总结后引入到自行开发的二维离散元程序NS2D中,用以模拟不同初始密度和胶结强度的结构性砂土等向压缩试验。最后,通过与人工胶结砂土的试验数据进行比较,对文中的数值模拟结果进行验证。研究表明:离散元数值模拟能够有效的捕捉结构性砂土的主要力学特性,即屈服强度和体积模量均随初始密度和胶结强度的变化而变化,且胶结试样的屈服强度与试样内部颗粒间胶结点破坏率密切相关。 展开更多
关键词 结构性砂土 理想胶结颗粒 接触力学特性 离散单元法
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考虑胶结厚度影响的结构性砂土三维胶结接触模型 被引量：4
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作者 蒋明镜 张伏光 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期1-9,共9页
旨在提出考虑胶结厚度影响的三维胶结接触模型,并用于结构性砂土宏观力学特性的离散元模拟。首先,结合结构性砂土内胶结物质的力学性质与存在形式,通过简化水泥胶结铝棒接触力学特性的实测结果,提炼出用于模拟结构性砂土颗粒间胶结作用... 旨在提出考虑胶结厚度影响的三维胶结接触模型,并用于结构性砂土宏观力学特性的离散元模拟。首先,结合结构性砂土内胶结物质的力学性质与存在形式,通过简化水泥胶结铝棒接触力学特性的实测结果,提炼出用于模拟结构性砂土颗粒间胶结作用的三维胶结接触模型;其次,将该胶结模型植入三维离散元商业软件PFC3D,进行拉伸、压缩以及剪切试验的双球验证;最后,使用PFC3D对2%水泥含量的胶结砂土在不同围压条件下的三轴压缩试验进行模拟。结果表明:引入胶结接触模型的离散元数值试验可以较好地反映室内试验中胶结砂土的宏观力学特性。 展开更多
关键词 结构性砂土 胶结接触模型 胶结厚度 离散元
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相对密实度对结构性砂土动剪切模量和阻尼比影响的试验研究 被引量：2
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作者 赵云辉 孟凡超 郑志华 《工程抗震与加固改造》 北大核心 2022年第1期152-159,共8页
利用GCTS共振柱系统,开展了一系列人工结构性砂土的动力特性试验,研究了相对密实度对结构性砂土动剪切模量和阻尼比的影响。研究结果表明:相对密实度对结构性砂土的动剪切模量、阻尼比和最大动剪切模量均有影响,而动剪切模量比基本不受... 利用GCTS共振柱系统,开展了一系列人工结构性砂土的动力特性试验,研究了相对密实度对结构性砂土动剪切模量和阻尼比的影响。研究结果表明:相对密实度对结构性砂土的动剪切模量、阻尼比和最大动剪切模量均有影响,而动剪切模量比基本不受其影响。结构性砂土的动剪切模量和最大动剪切模量随着相对密实度的增加而变大;阻尼比随着相对密实度的增加而减小,但受其影响程度有限。建立了最大动剪切模量随相对密实度变化的关系式,并给出了相关参数。通过将部分工况下的结构性砂土与其重塑土进行对比试验,验证了结构性对砂土的动剪切模量和阻尼比都有显著的影响。最后给出了考虑砂土结构性动剪切模量比增大幅度、阻尼比减小幅度和最大动剪切模量增大幅度的推荐值,可供工程实际参考。 展开更多
关键词 相对密实度 结构性砂土 共振柱 动剪切模量 阻尼比
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结构性砂土静力触探试验离散元分析 被引量：7
7
作者 刘笋 蒋明镜 +1 位作者 付昌 朱俊高 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期933-942,共10页
为研究结构性砂土静力触探的宏微观力学特性,在10 g重力场中生成一个净砂地基;将一个考虑胶结厚度的微观胶结接触模型引入到净砂地基中以生成结构性砂土地基;用一定速率移动探杆以模拟结构性砂土中的静力触探过程,其中,探杆由4面刚性墙... 为研究结构性砂土静力触探的宏微观力学特性,在10 g重力场中生成一个净砂地基;将一个考虑胶结厚度的微观胶结接触模型引入到净砂地基中以生成结构性砂土地基;用一定速率移动探杆以模拟结构性砂土中的静力触探过程,其中,探杆由4面刚性墙组成。结果表明,随着贯入深度的增加,锥尖贯入阻力逐渐增大,增长速度逐渐减慢,在达到临界深度后贯入阻力在某一定值附近波动;锥尖部位有明显的力链集中现象,力链的集中程度和范围会随着贯入深度的增加而逐渐提高和扩大;静力触探过程中,探杆两侧的土体经历了明显的加载和卸载过程,且土体主应力方向发生偏转;离探杆越远,主应力偏转速度越慢,最终偏转角越小;不同深度处平均纯转动率(APR)的变化趋势基本相同,而APR最大值会随着土体深度而逐渐增加;探杆的贯入会使土颗粒间胶结发生破坏,胶结的破坏形式主要有拉剪破坏和压剪破坏两种,而拉剪破坏数目要比压剪破坏数目多。 展开更多
关键词 静力触探试验 结构性砂土 离散单元法 宏、微观力学特性
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结构性砂土力学特性三维离散元分析 被引量：11
8
作者 蒋明镜 石安宁 +1 位作者 刘俊 张伏光 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A02期1-4,共4页
利用离散元法对结构性砂土的三轴试验进行了三维数值模拟并对其宏观特性进行了分析。首先将考虑胶结尺寸(宽度和厚度)的三维胶结接触模型导入离散元软件PFC3D中,对结构性砂土数值试样进行三轴试验数值模拟;然后对比分析离散元模拟与室... 利用离散元法对结构性砂土的三轴试验进行了三维数值模拟并对其宏观特性进行了分析。首先将考虑胶结尺寸(宽度和厚度)的三维胶结接触模型导入离散元软件PFC3D中,对结构性砂土数值试样进行三轴试验数值模拟;然后对比分析离散元模拟与室内试验结果;最后从宏观力学角度对试验结果进行了分析。离散元模拟结果表明:结构性砂土与无胶结松散砂土表现不同,其在低围压时表现出应变软化和体积剪胀特征,并随胶结含量的增加或围压的减少而愈发显著,在高围压时则呈应变硬化和体积剪缩现象;低平均应力时,随胶结含量的增加,试样峰值内摩擦角、黏聚力以及内摩擦角均增加,其中黏聚力增加较为明显,随着平均应力的增加,峰值强度包线逐渐趋向于无胶结土。 展开更多
关键词 结构性砂土 三轴试验 离散元法 应力–应变关系 强度包线
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