应用双剪应力屈服准则进行弹塑性分析

导出了双剪应力屈服准则在平面应力状态下的屈服曲线及其方程.应用双剪应力屈服准则对旋转园盘、厚壁园筒和具有园孔的大平板进行了弹塑性分析,将计算结果与用Mises和Tresca屈服准则计算的结果作了比较.     

巷道金属支架的广义屈服条件

讨论了巷道金属支架在外荷载的作用下塑性区的产生和扩展过程，建立了用支架内力表示的矿用工字钢和L，型钢截面的弹塑性和完全塑性的广义屈服准则。     

基于广义Hoek-Brown准则隧道围岩抗力系数研究

基于广义Hoek-Brown准则,并引入罗德参数ξ反映中间主应力的影响,在研究隧道围岩力学性质的基础上,推导出围岩抗力系数公式;并运用于工程实践。讨论在不同ξ及不同埋深条件下,抗力系数的变化规律。由研究结果可知,围岩抗力系数随着ξ的增大逐渐减小;随隧道埋置深度增加而减小。     

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.     

渗流效应对基于广义非线性屈服准则洞室弹塑性解的影响

考虑渗流效应,基于广义Hoek-Brown非线性屈服准则,推导出圆形洞室围岩塑性区半径、洞壁径向位移和洞室周边径向应力的数值解.绘制在考虑渗流的情况下和基于广义Hoek-Brown屈服准则的不同围岩条件下,圆形洞室内外水头差h与R/e(R为塑性区半径,e为洞室半径)的关系曲线、围岩特性曲线和径向应力的分布曲线.研究结果表明:在水头差相同时,位于较差围岩中洞室的塑性区比位于较好围岩中洞室的塑性区发展快;在支护力相同时,支护结构对处于较差围岩中的圆形洞室洞壁位移约束效果较差;在围岩质量较差时,渗流效应对圆形洞室径向应力的影响比围岩质量较好时的影响大.     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道围岩参数智能反分析

岩体力学参数的合理确定是隧道工程中一项基础性工作,也是隧道施工过程中存在的一个重要问题,直接关系到分析结果的正确性和可靠性,反分析作为一种可以较好地确定岩体力学参数的方法,在岩土工程领域得到广泛应用.本文基于Hoek-Brown强度准则,首先利用敏感性分析理论对Hoek-Brown准则中4个参数进行了敏感性分析,然后编制遗传-粒子群反分析程序进行隧道围岩物性参数的反分析.基于反演分析得到的围岩力学参数,对下一步施工产生的影响进行预测,取得了良好效果,验证了所提方法准确、可靠,具有一定的适用性.     

基于Hoek-Brown准则的非常规态型近场动力学弹塑性模型

岩石介质在不同荷载环境下具有显著的弹塑性变形特征和断裂力学行为。为了同时描述岩石的弹塑性变形连续场以及断裂力学行为的非连续场,提出了一种基于Hoek-Brown强度准则的非常规态型近场动力学（non-ordinary state-based peridynamics, NOSBPD）弹塑性模型。首先,基于非局部变形框架下的材料对应性关系,建立了以Hoek-Brown强度准则为屈服准则的NOSBPD弹塑性本构方程,通过主应力空间的返回映射算法得到给定应变增量对应的应力增量,并给出了相应的增量模型积分算法;其次,提出了基于等效塑性应变的断裂准则,实现了岩石弹塑性断裂全过程力学行为的表征;最后,通过引入非均匀变形状态消除了NOSBPD模拟存在的零能模式问题。基于数值模拟结果与有限元结果以及试验数据进行对比分析,验证了所建立模型的正确性,可为岩石的弹塑性断裂力学行为研究提供有效分析手段。     

基于三剪屈服准则的材料弹塑性统一本构方程

为了改进双剪统一强度理论公式的分段表达,克服双剪统一弹塑性本构模型在θ=θb点上的双重滑移角现象,考虑十二面体单元上所有三个主剪应力共同作用的三剪屈服准则建立了材料的弹塑性统一本构方程,该弹塑性统一本构方程适合于服从Tresca屈服准则到Von Mises屈服准则的全部材料.     

广义双剪应力屈服准则的屈服面研究

利用线性代数的方法,研究广义双剪应力屈服准则的屈服面,及其特例:Tresca屈服面和双剪应力屈服面.     

基于Hoek-Brown准则点安全系数的边坡稳定性分析

为了采用Hoek-Brown准则分析边坡各部位的稳定程度,通过理论分析,推导Hoek-Brown参数表征的点安全系数(Fp)函数;利用FLAC3D软件建立边坡数值计算模型,编制相应Hoek-Brown点安全系数程序,分析材料参数和应力变化的影响.研究结果表明:采用自编程序计算的Fp≤1区域与采用FLAC3D软件计算的塑性区分布范围大致相同,并且点安全系数的判定标准能够表征各单元的破坏程度,优于塑性区判定标准;随着单元损伤程度的加大,点安全系数Fp逐渐减小;随着地质强度指标GSI增大,Fp逐渐增大,两者之间的关系符合3次多项式分布;Fp随完整岩石的单轴压缩强度σci的增大而增大;最大主应力σ1增大引起Fp逐渐减小,两者表现出显著的双曲线分布规律;Fp随最小主应力σ3的增大而增大,这与工程实际情况相符.     

