基于弹性应变能的MohrCoulomb强度准则讨论

从弹性应变能释放是材料屈服的基本原理来看,MohrCoulomb(M-C)强度准则认为屈服时材料的泊松比恒为0.5,这可能违反能量守恒定律.研究了弹性应变能、应力偏量第二不变量、应力张量第二不变量及泊松比之间的关系,提出广义应力偏量第二不变量概念;从弹性应变能角度对M-C强度准则的物理意义进行分析,提出广义M-C强度准则;利用强度准则对岩石的破坏强度进行了计算.结果表明,由于考虑了中间主应力与泊松比的影响,广义M-C强度准则的计算精度更高,并分析了产生这种结果的内在机理.广义M-C强度准则突破了材料破坏时的泊松比恒为0.5的假设,这对于定量描述材料的屈服与破坏特性具有重要的意义.     

基于等效Mohr-Coulomb摩擦角的强度准则主应力平面表示

定义Mohr-Coulomb(M-C)强度准则各种表达式和对应的等效M-C摩擦角,基于等效M-C摩擦角给出主应力σ1σ2关系表达式,即各种强度准则在主应力平面的表示。以Matsuoka-Nakai(M-N),Lade-Duncan(L-D)和Moji强度准则为例,演示了该方法的应用,研究3种强度准则中间主应力σ2对材料屈服时的最大主应力σ1的影响。结果表明:这种在二维主应力σ1-σ2平面中表示强度准则的新方法既适用于无黏性材料又适用于黏性材料,用于黏性材料时,通过平移坐标轴将黏性材料破坏面转换成无黏性材料破坏面,为材料强度准则研究提供了新思路。     

基于弹性应变能三维Hoek-Brown准则修正

基于能量转化是物质物理过程本质属性,从能量角度对H-B准则进行了研究.首先阐明了H-B准则在判断材料破坏时的能量机制,揭示其既是经验型强度准则,更是弹性应变能表示的能量型强度准则,据此得出提高H-B强度准则计算精度的关键所在;然后根据三维H-B准则与弹性应变能数学表达式之间关系,引入材料变形参数,建立仅有3个参数的修正...     

断裂的临界能量条件

"如何认识无初始裂纹或几何奇异性材料的断裂强度"是一个没有得到较好解决的基本理论问题。本文从断裂面一点处所储存贡献于破坏运动的弹性能出发,依据其转化为破裂新生表面能的能量守恒关系,提出了断裂发生的临界能量条件。这个临界能量条件所考察的是物质点而不是裂纹-材料系统。它是除将初始裂纹作为断裂模型构成要素之外的另一个用于表征断裂发生或裂纹扩展外力作用的能量耗散关系。两种岩石三轴压缩试验结果的分析表明了这个能量条件的正确性。     

基于最小耗能原理的岩石损伤本构模型研究

在连续损伤理论框架下引入最小耗能原理,将岩石统一能量屈服准则作为耗能约束条件,基于各向同性基本假定构建一种新型损伤本构模型。假定以岩石初始屈服点作为损伤阈值,模型考虑损伤阈值对损伤演化规律的影响;推导岩石三轴压缩强度和变形参量与模型参数的理论关系。为验证模型的合理性,对角砾熔岩进行不同围压下的常规三轴压缩试验,并分析破坏过程中岩石变形各阶段的能量演化特征。研究结果表明:该模型能较好地反映岩石材料在复杂应力条件下的非线性力学行为,且考虑损伤阈值影响的模型对岩石后屈服段的拟合精度更高,对复杂应力条件下的岩石工程安全分析具有参考价值。     

