UH模型数值计算优化分析

1

作者 张奎 姚仰平 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第2期546-552,共7页

数值计算是进行岩土工程问题分析的重要工具,将统一硬化(UH)模型准确、高效地应用于岩土工程数值计算具有重要价值。基于此,研究分析了UH模型在理论继承性、加卸载判断、等效思想应用等方面的优越性,开发了UH模型图形用户界面(GUI)组件... 数值计算是进行岩土工程问题分析的重要工具,将统一硬化(UH)模型准确、高效地应用于岩土工程数值计算具有重要价值。基于此,研究分析了UH模型在理论继承性、加卸载判断、等效思想应用等方面的优越性,开发了UH模型图形用户界面(GUI)组件和用户自定义材料(UMAT)子程序,进而将UH模型有效嵌入有限元软件,并通过应用切线刚度矩阵的对称化方法及低压应力变换改进公式改进了数值计算的收敛性。将UH模型应用于地基荷载板试验模拟,发现UH模型计算所得荷载-沉降曲线与试验数据较为接近,体现了UH模型在地基变形计算中的可靠性。研究结果实现了UH模型数值计算功能的有效开发及计算方法的改进优化,对解决复杂岩土工程问题具有重要价值。 展开更多

关键词 数值计算 统一硬化模型 用户自定义材料 收敛性 地基承载力

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砂土的UH模型 被引量：33

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作者 姚仰平 刘林 罗汀 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期2147-2153,共7页

在UH(Unified Hardening,统一硬化)模型的基础上,通过分析砂土特性,建立了砂土的本构模型。该模型具有以下几个特点:1通过引入压硬性参量,模型可以描述在e–lnp空间内砂土的等向压缩线为曲线的特性;2通过引入剪胀性参数,模型可以合理描... 在UH(Unified Hardening,统一硬化)模型的基础上,通过分析砂土特性,建立了砂土的本构模型。该模型具有以下几个特点:1通过引入压硬性参量,模型可以描述在e–lnp空间内砂土的等向压缩线为曲线的特性;2通过引入剪胀性参数,模型可以合理描述砂土的剪胀特性,即松砂的特征状态应力比较大,密砂的特征状态应力比较小的特性;3通过引入临界状态参数来建立砂土的水滴形屈服面,模型可以合理描述临界状态线(CSL)在e–lnp空间内的位置。相对于UH模型,本文所提的砂土模型只增加了3个材料参数,且3个参数都可通过室内常规试验确定。最后,利用该模型对砂土排水和不排水试验进行预测,预测结果与试验结果吻合很好。 展开更多

关键词 砂土 压硬性 剪胀性 临界状态 uh模型

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基于考虑时间效应UH模型的一维固结分析 被引量：14

3

作者 胡晶 姚仰平 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1492-1498,共7页

结合考虑时间效应的统一硬化(UH)模型得到一维固结下土的一维应力-应变关系,以此建立一维固结控制微分方程,可以统一考虑土的主、次固结变形.采用差分方法对单面排水固结问题进行了分析,加载初期不透水层处存在有效应力减小的松弛现象,... 结合考虑时间效应的统一硬化(UH)模型得到一维固结下土的一维应力-应变关系,以此建立一维固结控制微分方程,可以统一考虑土的主、次固结变形.采用差分方法对单面排水固结问题进行了分析,加载初期不透水层处存在有效应力减小的松弛现象,推导了不透水层处有效应力随时间减小的公式并进行分析.随后,采用数值方法分析了次固结系数、超固结度、压缩回弹系数等因素对固结的影响规律,分析结果也验证了所得公式的结论.此外,通过室内试验对控制方程预测规律进行了验证分析.当主固结基本完成后,变形主要由次固结产生,基于这个条件推导了平均固结度与时间的关系,该公式可以用于计算固结基本完成需要的时间. 展开更多

关键词 统一硬化(uh)模型 蠕变 固结度 沉降变形 孔压

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基于UH模型的土体变形局部化分析

4

作者 胡晶 姚仰平 罗汀 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期94-98,共5页

应变局部化现象广泛地存在于超固结土和砂土的室内及现场试验中。当土体发生破坏时,土体变形往往集中在狭窄的带状区域,并且破坏面上的强度并非同时发挥。超固结度、围压、摩擦角、温度及加载应变率等因素的改变均可以使土体强度提高,... 应变局部化现象广泛地存在于超固结土和砂土的室内及现场试验中。当土体发生破坏时,土体变形往往集中在狭窄的带状区域,并且破坏面上的强度并非同时发挥。超固结度、围压、摩擦角、温度及加载应变率等因素的改变均可以使土体强度提高,但上述部分因素在提高土体强度的同时却可能对土体的稳定性产生不利影响,导致土体更易发生局部化破坏。因而基于UH模型(统一硬化模型),采用平面应变下的分叉理论解对土体局部化问题进行分叉分析,探究了超固结度、围压、临界状态应力比、温度及加载应变率对分叉应变影响,并对所得结果进行分析讨论。此外,通过有限差分方法在平面应变条件下对局部化现象进行数值模拟,上述影响因素的分析结果与理论解相一致。 展开更多

