一个新的D-P类准则及其应用

基于Mohr Coulomb(M-C)准则及平面应变条件，建立了非关联流动法则的D-P准则.该准则引入了塑性体积应变，所求的塑性体积应变增量和M-C准则相等，在π平面上，当应力罗德角小于零时，建议的D-P准则与以往的外角外接圆及内切圆相比，能更好地反映土体应力应变的实际特性.在边坡稳定分析中，相比其他D-P类准则，建议的D-P准则计算得到的边坡稳定安全系数与条分法结果十分吻合.在地基极限荷载的求解上，所得的极限荷载与滑移线场与Prandtl理论解趋于一致.     

一般应力条件下土的抗剪强度参数探讨

土的抗剪强度指标一般通过室内常规土工三轴压缩剪切试验获得,但实际工程中土体并不处于这种理想的轴对称应力状态。因此,研究一般应力条件下与三轴应力条件下强度参数之间的相互关系十分必要。针对不同中主应力系数,基于推广的空间准滑动面强度准则即SMP准则及广义Mises准则,通过理论分析建立了各种应力状态下一般粘性土强度参数之间的换算关系,比较了不同中主应力系数情况下和平面应变条件下的强度参数。结果表明,中主应力系数对土的抗剪强度具有比较显著的影响。     

平面应变条件下两类有限元边坡稳定分析方法比较研究

对有限元边坡稳定分析方法中滑面应力分析法和强度折减法的安全系数定义进行了探讨,指出这两类方法的安全系数定义都是从强度折减的概念出发,与极限平衡方法中的安全系数定义概念上是一致的.在算例对比分析中,基于非关联流动法则,采用与经典摩尔-库仑准则相匹配的等效D-P准则,在平面应变条件下,对天然边坡(均质边坡、有下卧软弱层、有软弱夹层带)的稳定性进行了对比研究,并同传统极限平衡方法进行了比较.研究表明,两类有限元方法得到的安全系数大小以及相应滑动面形状和位置均十分接近,滑面应力分析法不适于计算失稳边坡的安全系数.     

双圆锥屈服准则理论及其工程应用

引入相似角并利用非关联流动法则,在空间状态下基于M-C准则导出一种新的屈服准则——双圆锥准则．该准则与M-C准则所得的塑性体应变增量完全相等,其特定的12条子午线与M-C准则等效,并体现了中间应力对屈服的影响．把双圆锥准则与有限元强度折减系数法结合,通过对c、φ的等效替换,利用ANSYS通用程序进行边坡稳定分析,所得结果与极限平衡法吻合良好．     

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.     

一种新的弹塑性本构矩阵及应用

利用非关联流动法则,在空间状态下基于M—C准则导出一种新的屈服准则以及相应的弹塑性本构关系,该屈服准则与M—C准则所得的塑性体应变增量完全相等,并体现了中间应力σ2对屈服的影响．并把新准则与其他准则在理论上进行了分析、比较．最后把本文提出的新准则与有限元强度折减系效法结合起来,通过对c、φ的等效替换,利用ANSYS通用程序进行边坡稳定分析,所得结果与极限平衡法吻合良好．     

用Drucker公设导出两个经典屈服准则

从Drucker公设所得的正交流动法则出发,利用塑性体应变增量、等效塑性应变增量这两个塑性指标的特性,对金属材料假定塑性体应变增量为零,并且假设材料屈服时等效塑性应变增量与应力状态无关,通过严密的数学推导,导出了Mises准则,并进而在不考虑第二主应力的条件下,应用塑性功的性质导出了Tresca准则．     

基于不同D-P屈服准则的边坡安全系数比较

利用4种D-P准则,采用强度折减有限元法计算了边坡的安全系数.计算结果表明,用外角点外接D-P圆准则(D-P1)计算结果误差较大,其他3种准则误差相对较小,其中采用平面应变莫尔-库仑匹配D-P准则(关联)(D-P4)分析得到的边坡安全系数与传统的极限平衡Spencer法计算结果较为一致,在工程计算中具有一定的实用性和可靠性.     

基于SMP准则的改进剑桥模型及其在基坑工程中应用

基坑开挖时坑底土体在卸荷作用下会处于三轴拉伸状态，剑桥模型采用的扩展von Mises准则将高估土体的三轴拉伸强度，因此利用变换应力法将剑桥模型从三轴试验的轴对称应力状态扩展至一般应力状态，改进后的剑桥模型采用SMP准则能较好地反映基坑工程中坑底土体在三轴拉伸状态下的强度和变形特性，预测的坑底隆起变形比较可靠。     

空间滑动面准则下考虑土拱效应的挡土墙主动土压力研究

现行考虑土拱效应的挡土墙主动土压力方法未考虑中主应力的影响,不能全面的反映土体的三维受力特性对挡土墙主动土压力的影响。本文根据空间滑动面准则（SMP准则）,推导了考虑中主应力影响的侧向主动土压力系数公式及主动土压力分布公式。结果表明：考虑中主应力的SMP准则计算的主动土压力较Mohr-coulomb计算的结果小一些,更接近试验结果。因而,在考虑土拱效应计算挡土墙主动土压力时,考虑中主应力发挥土体的材料强度潜力,对于工程有一定的意义。     

脆性材料复合裂纹断裂判据研究

研究了混凝土等拉压强度不等的脆性材料在平面应力和平面应变情况下裂纹附近的塑性区的范围，并给出了相应的表达式；运用在一定外力作用下物体内等效应力作为断裂判据，推测含复合裂纹的脆性材料的裂纹扩展时的临界条件相扩展方向，计算了试件在6个不同裂纹角时断裂角的大小，其结果与最大周向正应力理论判据、最小应变能密度理论判据及实验结果比较，说明用最小等效应力作为含复合裂纹的脆性材料的裂纹断裂判据是可行的．     

