对砌体剪-压破坏准则的研究

对现有国内外剪压砌体破坏准则进行了分析比较,并指出了其中的不足.基于力学原理,采用数理统计分析法建立了剪-压砌体破坏准则.相对而言,该破坏准则不仅能反映剪-压砌体可能出现的各种破坏形式,而且不同破坏形式之间有明确的界限,力学概念明确,适用于各类砌体.由该准则推得的砌体抗剪强度计算值与试验结果、现行规范取值吻合较好,形式简单,便于计算,可供砌体结构理论分析和工程设计时参考.     

中主应力对土体本构关系的影响

本文根据常规三轴试验和平面应变试验结果,对以常规三轴试验为基础的土体本构模型在平面变形问题中的适用性进行了研究.文中用双曲线模型和双屈服面弹塑性模型对两种试样的变形进行了计算比较.结果表明,两种模型用于平面问题都有误差,主要是由于两模型中所含破坏准则没有很好反映中主应力影响所致;中主应力主要通过对破坏准则的影响来影响本构关系.改进破坏准则,变形计算可得到很大改善.     

考虑中间主应力的深埋圆形隧道弹塑性统一解

为了充分考虑中间主应力对深埋圆形隧道的影响,在平面应变假设下将统一强度准则精确匹配为Drucker-Prager强度准则,推导了考虑剪胀特性的理想弹塑性材料在塑性阶段的中间主应力表达式,并结合非关联流动法则推导出深埋圆形隧道塑性区的应力与位移统一解.结果表明,经典的Kastner解为所得应力与位移统一解的特殊情况.同时,根据应力与位移统一解公式并结合实际算例,分析了中间主应力和围岩剪胀角对深埋圆形隧道塑性区的影响规律.     

基于主应力σ2σ3为参数的岩石破坏强度准则

本文提出了一种基于中间主应力和最小主应力乘积(σ₂σ₃)为参数的显式岩石破坏强度准则.该准则通过骨架曲线和分支曲线两部分来描述岩石的强度规律.骨架曲线即三轴压缩实验的结果,分支曲线即最小主应力固定的实验结果.通过研究岩石真三轴压缩实验结果发现岩石的破坏强度与中间主应力和最小主应力乘积的平方根■之间存在着较强的相关性,并且平面内骨架曲线和分支曲线在交点处的斜率相等.推导出了在最大主应力和中间主应力平面内,骨架曲线的斜率在交点处是分支曲线斜率的2倍.对于同一种岩石,在最大和中间主应力平面内随着中间主应力和最小主应力的差值达到某个值,所有分支曲线其斜率逐渐衰减为0,岩石的破坏强度达到最大值.基于以上特征,得到骨架及分支曲线的函数形式.本文提出的岩石强度准则经过实验数据的检验,并与其他准则的计算结果进行对比.结果表明本文提出的岩石强度准则可以较好地拟合岩石材料在三轴受压条件下的破坏强度.此外,该强度准则可以用较少的数据拟合出相对比较稳定精确的结果,显示了该准则的稳定性与合理性.     

考虑中间主应力影响时条形地基极限承载力公式

基于Mohr-Coulomb理论的地基极限承载力公式,没有考虑中间主应力的影响．利用双剪强度理论建立了考虑中间主应力影响时的地基极限承载力公式．推导了凝聚力和基础两侧土的超载影响及自重作用影响的理论公式．以条形基础为例,计算了考虑中间主应力对地基极限承载力的影响．研究结果表明,考虑中间主应力影响,地基极限承载力将提高．     

基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力

基于三剪强度准则,结合非饱和土抗剪强度理论,推导得到考虑多种因素影响的挡土墙库仑主动土压力表达式.该式考虑土体非饱和因素,更合理地反映中间主应力在土体强度中的作用,可用于复杂情况下的土压力计算,经算例验证了其推导合理性.相关影响因素分析表明,土压力计算值随三剪强度参数b的增大而减小;随基质吸力的增大非线性减小,而随基质...     

考虑主应力偏转的隧道松动土压力计算方法

为研究主应力偏转对隧道松动土压力的影响,基于大主应力拱迹线,针对实际工程中常见的塔式(三角形)滑裂面和盆式滑裂面两种情况下的侧压力系数分别进行了分析,提出了考虑主应力偏转角度的侧压力系数计算公式,并根据处于极限平衡状态土体微单元的受力平衡,推导了隧道拱顶松动土压力计算公式。与太沙基松动土压力计算公式相比,提出的松动土压力计算公式中删除了影响因素较多且难以准确取值的土体侧压力系数,代之以对松动土压力影响较大、与工程施工及土质参数密切相关的主应力偏转角度;对于黏性土,相比现有的松动土压力计算方法,该公式不需要进行坐标平移或者采用迭代法计算侧压力系数,提高了计算效率和精度。案例分析结果表明,该公式要显著优于太沙基松动土压力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

应变空间混凝土的破坏准则

基于混凝土的破坏主要取决于应变的特点，对平面应力、平面应变及一般三轴荷载作用下混凝土的变形和破坏特性进行了试验研究及分析。根据试验结果，定义了混凝土的不同破坏阶段及分界面的确定原则。在此基础上建立了相应于不同破坏阶段的应变空间的破坏准则。其特点是：考虑了主应变与剪应变间的非线性关系，且与试验结果符合较好．     

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。     

考虑Hoek-Brown准则的挡土墙主动土压力

基于挡土墙对数螺旋破坏机制,考虑非线性Hoek-Brown强度准则,采用极限分析上限法计算了挡土墙的土体重力功率、内能耗散率和主动土压力功率,根据虚功率原理推导了挡土墙的主动土压力解析式,并采用Matlab软件求解了主动土压力的最优上限解.分析挡土墙和土体的参数、Hoek-Brown强度准则对挡土墙的主动土压力及稳定性的影响,结果表明,随着扰动因子、墙背倾角、挡土墙高度和土体容重的增大,主动土压力非线性增大,挡土墙的稳定性降低;随着地质强度指标、岩体常数、外摩擦角和单轴抗压强度的增大,主动土压力非线性减小,挡土墙的稳定性增加.     