关键词 局部化 uh模型 硬化 分叉

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基于修正统一硬化模型的超固结非饱和红黏土边坡稳定分析 被引量：1

5

作者 柳伟 徐长节 +2 位作者 杜昊东 朱怀龙 王长虹 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1233-1241,共9页

在降雨和水位升降的联合作用下,库岸边坡易发生滑塌现象。采用理想弹塑性Mohr-Coulomb准则,在干湿循环作用下,分析库岸边坡的稳定性,难以反映边坡土的超固结消散等复杂力学特性。以江西省新干航电枢纽库岸边坡为背景,针对弱超固结非饱... 在降雨和水位升降的联合作用下,库岸边坡易发生滑塌现象。采用理想弹塑性Mohr-Coulomb准则,在干湿循环作用下,分析库岸边坡的稳定性,难以反映边坡土的超固结消散等复杂力学特性。以江西省新干航电枢纽库岸边坡为背景,针对弱超固结非饱和红黏土,开展非饱和直剪试验,采用反正切函数,描述吸力应力与基质吸力的数学物理关系,提出红黏土的超固结非饱和统一硬化(unified hardening,UH)模型。然后,在UH模型的基础上,采用C++语言,开发FLAC3D的应用程序;利用GeoStudio软件的SEEP/W模块,计算降雨入渗的非饱和渗流场;编写接口程序,导入FLAC3D,开展库岸边坡的稳定性计算。库岸边坡的水平位移明显大于经典的非饱和理想弹塑性模型计算结果,结果表明,修正UH模型能够合理地预测超固结非饱和红黏土库岸边坡的稳定性,为同类库岸边坡工程稳定性分析提供了参考。 展开更多

关键词 红黏土 统一硬化模型 吸力应力 超固结 边坡稳定分析

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山区机场高填方边坡稳定性分析

6

作者 冯兴 姚仰平 +2 位作者 张健 张献民 黄信 《力学与实践》 2024年第1期89-98,共10页

针对山区机场建设中的高填方边坡稳定性问题,本文解决了考虑含石量的统一硬化(unified hardening,UH)模型有限元强度折减法的关键问题:强度折减参数确定、安全稳定系数判断和初始地应力平衡方法确定。应用Mohr-Coulomb模型和考虑含石量... 针对山区机场建设中的高填方边坡稳定性问题,本文解决了考虑含石量的统一硬化(unified hardening,UH)模型有限元强度折减法的关键问题:强度折减参数确定、安全稳定系数判断和初始地应力平衡方法确定。应用Mohr-Coulomb模型和考虑含石量的UH模型对山区机场高填方边坡稳定性进行了有限元分析,比较分析了应用两种模型计算的边坡安全稳定系数、位移和应变,得出了机场高填方边坡的稳定性规律,说明了应用考虑含石量的UH模型进行机场高填方边坡稳定性分析的有效性。 展开更多

关键词 统一硬化模型 土石混合料 边坡 稳定性 强度折减法

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考虑指数渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析

7

作者 杨强 《力学与实践》 2024年第3期593-601,共9页

为深入探究饱和黏土地区砂井地基的固结机制,在Barron自由应变假定下,引入考虑时间效应的统一硬化(unified hardening,UH)模型描述土骨架的变形非线性关系,同时引入指数渗流方程代替Darcy定律,并考虑渗透系数变化及涂抹效应的影响,研究... 为深入探究饱和黏土地区砂井地基的固结机制,在Barron自由应变假定下,引入考虑时间效应的统一硬化(unified hardening,UH)模型描述土骨架的变形非线性关系,同时引入指数渗流方程代替Darcy定律,并考虑渗透系数变化及涂抹效应的影响,研究了土体非线性、施工扰动及外载荷等因素对砂井地基非线性固结过程的影响规律。结果表明:由于土体的黏滞效应,在加载前期,砂井地基不排水边界附近孔压出现升高现象,且考虑非Darcy渗流时上述现象更加明显,砂井地基固结速率也愈加缓慢。此外,涂抹区渗透系数的减小显著降低了砂井地基整体孔压消散速率,而外载荷的增大却加快了地基的固结进程。 展开更多

