Hoek-Brown准则求解均质岩基极限承载力的滑移线法

岩体是由岩块和结构面组成的有机体,而考虑其非线性破坏特征,以极限分析法求解岩基极限承载力无疑意义重大.本文基于Hoek-Brown经验强度准则的滑移线理论,以岩坡为特定边界条件,阐述了适于完整、软弱、破碎等均质岩基极限承载力的滑移线解及其计算步骤,并以简单算例说明.     

基于Hoek-Brown经验强度的滑移线理论体系

摘要滑移线理论是求解地基极限承载力、挡土墙土压力的理论基础,是以Mohr-Coulomb屈服准则建立的.本文考虑岩体的非线性破坏特性,参考Serrao的研究成果,基于Hoek-Brown经验强度,完善了适于完整、软弱、破碎等均质岩体的滑移线理论,从而为滑移线法求解岩基极限承载力和挡墙压力奠定了基础.     

绘制水平承载面均质岩基滑移线网的方法

滑移线是地基介质破裂的迹线.而滑移线网的绘制,不仅可加深对地基破坏机理的了解,而且是对极限承载力求解原理、方法和步骤的补充.本文在阐述滑移线几何性质的基础上,借鉴土基滑移线网的绘制方法,并结合Hoek-Brown准则的滑移线理论和岩基极限承载力求解方法,系统阐述了水平均质岩基各坡坏区的几何、力学性质.最后,结合算例阐明绘制滑移线网的具体步骤.     

基于耗散能法对层状土坡稳定性的分析

根据极限平衡法理论和土质边坡滑体耗散能的特点,对均质和层状土质边坡进行了稳定性分析.通过对滑移线坐标曲线积分公式的转化和推导,建立了以摩阻力耗散能量表示的改进极限平衡法求解安全系数的数学方程,在此基础上再微分求解安全系数的极值,得出边坡潜在滑移线的微分方程式.结合平面应变边坡算例分析,并利用VC++高级语言编制简易的安全系数和滑移线方程的求解程序WJED,分别对均质和层状土质边坡稳定性进行计算分析,得出结论:耗散能法得到的潜在滑移线解析式均满足指数方程;Bishop法得到的潜在滑移线解析式均满足圆方程.耗散能法所得滑移线位置,为边坡加固的合理范围提供参考依据,并完善了极限平衡法求解边坡稳定性的补充.     

高应力状态下均质岩基极限承力的滑移线解

岩体所处应力状态不同，其强度特性则有异。参考Serrano的研究成果，以水平承载面均质岩基为例，在介绍岩体性质转变时Hoek-Brown强度包线形状、转变点应力、滑移线应力特征的基础上，阐述了高应力状态下水平均质岩基极限承载力的求解方法。最后，以简单算例说明文中方法。     

浅埋圆形基础竖向地基承载力极限分析上限解

圆形基础是一种应用广泛的基础形式,而目前基础承载力研究主要集中在条形基础上,对圆形基础研究较少.针对现有圆形基础承载力求解方法中存在的问题,构建了多块体离散破坏模式,同时考虑土体自重、黏聚力及边载因素,求得竖向极限承载力的上限解表达式,并编制了最优化计算程序.将计算结果与已有的滑移线解、上限解、Hansen解以及工程实测资料进行广泛比较,证明该处计算浅埋圆形基础承载力的方法是更加准确合理的.然后根据计算结果分析了圆形基础地基滑裂面特性,发现由于同时考虑了土体重度,计算得到的地基滑裂面范围小于经典的对数螺旋滑裂面,滑裂面范围随内摩擦角的增大而增大,随重度增加而减小,随基础埋深的增大而增大.     

一种上限公式的推导及最佳上限解的研究

推出了一种能方便地用于计算多种属塑性平面变形问题的上限公式，并利用Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子法证明了获得最佳上限解的分块模式为滑移线场。     

一种上限公式的推导及最佳上限解的研究

推出了一种能方便地用于计算多种属塑性平面变形问题的上限公式，并利用Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子法证明了获得最佳上限解的分块模式为滑移线场．     

