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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 土的本构模型2

1.2.1 土的弹性模型2

1.2.2 土的弹塑性模型3

1.2.3 土的损伤模型7

1.3 土体剪切带形成的理论研究8

1.3.1 传统土力学理论8

1.3.2 局部化分叉理论(Localization and bifurcation theory)10

1.3.3 损伤理论11

1.3.4 非共轴流动理论12

1.3.5 Cosserat 理论12

1.3.6 非局部理论(Non-local theory)13

1.3.7 梯度塑性理论14

1.3.8 复合体理论14

1.3.9 广义孔隙压力理论15

1.4 应变局部化问题的数值模拟分析15

1.4.1 常规弱单元法15

1.4.2 水土耦合有限元方法15

1.4.7 混合单元法16

1.4.6 自适应有限元法16

1.4.8 有限差分法16

1.4.3 离散单元法16

1.4.5 附加应变法16

1.4.4 最小二乘回归法16

1.5 本书的主要内容简介17

参考文献18

第1部分 土的剪切带形成的试验研究23

第2章 上海粘性土和高岭土的剪切带的试验研究23

2.1 引言23

2.2 同济大学平面应变仪25

2.2.1 仪器的主要结构26

2.2.2 仪器特点和主要功能29

2.3 同济大学平面应变压缩试验的步骤及数据处理29

2.3.1 试验步骤29

2.3.2 试验数据的整理31

2.4 同济大学平面应变仪的边界条件32

2.5 上海天然粘性土的结构特点33

2.5.1 天然粘性土的结构性33

2.6.1 试验土样34

2.6 上海粘性土平面应变不排水压缩试验34

2.5.2 三向应力状态(特别是中主应力)对土性的影响34

2.5.3 土的各向异性的影响34

2.6.2 试验步骤35

2.6.3 试验结果36

2.7 上海粘性土平面应变不排水压缩试验结果分析40

2.7.1 试样破坏形态描述40

2.7.2 不同固结压力下的应力应变特性42

2.7.3 局部分叉应变与剪切带形成时的应变特性44

2.7.4 剪切带的倾角46

2.7.5 剪切带内部剪胀角48

2.7.6 孔隙水压力的变化特性50

2.8 新加坡国立大学(NUS)的高岭土试验结果的分析51

2.8.1 高岭土的平面应变试验51

2.8.2 高岭土的三轴试验51

2.8.3 NUS 高岭土的平面应变和三轴试验主要结果汇总54

2.9 日本 L.C.Kurukulasuriya 等的高岭土的试验结果分析56

2.9.1 高岭土的平面应变试验56

2.9.2 高岭土的三轴试验58

2.9.3 日本 L.C.Kurukulasuriya 等高岭土的平面试验和三轴试验主要结果汇总58

2.10 结束语60

附录61

附录 A 新加坡国立大学(NUS)的平面应变仪61

附录 B Vardoulakis 和 Drescher 的平面应变仪65

参考文献66

第3章 砂土的剪切带的试验研究69

3.1 引言69

3.2 砂土的直剪试验69

3.3 砂土的三轴试验70

3.3.1 砂土的三轴压缩试验70

3.3.2 砂土的三轴拉伸试验72

3.4 砂土的真三轴试验78

3.5 砂土的平面应变试验82

3.6 砂土的其他试验87

3.7 砂土的剪切带的倾角和厚度88

3.7.1 砂土的剪切带的倾角88

3.7.2 砂土的剪切带的厚度92

3.8 结束语93

参考文献93

第4章 弹塑性模型的非共轴修正对剪切带形成的研究98

4.1 引言98

第2部分 土的弹塑性模型及其对剪切带形成的研究98

4.2 传统塑性理论的塑性流动的共轴性假设和非共轴性修正99

4.2.1 传统塑性理论的塑性流动的共轴性假设99

4.2.2 传统塑性理论的非共轴修正101

4.3 上海粘性土的真三维弹塑性模型及其非共轴修正102