关键词 饱和黏土 砂井地基 流变固结 指数渗流 统一硬化模型 涂抹效应

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统一硬化本构在海上风电大直径单桩桩-土分析中的应用

8

作者 马兆荣 刘振韬 +1 位作者 王金玺 张友虎 《南方能源建设》 2024年第2期68-81,共14页

[目的]文章旨在推动海上风电基础的优化设计,将理论更加完善,模拟结果更加符合实际的高级岩土本构模型推广至实际工程应用。[方法]首先介绍了一种高级本构模型:UH模型(Unified Hardening model,统一硬化本构模型)的理论框架,随后对其进... [目的]文章旨在推动海上风电基础的优化设计,将理论更加完善,模拟结果更加符合实际的高级岩土本构模型推广至实际工程应用。[方法]首先介绍了一种高级本构模型:UH模型(Unified Hardening model,统一硬化本构模型)的理论框架,随后对其进行了面向实际工程应用需求的修正,最后将修正后的模型应用在大直径单桩桩-土分析中,并对结果进行了宏观和单元层面的分析以验证其有效性与实用性。[结果]经过修正和验证,得到了适用于实际工程问题的UH_G0模型。该模型将原始UH模型中的参数“初始孔隙比”替换为“超固结比”;并引入Andersen经验公式,将剪切模量与本构参数κ解耦,显著提升了原始UH模型的初始剪切刚度,使得UH模型对变形(刚度)敏感的边值问题具有适用性。[结论]UH模型作为理论框架清晰,参数物理意义明确的高级本构模型具有较好的实际工程应用潜力。研究进行的面向工程设计需求的两项修正是必要的,二者分别提高了UH模型实际应用于边值问题的便捷性和初始刚度计算的准确性。修正后的UH_G0模型在有限元模拟过程中表现出对实际工程问题良好的有效性与实用性。 展开更多

关键词 海上风电 统一硬化本构模型 大直径单桩基础 桩-土分析

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土体热力学本构模型的改进、验证及有限元分析 被引量：5

9

作者 孔亮 李学丰 赵占兵 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期1595-1601,共7页

首先给出了建立土体弹塑性本构模型的热力学方法的基本思路,它不仅具有紧凑的数学结构,而且能自动满足热力学定律,具有较严密的数学物理基础。随后在简要介绍与分析Collins的热力学土体模型的基础上,针对其硬化定律的不足,引入统一硬化... 首先给出了建立土体弹塑性本构模型的热力学方法的基本思路,它不仅具有紧凑的数学结构,而且能自动满足热力学定律,具有较严密的数学物理基础。随后在简要介绍与分析Collins的热力学土体模型的基础上,针对其硬化定律的不足,引入统一硬化参量对其进行改进,从而将该模型扩展为既能反映砂土剪胀等变形特性,又适用于黏土的统一热力学模型。编制了改进前、后的土体热力学模型的试验验证程序与有限元程序,通过对计算结果的对比分析,初步验证了模型的适应性与有效性。 展开更多

关键词 本构模型 热力学 弹塑性 统一硬化参数 剪胀

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特殊应力路径下岸坡饱和土体变形特性模拟 被引量：3

10

作者 陈勇 杨迎 曹玲 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期672-677,684,共7页

库岸边坡土体受到库水位涨落的周期性影响,其受力过程可描述为在前期固结压力范围内有效应力的多次循环加、卸载过程。通过室内应力路径三轴试验模拟土体孔隙水压力的循环加、卸载,并通过对统一硬化模型的扩展和加、卸载准则的修正,来... 库岸边坡土体受到库水位涨落的周期性影响,其受力过程可描述为在前期固结压力范围内有效应力的多次循环加、卸载过程。通过室内应力路径三轴试验模拟土体孔隙水压力的循环加、卸载,并通过对统一硬化模型的扩展和加、卸载准则的修正,来预测土体的变形发展规律,研究结果表明:循环加、卸载过程中,土体的体积变形呈周期性弹性变化,剪应变呈螺旋上升趋势且增幅随循环次数逐渐减小;卸围压屈服阶段,土体变形呈现体积膨胀的剪胀特征和剪应变增幅加快的脆变趋势,且土体剪切变形在6%左右时即出现实测孔压骤减和峰值强度点;建立压缩曲线系数与加、卸载次数的关系,并修正超固结土的加、卸载准则,扩展后的统一硬化模型能够较好地预测特殊应力路径下岸坡饱和土体的变形特性。 展开更多

