Hoek-Brown岩体非线性强度的线性化方法

以瞬态摩擦角φi为中间变量详细推导Hoek-Brown准则的τ-σ关系.根据Hoek-Brown准则的τ-σ关系,推求Hoek-Brown准则下最小单元安全系数所对应的截面位置,并认为该截面为岩体发生临界破坏时的破坏面.根据岩体发生临界破坏时的破坏面位置以及作用于该面上的正应力和剪应力求得岩体在发生临界破坏时所受到的最小主应力σ3.通过搜寻计算模型范围内每一种材料中所有单元临界破坏状态下的最小主应力σ3找出每一种材料中最小主应力区间.采用最小二乘法推导通用Hoek-Brown准则在任意最小主应力区间范围内的等效Mohr-Coulomb参数.采用本文中建议的线性化方法和Hoek-Brown准则强度折减法对一边坡算例进行计算.结果表明:当每一种材料的最小主应力区间划分得越细,通过等效Mohr-Coulomb参数求得的边坡安全系数和破坏面位置与通过Hoek-Brown准则强度折减法获得的结果越接近.     

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.     

Mohr-Coulomb准则模型的能量描述

以Mohr-Coulomb(M-C)准则的力学模型为基础,建立了材料压缩破坏面上一点的能量函数。该函数的极值条件给出了破坏面的位向,其最大值确定了真实破坏能。真实破坏能和裂纹表面能的能量守恒临界条件导出了一个新的材料破坏强度关系。两向压缩时,这个关系与M-C准则形式上完全一致。在体积变形饱和近似条件下,它与侧限压缩时的M-C准则存在确定性联系。体积应力的引入使这个强度关系克服了经典M-C准则无法考虑到中间主应力对破坏强度影响的不足。理论与试验结果的对比分析表明,M-C准则模型的能量描述具有更好的材料压缩破坏强度预测能力。     

粗粒土在仔平面上的真三轴试验及强度准则

利用河海大学TSW-40型真三轴仪,对粗粒土进行π平面上的等p(球应力)、等b(中主应力系数)试验,研究粗粒土在π平面上破坏应力比Mb与b的关系。试验结果表明：Mb 随着b的增大而减小;b值较小时其变化对Mb 的影响较大,b值较大时其变化对Mb 的影响则较小;在相同b值下,Mb随着p的增大而减小,强度表现出非线性特性。将等σ3面上的破坏准则、Mohr-Coulomb破坏准则、粗粒土的应力不变量破坏准则、Lade-Duncan破坏准则、Matsuoka-Nakai破坏准则这5种破坏准则在π平面上的破坏线与试验结果比较,验证其对粗粒土的适用性。结果显示,粗粒土等σ3面上的破坏准则由于考虑了中主应力的影响,比Mohr-Coulomb破坏准则更符合试验结果,且可以较方便地考虑粗粒土的强度非线性;粗粒土的应力不变量破坏准则介于Lade-Duncan破坏准则和Matsuoka-Nakai破坏准则之间,与试验结果较接近。     

基于真三轴强度准则分析页岩斜井坍塌风险

井壁稳定性分析常采用Mohr-Coulomb（M-C）准则,由于其忽略了中间主应力（σ₂）的影响,使得结果偏于保守。为此,给出一种考虑了σ₂影响的真三轴Mogi-Coulomb（MG-C）准则,通过拟合Yuubari页岩真三轴实验数据,评价了M-C、Drucker-Prager（D-P）和MG-C准则的适用性;基于孔隙弹性斜井井壁应力分布模型,采用3种强度准则进行了斜井相对坍塌风险的分析。研究表明,MG-C准则拟合结果最好,能够准确反映σ₂对强度的影响,岩石强度随σ₂增加,先增加后下降;采用3种强度准则计算的斜井相对坍塌风险分布规律基本一致,M-C准则计算结果偏高,D-P准则计算结果偏低,而MG-C准则比较准确地考虑了σ₂的影响,其计算结果比较适中,比较适合用于井壁坍塌压力分析。MG-C准则的材料常数可通过常规三轴岩石力学参数（内聚力和内摩擦角）计算得到,使得MG-C准则使用方便,采用测井资料分析井壁稳定可得到连续坍塌压力剖面。     