倾斜岩面桩桩端竖向承载力计算方法

针对倾斜岩面上的嵌岩桩桩端承载力计算方法不明确的问题,基于滑移线理论计算方法,建立倾斜岩面桩桩端承载模型,研究其桩端竖向承载机理,提出倾斜岩面桩桩端承载力的滑移线理论解析解,并给出验证算例。在此基础上,研究在不同岩面倾角下桩端承载力和滑动面倾角与嵌入比的关系,并分析岩石抗拉强度与极限嵌入比和最大承载力的关系。研究结果表明:倾斜岩面嵌岩桩存在极限嵌入比;岩面倾角越大,对倾斜岩面嵌岩桩桩端承载力和假定滑动面倾角的影响越显著。     

考虑土体强度非均质和各向异性的隧道洞口仰坡地震稳定性上限解

隧道洞口段仰坡稳定性分析是隧道工程设计的关键内容之一。考虑土体强度非均质及各向异性影响,结合极限分析上限理论及土体强度折减理论,推导出的仰坡稳定性极限分析上限解计算公式,对比验证了所提计算方法的合理性,探究了地震力作用下非均质及各向异性系数对隧道洞口仰坡临界坡高、隧道拱顶破坏位置及仰坡安全系数的影响规律。研究表明,地震力作用下,土体强度非均质系数越大、各向异性系数越小,隧道洞口仰坡稳定所需临界坡高越大;非均质及各向异性系数系数越大,仰坡初始滑移面越远离坡肩位置,隧道拱顶破坏范围更广;随着各向异性系数增大,仰坡安全系数呈递增规律,而非均质系数增大将导致仰坡安全系数降低,仰坡整体趋于不安全。研究成果为山区隧道洞口仰坡稳定性设计提供了理论依据。     

胶合木植筋节点抗拔性能理论预测

木材与植筋之间的黏结性能对木结构植筋节点的抗拔性能有重要影响。为了实现对胶合木植筋节点抗拔性能的全过程分析,通过胶合木植筋节点荷载-滑移试验,建立黏结应力-滑移关系;基于能量法,借助提出的黏结应力-滑移关系,理论推导出胶合木植筋加载端处的抗拔承载力-滑移关系解析解,并对胶合木植筋节点的抗拔性能进行全过程理论预测。结果表明:对于不同植筋杆件,节点的破坏模式与荷载-滑移性能存在一定差别;传统的线弹性理论计算公式过于保守地估计胶合木植筋节点极限抗拔承载力,尤其是对于长锚固试件;基于能量法和已提出的黏结应力-滑移关系计算得到的理论曲线与试验曲线吻合良好,验证理论解析解的可靠性。本研究将为木结构植筋节点承载力设计提供一定的理论依据。     

滑移线场理论中不同流动法则的极限分析有限元解

广义塑性理论表明,关联流动法则是非关联流动法则中的一种特殊情况.从理论上证明了在非关联流动法则条件下,速度矢量方向与破坏面夹角为φ,而不是目前通常采用的φ/2,澄清了传统滑移线场理论中对于这两种流动法则的模糊认识.通过极限分析有限元法,再次证明了滑移线场理论中用关联流动法则与非关联流动法则可得到相同的应力滑移线、极限荷载及速度滑移线,只是速度矢量方向不同.说明极限分析有限元法不仅可以精确地解决求地基极限荷载问题,而且有助于搞清滑移线场理论中采用非关联与关联流动法则的区别.     

岩石地基极限承载力的计算

针对岩石地基承载力问题,引入Hoek-Brown强度破坏准则,提出局部剪切破坏模式岩石地基承载力的计算表达式,基于极限平衡理论,建立破坏面上的静力平衡方程,推导出整体剪切破坏模式岩石地基承载力的计算公式.依据已有的成果假定空洞岩石地基顶板的冲切破坏体为一圆锥体,利用极限平衡法,得到了抗拉作用、抗剪作用及抗拉剪共同作用时下伏空洞地基极限承载力的计算表达式;并进一步通过模型试验验证了理论方法的合理性.结果表明:1)在计算完整岩石地基极限承载力时,采用整体剪切破坏模式得到的理论结果与实测结果较吻合;2)在计算空洞顶板极限承载力时,对比单独考虑冲切破坏面上的拉应力和剪应力作用得到的结果,考虑两者共同作用计算的结果更接近实测结果.     

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...     