关键词 循环加卸载 应力路径 统一硬化模型 加卸载准则

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循环荷载作用下考虑Hansbo渗流的饱和黏土固结分析 被引量：1

11

作者 时刚 朱邦华 张玉蓉 《力学与实践》 北大核心 2021年第1期26-37,共12页

针对传统一维Terzaghi固结理论的局限性,本文引入了考虑时间效应的UH (unified hardening)本构模型,将Hansbo渗流模型耦合到UH本构模型固结方程中,建立了几种典型循环荷载作用下基于UH模型和考虑Hansbo渗流模型的固结方程。采用FlexPDE... 针对传统一维Terzaghi固结理论的局限性,本文引入了考虑时间效应的UH (unified hardening)本构模型,将Hansbo渗流模型耦合到UH本构模型固结方程中,建立了几种典型循环荷载作用下基于UH模型和考虑Hansbo渗流模型的固结方程。采用FlexPDE软件进行了数值分析,将计算结果与已有文献结果对比,验证了该算法的可靠性。在此基础上,研究了饱和黏土在几种典型循环荷载作用下的渗流固结特性,分析了各模型参数对饱和黏土固结特性的影响。结果表明:在循环荷载作用下,地基的平均固结度、沉降量等始终处于循环状态;Hansbo渗流模型参数对平均固结度的影响相对于Darcy渗流参数影响程度较大,其中UH模型中次固结系数对固结过程影响程度较大。另外,Hansbo渗流参数及土的回弹指数和渗透指数等对固结过程的影响主要体现在中期,固结过程后期将处于稳定循环状态。 展开更多

关键词 饱和黏土 循环荷载 Hansbo渗流 uh(unified hardening)模型

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山区机场高填方地基变形分析 被引量：7

12

作者 冯兴 姚仰平 +1 位作者 李汝宁 张献民 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2013-2023,共11页

目前山区机场大量采用高填方工程,高填方地基沉降变形问题是个亟待解决的重要问题。首先,基于统一硬化(UH)模型,通过研究含石量与内摩擦角和黏聚力的关系,并基于扩展SMP准则和变换应力,将含石量引入到UH模型中,建立了考虑含石量的UH模型... 目前山区机场大量采用高填方工程,高填方地基沉降变形问题是个亟待解决的重要问题。首先,基于统一硬化(UH)模型,通过研究含石量与内摩擦角和黏聚力的关系,并基于扩展SMP准则和变换应力,将含石量引入到UH模型中,建立了考虑含石量的UH模型;应用当前屈服面与平均主应力轴交点的变化规律作为考虑含石量UH模型加卸载的判断准则,实现了硬化和软化的统一考虑;采用半隐式回映应力更新算法,将加卸载判断准则应用到应力更新算法中,实现了考虑含石量UH模型的有限元应用。其次,应用考虑含石量UH模型的有限元程序,对土石混合料的大型三轴试验进行了计算分析,计算结果和实测结果进行对比,验证了有限元程序的有效性。最后,应用考虑含石量UH模型的有限元程序,对山区机场高填方地基进行了三维有限元分析,得到了地基沉降监测点的竖向位移随时间的变化曲线,并与不考虑含石量UH模型、修正剑桥(MCC)模型计算得到的曲线及工程实测数据进行了比较,得到了高填方地基的竖向位移云图、侧向位移云图、孔隙水压力云图和超静孔隙水压力随时间的变化曲线,从而得到了机场高填方地基的位移和超静孔隙水压力变化规律,说明了考虑含石量UH模型在分析山区机场高填方地基变形方面的合理性。 展开更多

关键词 统一硬化(uh)模型 含石量 有限元 高填方 地基变形

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胶结结构性土统一硬化模型 被引量：9

13

作者 祝恩阳 李晓强 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期112-122,共11页

结构性土颗粒间的胶结使试样剪切破坏最终应力比高于相应重塑土,也限制了试样剪切时体积应变的自由发挥。在考虑结构垮塌为主的结构性土统一硬化(UH)模型基础上,将应力空间中静止的临界状态线扩展为动态的移动临界状态线。据此,通过建... 结构性土颗粒间的胶结使试样剪切破坏最终应力比高于相应重塑土,也限制了试样剪切时体积应变的自由发挥。在考虑结构垮塌为主的结构性土统一硬化(UH)模型基础上,将应力空间中静止的临界状态线扩展为动态的移动临界状态线。据此,通过建立新的屈服面方程并修正剪胀方程,将结构性土统一硬化(UH)模型扩展为胶结结构性土统一硬化(UH)模型。相对于原模型,新模型增加了1个模型参数,即初始胶结应力,反映土颗粒之间的初始胶结作用。通过4种结构性土试验数据与模型预测对照表明:所提模型能够较合理地描述结构性土等向压缩、常规三轴排水与不排水剪切等特性。 展开更多