岩土材料广义非线性强度理论的回顾及展望

强度理论是土木、水利、机械、航空、军工等工程材料强度计算和设计的基础理论,因此,开展岩土材料广义非线性强度理论(GNST)研究对工程岩体强度的构建具有重要参考意义。为探索复杂应力路径下岩土材料的非线性强度特征,本文开展了岩土材料GNST的综述工作。首先,系统地阐述了GNST(包括经典和经验准则)的研究进展;然后,介绍了笔者近5年开展的GNST最新研究工作,提出一种真正意义上的广义三维非线性Hoek‒Brown准则(NGHB准则),该准则可退化为现有的3种修正HB准则,且具有良好的预测性能,6种完整岩石和2种原位岩体的强度预测误差分别在2.0724%~3.5091%和1.0144%~3.2321%的范围内;最后,论述了GNST的发展和展望,提出了构建岩体强度指标以及确定原位工程岩体强度的新课题,开展GNST综述为构建原位工程岩体强度提供理论溯源和优选。     

考虑中间主应力与剪胀的新邓肯张模型

邓肯-张模型是岩土工程中广泛应用的非线性弹性模型,但由于其建立在Mohr-Coulomb强度准则基础上,不能考虑中间主应力的影响,且邓肯-张模型应用广义胡克定律时,假定体应变与轴应变之间为双曲线,不能反映岩土材料的剪胀性.基于统一强度理论,在沈珠江模型的基础上,采用二次抛物线体变公式,改进其参数形式,建立同时考虑中间主应力和剪胀的新邓肯-张模型.经与粗粒土和粘性土等试验结果比较,验证了新模型的正确性.研究结果表明:该新模型克服了邓肯-张模型的不足,可以合理地反映岩土材料的中间主应力效应和剪胀性.该结果为邓肯-张模型的改进提供了理论依据,对实际工程设计具有一定的参考价值.     

非饱和土真三轴双剪新强度准则及验证*

依据非饱和土的双应力状态变量理论,在俞茂宏双剪新强度准则的基础上,建立了适用于非饱和土的真三轴双剪新强度准则,并用文献非饱和粉砂刚性与柔性真三轴试验结果进行了验证.研究结果表明:该分段线性的真三轴双剪新强度准则能反映非饱和土强度的中间主应力效应及其区间性与单轴拉压不等特性,且可线性逼近拓展的非线性Spatially Mobilized Plane准则;Mohr-Coulomb强度准则的预测值偏小、外接圆Drucker-Prager准则的预测值明显偏大,这两个准则对非饱和土的真三向应力状态及试验数据均不具有很好的适用性.     

基于空间球对称模型的井底岩石可钻性研究

针对井底复杂应力环境下的岩石可钻性问题,开展了岩石可钻性和岩石单轴抗压强度实验和理论研究,研究中采用弹性力学理论和Drucker-Prager 强度准则,建立了球坐标系下的井底岩石可钻性模型,并以川西地区某井须家河组致密砂岩实验数据和测井资料为基础,进行了算例分析。结果表明,井底岩石可钻性随着液柱压力的增大而增加;井深一定时,沿井底表面径向方向,随着距离的增加,岩石可钻性增大。该模型计算结果,能够较好地反映井底岩石可钻性级值的变化规律,有助于钻具优化设计。     

节理岩体中微裂纹区的推导

在一个改进的节理岩体强度和提出均方剪应力基础上，导出一个屈服准则，结合断裂力学理论，推导出一新的微裂纹区域，最后与Mises屈服准则的推导结果作比较得出一些结论。     

岩石考虑中间主应力Hoek-Brown强度参数分析

为了进行深部地下工程稳定性分析,准确建立岩石强度准则,利用考虑中间主应力的Hoek-Brown强度准则,将σ2+σ3作为自变量,σ1-σ3作为应变量,对国外学者所做的7组（白云岩、石灰岩、粗面岩、砂岩、页岩、大理岩和闪岩）真三轴压缩强度试验数据进行了拟合分析。采用多次拟合逼近方法,结合各参数的物理特点,给出了合理的参数取值或计算公式。分析结果表明,对于应力强度比κ介于1.5~8之间的高应力状态,考虑中间主应力Hoek-Brown岩石强度准则（σ1-σ3=σc［m(σ2+σ3)/(2σc)+s］n）与试验较吻合,其中参数n可取0.4,s可取1,m与应力强度比κ之间符合幂函数关系,可用公式m=1.5κ1.8计算。     

基于推广SMP准则的边坡稳定性分析

相比土工问题中通常采用的Mohr-Coulomb(MC)准则,推广的SMP(spatially mobilized plane)准则考虑了中主应力对土体强度的影响,该文比较了基于上述两准则计算得到的边坡稳定性差异。首先,通过求解三次方程将推广的SMP准则转化为应力点到等倾轴的距离ρ和应力张量第一不变量I1的线性函数,从理论上推导了平面应变条件下推广的SMP准则与MC准则之间的等效关系。然后,推导了非关联流动法则条件下基于推广的SMP准则的理想弹塑性模型的向后Euler本构积分算法,并将其编入FLAC有限差分软件,通过边坡稳定性分析的数值计算验证了理论推导结果:在平面应变条件下采用非关联流动法则时,推广的SMP准则等效于土体强度参数提高15%后的MC准则,即基于推广的SMP准则的边坡安全系数比MC准则高15%。