土体各向异性的宏微观模拟

2025/2026学年第一学期组会报告

汪海林

同济大学地下建筑与工程系

2025-09-06

大论文的主要内容

土体各向异性的宏微观模拟
时间 章节 成果
第一章 绪论
已完成 第二章 各向异性小应变刚度 Géotechnique (Under Review)
已完成 第三章 常规三轴下的各向异性临界状态 Computers and Geotechnics (Accepted)
已完成 第四章 任意应力状态下的各向异性强度破坏面 International Journal of Solids and Structures (R1)
已完成 第五章 模型扩展:接触模型的影响 JGGE, IJG, NAG, IACMAG2025 (Accepted)
2025年10月 第六章 边值问题的模拟:各向异性对地基极限承载力的影响
第七章 结论与展望

工作简介

土体各向异性的宏微观模拟:从弹性到临界状态
理论 模拟结果
\(\small\begin{aligned} &\mathbf{C}_{ijkl}=\dfrac{1}{V}\sum\limits_{c=1}^{N}{\mathbf{k}_{jl}^c \mathbf{l}_i^c \mathbf{l}_k^c} \\ &\mathbf{S}_{ijkl}=\dfrac{1}{V}\sum_{c=1}^N{\left(\mathbf{k}_{jl}^c\right)^{-1} \mathbf{l}_m^c \mathbf{l}_n^c \mathbf{A}_{mi} \mathbf{A}_{nk}} \\ &k_n=k_{n0}\left(\dfrac{f_n}{G_gl^2}\right)^n \\ &k_{n0}=G_gr\left(\dfrac{\sqrt{12}}{1-\nu_g}\right)^{2/3}\end{aligned}\)
\(\begin{aligned} &\mathbf{F}^\prime=\mathbf{R}(\alpha)\mathbf{F}\mathbf{R}(\alpha)^\mathsf{T} \\ &\mathrm{d}\mathbf{F}=\langle\lambda\rangle c(\mathbf{n}-r\mathbf{F})\end{aligned}\)
\(\tiny M=\frac{6\sqrt{\widetilde{b}^2-\widetilde{b}+1}}{2-\widetilde{b}}\frac{\left(2+\dfrac{1}{5}\widetilde{F}_{11}\right)\sin\phi-\left(1+\dfrac{2}{5}\widetilde{F}_{22}\right)b^\prime\sin\phi+\dfrac{3}{5}\widetilde{F}_{11}}{3+\left[2\left(1+\dfrac{2}{5}\widetilde{F}_{22}\right)b^\prime-\left(1-\dfrac{4}{5}\widetilde{F}_{11}\right)\right]\sin\phi}\)

近期工作:非共轴加载

组构主方向与主应力方向的夹角

组构张量的旋转: \[ \begin{aligned} &\mathbf{F}^\prime=\mathbf{R}(\alpha)\mathbf{F}\mathbf{R}(\alpha)^\mathsf{T} \\ &\mathbf{R}(\alpha)=\begin{bmatrix} \cos\alpha & 0 & \sin\alpha \\ 0 & 1 & 0 \\ -\sin\alpha & 0 & \cos\alpha \end{bmatrix} \end{aligned} \] 组构演化: \[ \mathrm{d}\mathbf{F}=\langle\lambda\rangle c(\mathbf{n}-r\mathbf{F}) \]

非共轴加载的模拟结果:Cambria 砂

组构主方向与主应力方向的夹角

Cambria 砂的模拟结果:(a) 偏应力;(b) 体积应变

Cambria 砂的组构各向异性演化:(a) 组构各向异性变量;(b) 组构张量的范数

Cambria 砂的应力比和体应变演化:(a) 应力比;(b) 体积应变 (%)

非共轴加载的模拟结果:Toyoura 砂

组构主方向与主应力方向的夹角

Toyoura 砂的不排水三轴压缩试验模拟结果:(a) 轴向应变与偏应力;(b) 平均应力与偏应力

Toyoura 砂的不排水三轴拉伸试验模拟结果:(a) 轴向应变与偏应力;(b) 平均应力与偏应力

Toyoura 砂的组构各向异性演化:(a) 组构各向异性变量;(b) 组构张量的范数

Abaqus 模拟不同初始各向异性的排水三轴试验

Abaqus 模拟不同初始各向异性的排水三轴试验

地基极限承载力的模拟

工作计划

2025-2026学年工作计划
时间 工作内容
2025年9月-10月 完成第六章的数值模拟与小论文撰写
2025年11月-12月 整理全文,完成香港理工大学博士论文初稿
2025年12月 前往香港理工大学参加 IACMAG2025 会议
2026年1月-3月 修改论文,准备香港理工大学博士答辩
2026年4月-6月 完成并修改同济大学博士论文,准备博士答辩