Mohr-Coulomb准则的试验验证与修正

利用真三轴试验数据,检验Mohr-Coulomb准则对岩土材料的适用性,讨论并确定一种已有形状函数的模型参数,并利用该形状函数对Mohr-Coulomb准则进行修正,以试验为基础提出黏结力c和内摩擦角?的动态计算式及考虑材料拉压差异的拉压强度比K计算式。研究结果表明:Mohr-Coulomb准则对岩土材料的适用性较差,只能在一定三轴压缩条件下对压缩试验点进行预测,对拉伸强度试验点的预测性差;K越小,模型参数m对Van Eekelen形状函数的影响越大,当m=-0.23时,该形状函数的外凸性最优;修正后的Mohr-Coulomb准则对岩土材料的适用性较好,极限迹线变化规律与试验规律相符,对K预测精确;基于试验结果对c和?的动态计算是可行的,考虑参数的变化能使修正后Mohr-Coulomb准则对岩土材料强度预测更精确,也说明非线性准则优于线性准则;修正的K计算式为静水应力p的单值函数,通过与修正的Lade-Duncan准则、峰值比法计算的K比较,考虑拉压差异的非线性计算方法更优。     

材料强度理论的讨论

强度准则是一个力学基础理论.通过对比实验现象与强度理论,指出材料的破坏形式取决于应力条件与材料的性质,并讨论了强度准则需遵循的力学依据及其检验标准.分析了金属和岩土材料的强度准则,分别从能量和应力的角度推导了金属Mises准则,详细介绍了作者最近导出的岩土材料三剪能量屈服准则及其相应的Drucker-Prager准则,表明无论强度条件以何种形式表示,它们的实质与结果都是一致的,并对当前常用的各种准则进行了系统的对比研究.     

SHPB试验中花岗岩破坏程度与能量耗散关系分析

为了研究花岗岩的应变率效应及其能量耗散与破坏程度之间的关系,利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)对直径为74 mm的花岗岩试样进行了不同应变率下的单轴冲击压缩试验.试验结果表明,花岗岩动态压缩强度具有很明显的应变率效应;随着应变率的增大,单位体积耗散能增加,且近似呈线性关系,同时应变率也随着能量耗散率的增加而增大,但它们之间表现为非线性关系;花岗岩试样破坏程度与单位体积耗散能存在很好的一致关系,基本一一对应,而与应变率之间并不存在一一对应关系.且试样破坏程度和应变率之间并不存在一一对应关系,与强度随着应变率的增大而增大并不矛盾.     

岩石强度的椭圆准则参数研究

本文以椭圆断裂准则为基础,提出了一个适用于岩石三轴压缩强度的描述形式。通过椭圆准则基本特征简要分析,推导了它在主应力坐标系下的基本方程,给出了确定破坏面方位的关系及判断剪切或拉伸正断发生的条件。为确定椭圆准则中岩石材料断裂行为相关特征参数,引入了一个应力状态和岩石固有力学性质变化相关的可变参数。该参数的公式化结果与椭圆准则基本方程的联合应用,构成了岩石三轴压缩强度的椭圆准则描述关系。理论计算结果与大理岩、砂岩和花岗岩的常规三轴试验测试结果的对比,表明了所提出的强度破坏关系具有良好的预测能力。     

三轴压缩条件下沥青混合料中间主应力效应及破坏准则

针对沥青混合料强度试验方法及沥青路面设计采用的最大拉应力理论没有考虑中间主应力影响的问题,利用自主研发的三轴试验装置及方法,对AC-13C沥青混合料开展三向压缩试验,包括常规三轴强度试验及中间主应力试验,观察试件的破坏形态。建立三向压缩条件下AC-13C沥青混合料的八面体强度理论计算式。研究结果表明:随着侧向压力的增大,试件破坏形态逐渐从拉应变破坏转变为斜剪破坏;沥青混合料在三轴压缩条件下的强度明显大于单轴抗压强度;中间主应力对沥青混合料强度有显著影响:当中间主应力逐渐增大时,三轴破坏强度逐渐增大,但强度增长幅度逐渐减小;所建立的三向压缩条件下AC-13C沥青混合料的八面体强度理论计算式可为沥青路面材料及结构按三维应力状态设计提供参考;建议采用能够反映中间主应力效应的强度理论作为沥青混合料的破坏准则。