基于神经网络的岩石强度准则研究

传统的岩石强度预测均使用经典强度准则.该文使用神经网络在单轴及三轴加载情况下对岩石强度准则进行研究,搜集来的各种岩石相关数据随机划分成训练和验证子集.将抗压强度σc和最小主应力σ3作为输入值,最大主应力值σ1f作为输出值训练神经网络.使用训练后的神经网络预测试验岩体破坏时的σ1f,同时使用相同的训练子集反演Hoek-Brown经验公式的常数m.使用测试数据对训练后神经网络预测的目标岩石强度的准确性进行验证,同时将测试数据带入两类Hoek-Brown(m值的取值不同)经验公式预测目标岩石强度(岩体破坏时的σ1f).比较神经网络和Hoek-Brown预测结果表明神经网络预测结果的均方差减小了30%～40%,决定系数增加了0.05～0.08,更接近于1.说明使用ANN对岩石强度进行预测能适应的加载范围较宽,且适合岩石种类多变的复杂非线性情况,灵活准确.     

Lade-Duncan准则在煤柱极限强度计算中的应用

基于黏性材料Lade-Duncan破坏准则,分析煤柱应力规律,将小主应力σ3看成是开采前的静水原岩应力推导出煤柱强度计算式,并与M-C准则,A.H.Wilson计算式结果相比较.经分析比对发现,没有考虑中主应力的MC屈服准则,A.H.Wilson公式结果都偏小,且A.H.Wilson结果过分偏低,而考虑中主应力的Lade-Duncan破坏准则却在煤柱强度计算结果上明显存在优势,更合理.从内摩擦角和黏聚力这两个角度出发,讨论其对煤柱强度特性的影响规律及影响程度,结果表明煤柱极限强度受二者影响显著,且前者影响程度大于后者.     

椭圆准则的岩石三轴试验运用分析

岩石强度破坏理论是岩石力学与工程问题的理论基础。本文推广了适用于金属玻璃材料拉伸破坏下的椭圆准则强度理论运用于岩石材料,开展如下主要工作:导出椭圆准则在o-σ_1σ_2σ_3坐标系下的描述形式,再选取三组不同类型的岩石式样,观察每组岩石式样的常三轴实验数据与椭圆准则强度曲线的偏离程度。结果表明,每组式样的实验数据点总体上在椭圆准则强度曲线附近,偏差较小。该准则对于岩石材料是适用的。     

土的破坏准则——考虑中主应力的影响

本文就土的破坏准则及其试验研究工作做了一般性讨论.作者根据土的破坏决定于形变能的概念提出了一个破坏准则.在轴对称情况下,它与摩尔—库伦准则是一致的,对于σ_1>σ_2>σ_3的应力状态,强度指标较摩尔—库伦为大,当σ_2=1/2(σ_1+σ_3)时有最大值,sinφ将增大15.5%.     

在多轴应力状态下脆性岩石的强度特性

本文以须家河中粒砂岩、须家河细粒砂岩和嘉陵江微晶质石灰岩三种不同致密程度的岩石为研究对象,利用一套三个主应力大小均可独立改变的岩石真三轴加压设备,对岩石在多轴应力状态下的强度特性及断裂破坏形态进行了深入地研究,并着重讨论了中间主应力σ_2对岩石强度及断裂破坏形态的影响。结果发现,对于不同最小主应力σ_3下的(σ_1/σ_c)～(σ_2/σ_c)强度曲线可以十分近似地用某一抛物线来表示,而对于不同Lode参数λ下的(R/σ_2)～(Q/σ_c)强度曲线则可以十分近似地用某一直线来表示。同时还发现,岩石的断裂破坏将随着应力状态的不同而有可能出现剪切破坏,拉剪混合破坏或拉裂破坏。