非均匀地基与均匀地基承载力上限解之间的转化关系

利用上限法研究条形荷载作用下非均匀地基极限承载力问题.基于平动失效机理,运用极限分析方法,得到土体粘聚力随深度线性变化条件下非均匀地基极限承载力上限解的解析解,计算分析条形均布荷载作用下非均匀地基极限承载力.通过与均匀地基承载力的经典解答进行比较,分析非均匀地基与均匀地基极限荷载之间的相似性,进而得到承载力系数之间的相似转换关系,给出相应转换系数的解析表达式,该系数集中反映了地基的非均匀性.借助均匀地基经典上限解,可将非均匀地基极限承载力的问题求解转化为相似转化系数的计算问题,从而为求解非均匀地基极限承载力的求解提供十分便捷有效的途径,便于工程应用.     

基于Hoek-Brown非线性极限平衡法的边坡安全系数

为了建立Hoek-Brown非线性准则下边坡安全系数计算的极限平衡法,通过理论推导与Hoek-Brown参数相对应的等效黏结力和内摩擦角,得到Hoek-Brown准则中简化Bishop极限平衡法计算边坡的安全系数公式,并分析Hoek-Brown参数对于边坡安全系数的影响,研究结果表明:岩体材料的等效黏结力与弱化因子D呈线性关系,而与岩体地质强度指标IGS、完整岩石单轴抗压强度σci和完整岩石参数mi呈非线性关系;等效内摩擦角与各Hoek-Brown参数均呈非线性关系.随D的增大,边坡安全系数F线性减小;随IGS的增大,F非线性增大;当σci较小时,F和σci关系呈现一定非线性特征,当σci较大时,二者呈现线性关系特征;F随mi的增大,呈先减小后增大的趋势.     

Hoek-Brown破坏准则与地震效应下 主动土压力上限解

基于已有破坏模式,采用拟静力法引入地震力,构建了地震破坏下主动土压力的计算模型.分析破坏体的受力状态,根据极限分析上限定理计算外力功率和内能耗散率,建立功率方程求解地震作用下主动土压力的上限解.分析Hoek-Brown破坏准则参数和地震加速度系数对主动土压力的影响,并且给出了主动土压力变化图以及破裂面的位置.本文方法可以为类似工程的抗震设计提供新思路.     

利用统一强度理论求解条形地基极限承载力

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，因而与实际结果有误差。为此，利用统一强度理论，结合滑移线场理论，建立了考虑中间主应力时的地基极限承载力的统一解形式，推导了凝聚力和基础两侧土的超载影响及土重影响的极限承载力理论公式，并以条形基础为例给出了大量的算例。数值结果表明：考虑中间主应力影响时地基极限承载力将提高，利用文中解可以合理地得出不同材料的相应解，并且能充分发挥材料自身的承载能力，对实际工程具有重要意义。     

不排水双层粘土地基承载力的强度折减有限元分析

地基极限承载力的理论计算公式只适用于均质土地基,对于两层土强度参数较为悬殊的层状地基的极限承载力,用有限元法计算更为准确和合理.强度折减有限元法是一个计算安全系数可靠的方法,利用这一原理,采用有限元岩土软件Plaxis8.2建立计算模型,先计算单层土的极限承载力,计算结果与Prandtl解比较,误差极小,在精度满足要求的基础上计算不排水条件下双层粘性土地基的极限承载力.经过计算结果的对比,分析上层土厚度和下层土强度对极限承载力的影响.     

基于滑移线场理论的临坡地基承载力简化分析方法

在现有相关研究基础上,探讨了无重土平地基Hill破坏模型及其承载力滑移线解和斜坡地基Hill破坏模型及其承载力滑移线解,提出临坡条形基础地基破坏模式应是介于平地基破坏模式和斜坡地基破坏模式两种临界状态之间的一种连续变化模式,在相同边界条件下,改变坡顶距的临坡地基极限承载力滑移线解答则是介于这两种地基状态间的一个连续函数解,并据此构建出临坡条形基础无重土地基的双侧不对称Hill滑动破坏模式.在此研究基础上,通过引入宽度比系数将基底分为两个均布受压区,采用"等代自由面"简化边坡面上滑块的应力影响作用,使临坡一侧受压区极限压力可直接用已有斜坡地基滑移线解表示.通过分析宽度比系数、坡顶距和破坏模式之间的关系,设定了宽度比系数函数,建立出基于滑移线场理论的临坡地基极限承载力确定方法.通过与现有研究成果的对比分析,表明了本文研究方法的可行性与合理性.