拉压平面应变状态下混凝土的强度准则

对砼坝中经常遇到的、而国内外研究较少的在平面应变状态下砼的变形和强度进行了试验研究．试验内容不仅包括压压状态，而且包括了试验难度大、但对设计起控制作用的拉压状态．给出了应力－应变关系曲线，并比较了平面应变状态砼在两侧向拉压与压压受力情况的变形和强度的差异．在分析试验资料的基础上，建立了以应力和应变表述的砼在平面应变状态下的强度准则     

非线性准则下隧道围岩响应的理论和数值分析

采用Hoek-Brown非线性准则描述岩土破坏特征更能反映岩体固有特点和非线性破坏特征,以及岩石强度、结构面组数、所处应力状态对岩体强度的影响。首先,通过理论分析,得到了围岩开挖后应力和变形情况;然后,利用数值计算软件,建立了Hoek-Brown准则下隧道的数值计算方法和计算模型,分析了隧道在开挖情况下的应力变形情况,得到围岩的径向应力、切向应力、剪应变分布、塑性区分布和位移情况,并将数值计算结果与理论计算结果进行对比,结果表明:①隧道开挖引起岩体的扰动,使其从平衡状态转为不平衡状态。随着时间的推移,不平衡力逐渐在岩体中消散均化,岩体的扰动逐渐减小,最终趋于平衡。②数值解均略大于理论解,但二者差别十分微小,从而验证了数值方法的正确性。     

氮气钻井岩爆动力学演化机制的数值模拟及岩爆实录特征分析

应用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.3,建立井底逐渐接近裂缝的数值模型,基于致密砂岩岩体内部微裂缝起裂时对应的等效塑性应变为判断标准,分别应用CWFS-DP(cohesion weakening and frictional strengthening-CWFS)内聚力弱化摩擦力强度准则、DP强度准则及MC强度准则进行平行数值计算,得出了氮气钻井井底岩爆的动态演化过程。研究表明,井底逐渐靠近裂缝过程中致密砂岩基质会产生两种不同的破坏方式,即是沿着潜在剪切面,向井筒剪切滑移破坏及应力集中条件下的微剪切方式的挤压屈服破坏,直至破坏区延伸连通低压井筒,裂缝内的高压气体及岩爆碎屑释放大量能量,产生井底岩爆。该研究成果可系统解释X8-2井井底岩爆发生前后随钻监测参数的异常变化,为准确判断氮气钻井井下工况提供了理论支撑,同时为及时采取针对性的对策措施提供了依据。     

解理断裂前裂纹尖端变形与开裂的有限元模拟

对16MnR钢三点弯曲(3PB)裂纹试样进行了实验和有限元计算,模拟了裂尖开裂与钝化的构形和应力应变分布图.发现在临界载荷前,预裂纹尖端仅仅发生钝化;当载荷达到临界值时,开始有小裂纹起裂,随后钝化;再达到又一临界载荷时,小裂纹再次起裂,而后扩展,反复出现直至解理断裂发生.在模拟裂纹沿斜面起裂时,当小裂纹很短时,对对称面上的应力、应变和三向应力的分布影响比较小;只有小裂纹扩展到足够长并钝化到足够宽,才能够影响主裂纹的扩展及其前端应力、应变的分布.并针对采用有限元法在模拟裂纹扩展时所遇到的问题,探讨了模型的建立、网格的划分、断裂准则的应用以及网格重组技术的运用.     

铀尾砂胶结充填体三轴压缩试验及非线性强度准则研究

充填采矿法是矿山开采的重要施工方法,探究尾砂胶结充填体回填采空区后的强度特性具有重要的理论研究和工程实际意义。以铀尾砂胶结充填体为研究对象,研究砂灰比和围压对胶结充填体力学性能的影响。随后基于三种强度理论,以试验数据为基准,对不同砂灰比铀尾砂胶结充填体强度进行预测。结果表明：砂灰比对尾砂胶结充填体的力学特性有较大的影响;砂灰比为4,围压小于4 MPa时,铀尾砂胶结充填体的应力-应变曲线呈应变软化型,砂灰比大于4,铀尾砂胶结充填体的应力-应变曲线呈应变硬化型。黏聚力和内摩擦角随着砂灰比的增大而减小,逐渐趋于平稳,并呈指数下降趋势。Rocker准则公式简单,能精准地预测不同砂灰比条件下铀尾砂胶结充填体的强度。提出考虑砂灰比的铀尾砂胶结充填体的Rocker强度准则,并验证其具有良好的预测效果。研究成果为矿山充填开采提供了有益的参考。     

考虑中主应力及三向应力状态影响的地基承载力分析

基于推广的SMP准则,建立了平面应变条件下和三轴压缩条件下土的抗剪强度参数关系的简单解析表达式．基于这一关系,采用各自应力状态下土的强度参数,用滑移线方法分析了条形基础、圆形基础承载力系数及圆形基础承载力形状修正系数．计算结果表明,若忽略应力状态对土的强度参数的影响而简单地用三轴压缩试验下土的强度参数,由此计算得到的条形基础承载力系数具有较大的误差,且这种误差随着土的内摩擦角的增大而增大．针对圆形基础,将计算结果与Terzaghi经验关系对比分析发现。Terzaghi的经验系数在多数情况下是合适的,但当基底光滑时,由土自重所引起的承载力系数所对应的形状修正系数取0．6是偏于不安全的,根据计算结果建议取为0．4．