考虑衬砌屈服的深埋水工隧洞应力解析解

采用统一强度理论,根据不同工况下不同的应力状态,正确选择第1主应力,推导考虑衬砌屈服的深埋水工隧洞应力解析解.当选取不同的统一强度理论参数6时,可得到一系列有序的应力场公式、临界压力公式和塑性区半径与内水压力的关系,能适用于更多的材料和结构.通过工程算例,比较本文方法与传统方法的不同,说明考虑第1主应力的变化是正确的,更符合工程实际,并得出统一强度理论参数对衬砌和围岩应力的影响特性,最后根据临界压力给出了公式的适用条件.该结果为水工隧洞的弹塑性应力分析提供理论依据,对工程设计有一定的参考价值.     

具有衬砌的圆形水工隧洞弹塑性应力统一解

针对具有衬砌的圆形水工隧洞,假定衬砌与围岩位移连续,考虑不同工况下主应力顺序、岩石应变软化和中间主应力等综合影响,采用统一强度理论和弹脆塑性软化模型,推导衬砌和围岩弹塑性应力统一解.选取不同的统一强度理论参数,可得到一系列应力场公式及塑性区半径与内压力的关系.通过工程算例分析知,考虑第一主应力的变化是正确的,更符合工程实际,并得出统一强度理论参数、软化特性参数对衬砌和围岩切向应力的影响规律.研究结果表明,统一强度理论参数和软化特性参数对衬砌与围岩塑性区切向应力的影响显著.     

隧洞围岩拉压不同模量弹性理论的解析解

采用拉压不同模量弹性理论，探讨水工压力隧洞围岩变形规律，推荐了圆形隧洞弹性抗力系数与拉伸弹性模量、压缩弹性模量的数学表达式。结果表明，恰当地利用围岩拉压不同模量比，调整支护结构，可以充分发挥围岩的自持能力，从而为隧洞围岩支护设计提供理论依据。     

热力耦合作用下圆形水工隧洞围岩弹塑性解析解

为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中间主应力系数、温度、混凝土强度、衬砌厚度和围岩应力分布及塑性区半径间的关系展开参数分析。结果表明：温度变化产生的拉应力会使衬砌结构对围岩支反力减小,围岩塑性区半径和洞壁位移有所增大,隧洞岩体稳定性变差;中间主应力系数b对岩体强度影响较大,b=0.5时围岩塑性区半径明显小于不考虑中间主应力时的塑性区半径;提高混凝土强度和增加衬砌厚度在初始阶段都能明显限制围岩塑性区发展,虽后续效果都不佳,但增大衬砌厚度更能限制围岩塑性区发展。     

基于统一强度理论S-D材料组合筒的弹塑性极限分析

基于双剪统一强度理论对由拉压强度不同材料构成的组合筒的最优过盈配合以及弹塑性极限问题进行了研究,得到了组合筒的接触压力及最优接触压力、最优过盈量以及弹、塑性极限计算公式．与经典弹塑性分析解不同,所得到的解考虑了材料拉压强度的不同以及中间主应力的影响,并包含了两个双剪统一强度理论参数．为了比较方便,还基于库仑-摩尔屈服准则对由拉压强度不同材料构成的组合筒的弹塑性极限进行了分析．讨论了基于双剪统一强度理论所得解与基于库仑一摩尔屈服准则所得解及其他经典强度理论解的关系,分析了材料拉压强度的不同以及中间主应力的影响．     

地下圆形隧道开挖卸荷围岩弹塑性分析

针对地下圆形隧道,在分析开挖卸荷的基础上,分别给出了弹性和弹塑性围岩二次应力的计算表达式.在弹性不同侧压力条件下,分析了围压切向应力分布规律,当λ0.33时,圆形隧洞围岩将不出现拉应力.当围岩处于弹塑性状态时,考虑围岩稳定的前提下,扩大塑性区半径R,就可降低维持极限平衡状态所需的支护抗力pi,充分发挥了围岩的自承作用.     

拉压不同模量弯压柱的近似弹性力学解

通过合理简化模型,将不同模量弹性理论中定义在主坐标系下的本构关系重新建立在普通坐标系下,进行拉压分区,从而推导了考虑自重且顶部有水平推力的不同模量弯压柱近似弹性力学解答,并由横截面上正应力为零判定了中性层的形状和位置。研究表明:材料的不同模量以及剪应力的大小和方向对中性层的位置和形状具有一定影响。     

基于统一强度理论考虑拉压模量不同散体材料桩承载力计算

考虑岩土类材料拉压模量不同和应变线性软化特性,运用空间轴对称的统一强度理论分析了柱形孔扩张问题,推导出了圆孔扩张问题的应力场、位移场及最终扩张压力的统一解表达式,并在此基础上推导出了散体材料桩极限承载力计算公式.将该公式应用于某高速公路碎石桩复合地基中碎石桩极限承载力的计算,计算值与试验值吻合良好.最后,分析了不同拉压模量比、软化特性参数及其他计算参数对计算结果的影响.分析结果表明,采用传统弹性理论,不考虑拉压模量不同及应变软化的方法来计算会带来较大的误差.     