基于GZZ准则的圆隧围岩塑性圈三维非线性分析

为了研究三维非线性岩体强度准则下的圆隧塑性圈力学行为,基于考虑扩容影响的塑性中主应力表达式和三维非线性Hoek-Brown强度准则(GZZ准则),推导了理想弹塑性围岩塑性圈的径向应力方程。利用MATLAB编写有限差分程序,对塑性圈三维应力分布、塑性区半径及考虑扩容影响的围岩塑性圈位移进行计算,通过数据对比验证了计算方法的合理性。研究结果表明:基于GZZ准则计算的应力发展速率较快,扩容对其应力分布影响较弱;考虑三维情况的塑性区半径比二维情况的小,围岩可在较浅深度处达到弹性状态;考虑扩容影响的围岩塑性圈位移明显大于不考虑的情况。     

基于Hoek-Brown强度准则的裂隙岩体劈裂注浆力学机理

为了获得裂隙岩体中劈裂注浆压力的计算方法,首先假设裂隙岩体服从非线性Hoek-Brown强度准则,采用断裂力学分析模型分析裂隙的劈裂压力,推导裂隙岩体中Ⅱ型和复合型裂纹的劈裂注浆压力计算方法.基于断裂力学中裂纹失稳机制,利用材料的线弹性特性,分析复合型加载条件下裂纹的失稳机制,并提出裂纹扩展的最有可能发展方向.最后,对非线性强度参数及裂纹长度对劈裂注浆压力的影响进行分析.研究结果表明:劈裂注浆压力的计算应该重点考虑裂纹长度和非线性强度参数的影响;裂纹长度对注浆压力的影响显著,注浆压力随裂纹长度增大呈非线性减小;注浆压力随非线性参数的增大而逐渐减小,随地质强度的增大呈先增大后减小的趋势.     

Hoek-Brown准则中参数不同选取值对Mohr-Coulomb参数值的影响

利用Hoek-Brown经验强度准则与Mohr-Coulomb准则关联函数,分析研究了Hoek-Brown准则中所采用参数不同选取值对于岩体黏聚力c及内摩擦角φ的影响。结果表明:c及φ值随着GSI的增加而增加,黏聚力与GSI呈指数函数关系,内摩擦角与GSI成线性函数关系;c及φ值随着mi的增加而增加,且均成对数函数关系;c及φ值随着σci的增加而增加,黏聚力与σci成线性函数关系,摩擦角成指数函数关系;c及φ值随着D的增加而减小,并均成多项式函数关系。     

基于 Hoek-Brown强度准则磷矿体开采稳定性分析

磷矿是保障精细磷化工生产和粮食供应的物质基础,而地下缓倾斜磷矿体的开采一直是个难题.该文以湖北兴山后坪矿段磷矿层地下开采为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D,基于Hoek-Brown强度准则,对磷矿层的开采过程进行了数值模拟.首先进行单轴压缩模拟试验,求得各岩体的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比,模拟试验结果和室内试验结果基本一致.然后研究了磷矿层开采过程中采空区围岩的应力变化情况、上覆岩体的位移规律和矿柱屈服区分布情况,从而评价采空区的稳定性.最后,分析了在缓倾斜磷矿体中实施浅孔房柱法开采的的可行性.     

基于Hoek-Brown准则的Morgenstern-Price法在边坡稳定性分析中的应用

针对目前边坡稳定性计算中破坏准则均为Mohr-Coulomb破坏准则的情况,根据相关准则和原理,推导了基于Hoek-Brown准则的Morgenstern-Price法计算公式.该法克服了一般岩体边坡稳定分析中岩体强度参数纯经验取值的缺点,使计算更为精确、合理.采用具体算例进行对比,探讨了不同准则下边坡稳定性计算的差异原因,并运用基于Hoek--Brown准则的Morgenstern-Price法对安家岭露天矿北端帮滑坡进行了分析.     

基于岩体损伤的Hoek-Brown强度准则修正应用

对2002版Hoek-Brown强度准则中扰动系数D和地质力学指标GSI的估值进行统计了分析,发现D的估值较GSI的估值离散性大。指出了有关改进公式对岩体扰动性量化的缺点,建立了以岩石强度损伤指标Ds、岩体完整性损伤指标Dv和岩石平均泊松比珔μ为参量来量化扰动系数D值的非线性公式。提出的量化公式考虑了三种指标间的耦合作用,减少了单一指标量化的不确定性风险。以利比里亚邦矿岩体力学参数研究为例,分别用提出的改进公式和其他方法对工程岩体参数的进行估算,计算结果表明所提出的公式更能反映岩体受到的不同扰动程度。对比计算结果,进一步论证公式的合理性,以期为同类工程提供借鉴。     

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。