双应力主轴旋转条件下砂土扭剪试验与本构模拟研究

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基本信息

项目摘要

The principal stress axis rotation refers to the phenomenon that the stress rotates around its principal axes, which is widely exists in various geotechnical engineering, and is a hot and difficult problem in soil mechanics. Recently, the problem of uniaxial rotation of principal stress has been well studied. However, restricted by experimental techniques and modeling methods, the problem of the biaxial rotation of principal stress is still rarely studied. It believes that the principal stress axis rotation is rooted in the directionality of stress and the directionality of the material (or anisotropy). Therefore, both experimental design and theoretical research need to be considered comprehensively. In this project, the preparation method of hollow cylindrical sand sample with inclined sedimentary surface will be developed fristly. Then, the stress paths, rotating around the second and the third principal stress axes, can be realized by controlling the rotation angle of the sedimentary surface around the circumferential direction and the stress around the radial direction respectively. Therefore, the influence of the biaxial rotation of principal stress on the mechanical properties of sand can be revealed. Based on the experiments and the previous research, the equivalent stress tensor can be constructed to reflect the stress magnitude, fabric magnitude and the relationship between stress and fabric in three-dimension. Finally, a general method for establishing the constitutive model of sand under the biaxial rotation of principal stress will be proposed. The development of this project has important academic significance for further revealing the influence of stress tensor on soil mechanics characteristics, which might bring new development opportunities for the theory of soil mechanics. It can also further enrich the theory of soil mechanics and provide theoretical support for reasonable design of geotechnical engineering.
应力主轴旋转是指应力绕其主轴发生旋转的现象,广泛存在于各类岩土工程中,是土力学的热点与难点问题。目前,针对单应力主轴旋转的问题已开展了较为深入的研究,然而受试验技术和建模方法的制约,对双应力主轴旋转的研究仍鲜有报道。应力主轴旋转根源在于应力的方向性与材料的方向性(即各向异性),试验设计与理论研究均需加以综合考虑。本项目通过研发沉积面倾斜的砂土空心圆柱试样制备方法,分别控制试样沉积面绕环向旋转的角度和应力绕径向旋转的角度,实现绕第二、三应力主轴旋转的应力路径,进而揭示双应力主轴旋转对砂土力学特性的影响。在试验和前期研究的基础上,构建能综合反映三维空间中组构大小、应力大小以及组构应力关系的等效应力张量,提出采用等效应力张量建立双应力主轴旋转条件下砂土本构模型的一般性方法。项目的开展对进一步揭示应力张量对土力学特性的影响有重要的学术意义,可进一步丰富土力学理论,并为岩土工程合理设计提供理论支撑。

结项摘要

土的应力方向依赖性是指土的力学特性随应力方向改变而改变的性质,包含两层含义:一是材料的方向性,即土的各向异性;二是应力的方向性,也即通常所说的“应力主轴旋转效应”。以材料各向异性主轴和应力主轴互为参考,相关试验研究可划分成“应力不转、试样旋转”和“旋转应力、试样不转”两类。相关本构模型可大致分为宏观本构模型、细观本构模型和宏细观结合的本构模型。通过控制砂土颗粒下落时的重力和离心力,设计研发了一种沿径向倾斜沉积的砂土空心圆柱制样装置,图像分析和统计学分析表明,所制备试样的沉积面偏差分布较符合正态分布,试验所制试样的界面倾角与理论计算值较为接近,倾斜沉积砂土空心圆柱试样制样装置的制样效果较好。系统开展了试样沉积面倾角固定、绕第二应力主轴旋转角度固定的双应力主轴定轴剪切试验。结果表明,有效应力路径和孔压的发展具有明显的应力方向依赖性,即有效应力路径和孔压受到试样倾角和应力旋转的耦合作用影响,试样倾角和应力旋转角度的增大均会使孔压差值增大,导致有效应力路径的差距也越大,其中,应力旋转为主要因素,试样倾角则为次要因素。在连续介质力学基础上,紧扣土体有效应力的基本内涵,从土骨架应力角度,建立了宏微观应力的定量关联,提出了各向异性土体的有效应力张量,称为等效应力张量。采用等效应力张量对既有模型中的有效应力张量进行替换,建立了等效Lade破坏准则、等效UH模型,新模型只增加了一个组构参数。与已有试验结果对比表明,新准则/模型可以较好地反映应力大小和应力方向对强度、变形、孔压等各向异性的耦合影响。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
定轴剪切条件下砂土强度与非共轴性试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    地下空间与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘超;董彤;孔亮
  • 通讯作者:
    孔亮
土的应力方向依赖性(II)理论与模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    地下空间与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董彤;孔亮;郑颖人
  • 通讯作者:
    郑颖人
有效应力原理在各向异性饱和土中的拓展与应用
  • DOI:
    10.13722/j.cnki.jrme.2019.0769
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董彤;柘美;孔亮;李长君;杨辉;房雨雨
  • 通讯作者:
    房雨雨
Dumbbell-Shaped Damage Effect of Closed Cylindrical Shell Subjected to Far-Field Side-On Underwater Explosion Shock Wave
远场侧向水下爆炸冲击波作用下封闭圆柱壳的哑铃形损伤效应
  • DOI:
    10.3390/jmse10121874
  • 发表时间:
    2022-12-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND ENGINEERING
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Wang, Yuhao;Dong, Hongxiao;Xu, Xiangyun
  • 通讯作者:
    Xu, Xiangyun
倾斜沉积砂土空心圆柱试样制备方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    岩石力学与工程学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董彤;刘超;房雨雨;王玉豪;安永宁
  • 通讯作者:
    安永宁

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其他文献

含气土三轴试样制备的新方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    实验室研究与探索
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘文卓;孔亮;袁庆盟;董彤
  • 通讯作者:
    董彤
常剪应力路径下含气砂土的三轴试验
  • DOI:
    10.16285/j.rsm.2018.1863
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孔亮;刘文卓;袁庆盟;董彤
  • 通讯作者:
    董彤
颗粒材料的组构-应力关系与等效应力法
  • DOI:
    10.13722/j.cnki.jrme.2017.1623
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董彤;孔亮;郑颖人;王兴;刘云
  • 通讯作者:
    刘云
Nonlinear Model of Soils Under Complex Stress Paths
复杂应力路径下土壤的非线性模型
  • DOI:
    10.1007/s10706-018-0522-y
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Geotechnical and Geological Engineering
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    董彤;孔亮;柘美;郑颖人
  • 通讯作者:
    郑颖人
高能球磨FeCo+MnO的结构与磁性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹世勋;董彤;郁黎明;袁淑娟;徐坤;王健;张金仓
  • 通讯作者:
    张金仓

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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