不同模量理论广义弹性定律的深入研究

传统不同模量理论中基于主应力方向建立的本构方程,仅能表述主应力方向的应力应变关系,并未体现出其他方向的应力应变特性,不能有效表征拉压不同模量问题的力学本质.基于此,在主应力方向的本构方程基础上,利用应力及应变的转轴公式,推导了基于不同直角坐标系下的拉压不同模量本构方程的具体形式,也即广义弹性定律.经理论验证,此广义弹性定律揭示了拉压不同模量问题既是非线性问题也体现出各向异性的力学性质;并且在拉压模量相等时可以回退到经典弹性理论本构方程,而基于主应力方向建立的本构方程是广义弹性定律中的特例.针对不同模量理论中不甚明晰的剪切模量和泊松比-弹性模量比值的假设,应用所得到的广义弹性定律对纯剪应力状态进行了力学分析,分析表明:在基于最大或最小剪应力方向的直角坐标系下,剪应力与剪应变成线性关系,剪切模量保持不变;并结合微元体纯剪变形的几何关系,证明了假设即拉泊松比与拉模量之比等于压泊松比与压模量之比在纯剪受力状态下是自然满足的.     

不同拉压模量厚壁球壳的弹塑性分析

基于理想弹塑性模型,对拉压模量不同的厚壁球壳进行弹塑性分析.在不同内压作用下,对厚壁球壳进行了弹性分析、弹塑性分析,最后进行塑性极限分析,并求解厚壁球壳各个状态下的应力及位移的大小.分别讨论了弹塑性边界位置不同时,球壳内壁开始屈服的弹性极限压力及球壳整个截面完全屈服的塑性极限压力.     

薄体位势边界条件识别反问题正则化边界元方法

针对二维薄体位势柯西边界条件识别反问题,提出了解析积分和奇异值分解联合正则化算法．解析积分用于薄体位势问题边界元法中几乎奇异积分的正则化．奇异值分解技术用来求解系统方程．数值算例研究了狭长比为1E-8和1E-7的薄体问题,计算结果表明该算法的有效性和精确性．     

考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响，应用弹塑性力学理论，基于Drucker-Prager屈服准则，推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式；再由极值点失稳理论，确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程，分析中间主应力系数对临界水压力的影响，结果表明：中间主应力对临界水压力有较大影响，采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa；与基于MC准则的计算结果作对比，发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能，可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。     

非均匀应力场下圆形隧洞围岩弹性应力分析

为了能更好的研究隧洞围岩在非均匀应力场下开挖过程中整体的稳定性,根据隧洞围岩在非均匀应力场下的模型特点,将隧洞围岩周围应力划分为两部分进行叠加。基于D-P准则与理想弹塑性本构关系,采用双调和方程和半逆解法,推导出非均匀应力场下圆形隧洞弹性区围岩应力的解析表达式,并通过Flac3D数值模拟对理论分析结果加以验证。结果表明：考虑中间主应力系数的影响时,中间主应力系数越大与之对应的侧压系数范围越小;侧压系数越大隧洞帮部集中应力降低,拱顶的集中应力增大;同时理论分析结果与数值模拟结果基本一致。在考虑非均匀应力场分布的力学模型更为准确地反映了隧洞围岩应力分布特点,对隧洞围岩的支护方案具有一定的意义。     

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.     

任意形状隧道围岩应力与位移的解析延拓求解

考虑隧道断面开挖轮廓线为任意不规则形状的情况,基于复变函数方法中的解析延拓法对弹性半无限空间内隧道的围岩应力与位移进行求解,建立了任意形状隧道围岩中任意一点处的应力值和位移值的隐式解析表达式。然后以圆形断面隧道作为特例,同时考虑隧道衬砌等内支撑法向反力作用的影响,求解出弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解的具体显式表达式,其中假设隧道埋深与隧道直径之比较大,从而不用考虑重力梯度的影响,将重力简化为作用在边界上的均布外荷载。最后与已有的非均匀受压圆断面水平巷道围岩的应力和位移解公式进行对比,证明了该方法的准确性。该求解方法拓展了解析延拓法的应用,并能快捷地评估任意断面形状隧道开挖中的围岩应力状态及位移变形情况。     

不同模量的全级配混凝土静动态特性试验研究

全级配混凝土不同模量的特性长期未引起人们的重视．在以混凝土抗拉应力为控制的高拱坝设计中,按不同模量弹性理论进行分析是必要的．在高地震烈度区修建高拱坝,对坝体拉应力的控制更为严格,抗震安全是亟待解决的技术难题．为此,采用液压伺服系统对全级配混凝土试件的静动态拉伸、压缩弹性模量和泊松比进行了三分点静动态弯拉试验．试验结果表明：静动态压拉弹性模量比分别达到0．89,0．87,动态压拉弹性模量比静态压拉弹性模量分别增长5.4％,8．5％;静动态压拉泊松比分剐达到0．88,0．68;动态抗弯强度比静态抗弯强度增加21．7％．     

考虑中间主应力与约束损失的深埋圆形隧道围岩特征曲线分析

提出基于统一强度理论和非相关联流动法则,推导同时考虑中间主应力和约束损失两种因素作用下的围岩弹塑性应力-位移解析解.结合算例,分析中间主应力和约束损失对围岩特征曲线的影响规律.结果表明:考虑中间主应力的影响,能够充分发挥围岩的强度;考虑约束损失的影响,计算得到的围岩塑性区径向位移值减小,说明在利用围岩特征曲线进行支护设计时,同时考虑以上两种因素,能够取得较好的经济效益.     

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.