4.3.1 考虑π平面上形状函数的有限应变的三维弹塑性模型103

4.3.2 考虑π平面上形状函数的有限应变的三维弹塑性模型的非共轴修正107

4.3.3 考虑π平面上形状函数的有限应变的三维非共轴弹塑性模型参数的确定109

4.4.1 场方程110

4.4 不排水平面应变条件下剪切带形成条件及非共轴项的影响110

4.4.2 本构方程111

4.4.3 非共轴项对剪切带形成的影响112

4.5 结束语116

附录117

附录 C 软土三维弹塑性模型117

附录 D 式(4-73)的推导124

参考文献125

5.2.1 中主应力比 b=0.5情况下主应力轴旋转的变形分析127

5.2 主应力轴旋转引起的变形分析127

第5章 主应力轴旋转条件下的各向异性引起的非共轴性对剪切带形成的影响127

5.1 引言127

5.2.2 不同中主应力比情况下 R-旋转的变形分析129

5.3 主应力轴旋转引起的非共轴性对剪切带形成的影响分析132

5.3.1 有限应变的各向异性本构模型132

5.3.2 主应力轴旋转对剪切带形成的影响133

5.4 结束语137

参考文献137

6.1 引言138

6.2 横观各向同性弹塑性模型138

第6章 横观各向同性弹塑性模型对剪切带形成的研究138

6.3 横观各向同性弹塑性模型的参数选择140

6.4 横观各向同性弹塑性模型对剪切带形成的研究143

6.5 结束语144

参考文献145

第3部分 土的剪切带形成的数值模拟分析146

第7章 上海弹塑性模型在不排水条件下对剪切带形成的数值模拟分析146

7.1 引言146

7.2 比奥固结理论耦合三维共轴和非共轴弹塑性模型的有限元方程147

7.2.1 有限元分析的基本控制方程147

7.2.2 比奥固结理论耦合三维共轴和非共轴弹塑性模型的有限元方程148

7.3 比奥固结理论耦合三维共轴和非共轴弹塑性模型的有限元程序框图149

7.4 上海弹塑性模型的有限元的数值模拟151

7.4.1 有限元网格划分和引入缺陷单元152

7.4.2 弹塑性模型参数的选取152

7.5 上海弹塑性模型的有限元数值模拟的计算结果153

7.5.1 在试样内部引入缺陷单元(共轴和非共轴)153

7.5.2 在试样边界上引入四类缺陷单元(共轴和非共轴)155

7.5.3 不同局部化变形模式下的载荷与位移关系157

7.6 结束语158

参考文献159

8.2.1 试验仪器160

8.2.2 粘土试样和试验条件160

第8章 剑桥弹塑性模型在不排水条件下对剪切带形成的数值模拟分析160

8.2 日本粘土的三轴压缩试验160

8.1 引言160

8.2.3 剪切带形成过程的观察161

8.2.4 剪切带形成的周期性162

8.3 剑桥弹塑性模型的水土耦合有限变形的有限元方程164

8.4 剑桥弹塑性模型的有限元的数值模拟(一)167

8.4.1 有限元网格划分和边界缺陷单元167

8.4.3 数值模拟计算结果的分析168

8.4.2 模型参数的选取168

8.5 剑桥弹塑性模型的有限元的数值模拟(二)170

8.5.1 有限元网格划分和内部缺陷单元170

8.5.2 模型参数的选取170

8.5.3 数值模拟计算结果的分析171

8.6 结束语172

参考文献173

第4部分 土的剪切带研究在工程中的应用174

第9章 美国 MIT 路堤预测的事后再分析174

9.1 引言174

9.2.1 MIT 路堤的土工试验资料175

9.2 MIT 路堤的基本情况175

9.2.2 MIT 路堤的现场破坏情况180

9.3 对预测者的要求182

9.4 预测结果和实测结果的对比182

9.5 共轴模型和非共轴三维弹塑性模型对 MIT 路堤的再预测和分析183

9.5.1 共轴模型和非共轴三维弹塑性模型参数的选取183

9.5.2 MIT 工程变形与孔压再预测184

9.6 应用剪切带形成理念对 MIT 路堤稳定性的再分析186

9.7 结束语189

后记190