关键词 结构性土 胶结 移动临界状态线 本构模型 统一硬化模型

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非均匀强化塑性模型的统一弹塑性本构关系 被引量：1

14

作者 宁玮 魏雪英 赵均海 《长安大学学报（建筑与环境科学版）》 2004年第3期4-6,共3页

介绍了三参数统一强度理论和非均匀强化塑性模型 ,并利用三参数统一强度理论对非均匀强化塑性模型进行推导 ,得出了其在强化过程中的弹塑性本构关系。所得模型考虑了材料的拉伸强度与压缩强度不等、双轴等压强度与单轴等压强度不等的情... 介绍了三参数统一强度理论和非均匀强化塑性模型 ,并利用三参数统一强度理论对非均匀强化塑性模型进行推导 ,得出了其在强化过程中的弹塑性本构关系。所得模型考虑了材料的拉伸强度与压缩强度不等、双轴等压强度与单轴等压强度不等的情况。当取不同的参数 b和 α时 ,该本构关系退化为 Mohr- Coulomb、Tresca和双剪强度理论等在非均匀强化塑性模型下的本构体系 ,因而可以适用于各类工程材料和不同的受力情况 ,有重要的工程应用价值。 展开更多

关键词 本构关系 弹塑性 统一强度理论 三参数 单轴 双剪强度理论 工程材料 非均匀 推导 受力情况

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基于耗散能的海洋K0固结土统一修正剑桥模型 被引量：2

15

作者 吴有平 伏亮明 +2 位作者 周轩漾 胡达 黄礼胜 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2021年第1期129-136,共8页

在海上风电桩基工程计算时,为方便土体本构关系的使用,减少土工参数的选取,对修正剑桥模型进行了改进。首先根据海洋工程中桩周土体通常为K_0固结饱和土的特点,在修正剑桥模型的基础上,引入相变参数,推导出适用于剪胀性土体的屈服面函数... 在海上风电桩基工程计算时,为方便土体本构关系的使用,减少土工参数的选取,对修正剑桥模型进行了改进。首先根据海洋工程中桩周土体通常为K_0固结饱和土的特点,在修正剑桥模型的基础上,引入相变参数,推导出适用于剪胀性土体的屈服面函数;然后参考统一硬化模型的研究理念,引入耗散功作为硬化参量,结合传统弹塑性理论,对Collins的热力学土体模型进行改进,提出了一种同时适用于砂土与黏土的新的统一修正剑桥模型;最后采用2个案例进行验证。研究结果表明:提出的本构模型具有计算精度高、选用计算参数少且物理意义明确的特点,可为海洋工程基础的相关计算提供参考。 展开更多

关键词 海洋土体 K_0固结 耗散功 硬化参量 统一修正剑桥模型

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基于统一硬化参量的海洋K_(0)固结土动力本构模型

16

作者 吴有平 伏亮明 +2 位作者 胡达 张靖 黎永索 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第1期213-219,共7页

为方便海洋工程中桩土相互作用计算,根据海洋K_(0)固结土体特性,对现有相关土体本构模型进行简化。在修正剑桥模型的基础上,基于热力学理论,选用耗散功作为硬化参量,结合原状土体的固结属性,推导了适用于黏土与砂土的统一硬化模型。在... 为方便海洋工程中桩土相互作用计算,根据海洋K_(0)固结土体特性,对现有相关土体本构模型进行简化。在修正剑桥模型的基础上,基于热力学理论,选用耗散功作为硬化参量,结合原状土体的固结属性,推导了适用于黏土与砂土的统一硬化模型。在此基础上,通过采用旋转硬化与等向硬化相结合的硬化理论来表征K_(0)固结土在循环荷载作用下的硬化规律,同时引入屈服面收缩参数Θ来描述循环荷载加载过程中土体屈服面的演化特性,进而建立了循环荷载下海洋K_(0)固结土体统一硬化模型。为验证本文提出的本构模型的合理性,开展了2个案例的对比研究,研究结果表明:新提出的统一硬化模型的计算值与实测值吻合,选用的计算参数少且物理意义明确。 展开更多

关键词 循环荷载 海洋K_(0)固结土 统一硬化模型 耗散功

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