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.     

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.     

用逼近法求解滑移线场的研究

本文论述用逼近法和电子计算机求解复杂边界条件下的滑移线场，使网格节点正好落在需要位置的方法，以及采用库伦摩擦条件求解滑移线场和应用计算机绘图仪绘制滑移线场的方法。使滑移线场的求解达到很高的精度。     

均质岩基极限承载力滑移线解与极限平衡解的比较

极限平衡法、滑移线法是求解剪切破坏模式下均质岩基极限承载力的两种重要的极限分析法。通过对某工程均质岩基承载力的反算,对基于Hoek-Brown经验强度准则的3种极限承载力计算方法－Bell解、Hoek-Brown解和滑移线法的计算结果进行了比较,并分析了造成差异的原因。     

有埋深无体积质量的黏性土地基极限承载力的直接求解

对于有埋深无体积质量黏性土地基极限承载力的求解,目前大多数土力学的书籍中都是先假定滑移面然后用静力平衡的方法求解,这样的求解过程是不精确的.利用Coulomb-Mohr屈服准则,基于R.希尔调和挤出图,采用了塑性力学滑移线的方法求解,得到了相同的结论,但是推导过程却大为简化.     

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.     

地基渐进破坏应变控制数值试验及极限承载力研究

为对地基的加载过程进行研究,通过快速拉格朗日数值方法和极限分析方法,采用应变控制的数值试验来研究地基加载的渐进破坏过程和极限承载力.应变控制方法避开了荷载增加方法的系统不易控制性以及求解不收敛原因复杂性等问题.通过对均质地基的数值试验,揭示了地基随加载步的剪切带局部化的过程,发现地基的破坏是一个逐渐演化过程,最终的剪切带滑移模式与传统假设滑移面一致.数值试验显示加载过程中地基应力呈复杂的空间变化,荷载板受力呈中间大、两侧小的不均匀特点,且这种不均匀性随着荷载增加而增大.对不同内摩擦角进行数值试验,结果揭示其破坏的滑动体随着内摩擦角的增加,其范围的宽度和深度都相应增加.数值试验获得的破坏模式和极限承载力与传统Prandtl方法结果具有较好的一致性,该方法对于结构和参数更复杂的非均质地基也具有很好的适应性.     

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.     

多元复合地基承载力可靠度计算

概括了多元复合地基承载力计算方法,并推导出多元复合地基可靠度研究中的极限承载力状态方程.将免疫算法应用于多元复合地基可靠度计算中,基于可靠度指标的几何含义提出优化目标函数,在求解过程中,免疫算法仅需要目标函数的函数值,使计算更为简便,利用Matlab编制了相应的计算程序.通过算例,采用蒙特卡罗法和免疫算法进行对比计算,结果表明免疫算法在进行多元复合地基承载力的可靠度分析时,收敛速度快并且结果精度高.     

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.     

小湾拱坝基岩抗剪强度测定和破坏机理探讨

通过在３００ｍ级的小湾高拱坝坝区的片麻岩上进行的１０组现场岩体抗剪试验的研究，确定了坝基岩石的强度，提出了预报岩体强度的新方法，并利用断裂力学理论分析了岩体的剪切破坏机理，收到预期效果．所得成果已在小湾拱坝初步设计中被采用     

基于Hoek-Brown强度准则确定均质岩基抗剪强度参数的方法

本文针对岩体的非线性破坏特征 ,基于经验的 Hoek- Brown强度准则 ,提出了确定近水平均质岩基抗剪强度参数 c、 的新方法。最后 ,用算例阐明了本文方法     

基于古应力场模拟的多期区域构造裂缝分布预测评价技术—以中国泌阳凹陷安棚油田为例*

天然裂缝是地层中常见的地质构造现象,系统研究目标区储集层裂缝的分布及发育规律,这对于提高井区产能和调整开发方案具有重要的理论和实际意义。以安棚油田深层系为例,介绍基于古应力场模拟的多期次区域构造裂缝分布预测技术。根据各类岩心资料对裂缝的组系特征、力学性质进行解释和评价,结合研究区构造演化特征,进行岩石破裂力学机理分析,明确了研究区裂缝成因类型主要为区域构造裂缝,为本次裂缝的分布预测技术奠定了基础。结合野外岩心裂缝特征、裂缝充填物次生方解石稳定同位素测定及储层岩石声发射实验结果,确定储层岩石的破裂期次。参考研究区的地质、构造、沉积相展布资料,以岩石力学和构造力学理论为基础,对研究区建立地质模型、力学模型,并分期次进行古应力场模拟研究。结合摩尔-库伦岩石强度理论,通过裂缝发育指数和岩石受力破裂程度多元拟合对研究区裂缝进行预测及评价。     

岩体中爆炸与冲击下的破坏研究

阐明了揭示岩体中爆炸与冲击真实的变形与破坏过程必须继续研究基于微观物理原理和细观物理力学的理论。建立简单工程实用的介质在爆炸和 冲击作用下的统一的分阶段连贯的不同时空尺寸的动力构模型，必须研究材料爆炸和冲击下的在不同的特征能量尺度及其传输速度下统一的分阶段连贯的动力破坏过程和动力破坏准则。     

圆面积均布荷载下横观各向同性地基位移和应力计算

从横观各向同性弹性体轴对称问题的基本方程出发,通过对各向同性下的Love位移函数重新修正,采用位移解法,同时利用Hankel积分变换和Bessel函数理论.得到了材料特征值s1=s2时,圆面积上作用均布垂直荷载的横观各向同性地基位移与应力分量的解析解.     

层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

对层状盐岩力学特性进行实验与分析,获取相应的力学特征参数,是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤,是数值计算中力学模型的组成要素。本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验,获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数,为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。在此基础上,本文对层状盐岩蠕变机理进行分析,并将对盐岩蠕变率方程进行解析,为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。     

高地应力作用下巷道围岩蠕变的ANSYS仿真计算

为了研究高地应力作用下巷道围岩的蠕变规律,利用ANSYS强大的非线性蠕变计算功能,对深部围岩巷道进行模拟,建立几何模型以及蠕变模型,并利用实验测得的岩石力学参数,通过ANSYS软件计算,一方面验证非线性流变理论,另一方面找出深部蠕变的一些规律,与试验结果进行比较分析。结果表明:用ANSYS进行土力学、基础工程学和岩体力学领域的计算、分析,精度非常高,对于实际深部开采有一定的指导意义。     

岩石力学性质正交各向异性实验研究

在传统的石油工程岩石力学分析中,大都将地层简化为正交各向异性、横观各向同性性质。在深入分析深层岩石力学所涉及的石油工程背景的基础上,利用现场实钻岩心进行了岩石力学性质正交各向异性实验研究。结果表明,沿垂直于井眼轴线平面上,岩石力学性质的各向异性是客观存在的。而且,在某些极端地质环境下,其各向异性的程度还比较强烈,不能简单的将地层考虑为横观各向同性性质。     

基于Weibull统计分布的岩石损伤模型

基于岩石内部裂隙和孔隙分布的随机性,运用连续损伤力学理论,建立了围压与轴压共同作用下岩石的统计损伤模型;结合岩石应力应变曲线的特征参量确定了模型参数,增强了模型的适应性;探讨了岩石损伤的演化性态及其宏观表现,并通过试验对模型进行了验证.结果表明:岩石的宏观力学特性取决于内部微裂纹的细观力学响应,其损伤演化途径反映了岩石变形破坏的全过程;模型理论曲线与试验实测曲线具有较高的吻合度,验证了模型的合理性.