非线性破坏准则下浅埋隧道的稳定性分析

隧道围岩压力值是浅埋隧道设计计算的重要参数。为进一步提高围岩压力计算结果的可靠性,以传统浅埋隧道坍塌模型为基础,提出了圆弧滑移面破坏模式,同时基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,运用极限分析上限法推导了地震力作用下浅埋隧道围岩压力的计算公式,验证了计算结果的可靠性,并对影响因素进行了探讨。与实际工程和已有成果的对比分析证明了理论公式具有较高的可靠性和准确度。研究还发现:围岩压力受非线性系数和初始粘聚力的影响较为显著,非线性系数越大、初始粘聚力越小,围岩压力越大;随着待定参数K(水平围岩压力与竖向围岩压力的比值)的减小,水平围岩压力减小,竖向围岩压力增大;地震力对围岩压力的影响不容忽视,竖向地震力单独作用对围岩压力的影响最大,水平和竖向地震力共同作用的影响次之,而仅有水平地震力作用的影响最小。随着水平与竖向地震力系数的增大,围岩压力也在增大。分析结果对于大部分的隧道,尤其是易受地震影响的浅埋隧道研究具有较高的参考价值。

基于能量法的海洋黏土循环破坏准则试验研究

海洋黏土循环强度的合理确定对确保海洋结构物全寿命服役期的稳定性有重要意义。针对不同塑性指数IP长江口原状海洋黏土,开展了不同循环应力比CSR条件下的常体积循环单剪试验,结合能量法探究了原状海洋黏土的循环破坏准则。研究结果表明:原状海洋黏土存在门槛循环应力比CSR_(th),当CSR<CSR_(th)时,单圈能量耗散Wi只在较小范围内线性发展,土体不会发生循环破坏;当CSR>CSR^(th)时,Wi随循环振次N的发展曲线因土体结构的严重破坏而出现突变点,并以该点作为破坏点确定了破坏振次Nf和破坏双幅剪应变γ_(DA,f);长江口原状海洋黏土的CSR^(th)随IP增大增长呈现幂函数关系。随着CSR和PI的增大,Wi和γ_(DA,f)均逐渐增大,N_(f)逐渐减小。γ_(DA,f)/IP^(1.5)-CSR-CSR^(th)的数据点分布在一条较窄的范围内,且γ_(DA,f)/IP^(1.5)随CSR-CSR^(th)增长服从线性函数关系,提出了适用于不同海域原状海洋黏土DA,fg的评价方法。

三向变形条件下铜片止水破坏准则研究

铜片止水是水工混凝土结构分缝之间最重要的止水构件。混凝土结构在自重和水荷载作用下,常产生不均匀变形,使结构分缝之间的铜片止水产生拉伸(压缩)、沉陷和剪切三向变形(相对位移)。铜片止水的安全性取决于三向变形的量值,常通过三个方向的位移单独判断,未考虑三向位移的耦合作用。本文设计制作了两种尺寸共计40个铜片止水试件,通过三向加载独立控制的试验平台对铜片止水进行了不同拉伸、沉降位移的剪切试验,研究了铜片止水的剪切变形规律和破坏形态,得到了三维位移空间中的破坏包络面,提出了一个三向变位条件下铜片止水的变形破坏准则,可用于铜片止水的安全性判断。

基于物理信息神经网络的混凝土破坏准则深度学习研究

混凝土破坏准则是工程结构设计和安全性评估的重要依据。结合一种新的深度学习框架--基于物理信息的深度学习神经网络,将混凝土破坏准则函数方程作为物理约束条件用来构造损失函数对应表征项,增加输入输出之间的物理信息驱动,更全面地反映各种因素之间的内在联系。利用大量试验数据,对深度学习模型进行训练,建立更为准确、适用性更广、更具泛化能力的混凝土破坏准则模型。结果表明:采用的物理信息深度学习神经网络模型,对混凝土破坏准则表达形式和参数有较好的优化识别能力和泛化能力,为规范修订、工程设计以及有限元数值模拟分析评估等提供参考。

风沙冲蚀下钢结构涂层的界面应力与破坏准则

为表征和评价风沙冲蚀作用下钢结构涂层界面结合强度,以西北地区风沙流特征为背景,利用接触力学和界面力学理论建立了在风沙冲蚀作用下钢结构涂层的界面应力表达式.结合断裂力学理论和有限元分析方法,确定了钢结构涂层的界面起裂位置.在起裂位置处建立了考虑压应力影响的界面应力破坏准则.研究结果表明:当冲蚀角度为30°和60°时,最大界面剪应力分别位于冲蚀点前侧200 mm和180 mm处,最大界面压应力分别位于冲蚀点前侧100 mm和50 mm处,涂层界面的起裂位置为最大界面剪应力处.风沙冲蚀作用下涂层的界面应力破坏准则与莫尔-库伦强度准则相似,斜率的大小取决于沙粒的冲蚀角度,且当冲蚀角度为30°和60°时,斜率大小分别为-0.599和-0.467.

超高性能混凝土基于抗剪切强度参数的Mohr-Coulomb破坏准则

通过对4种钢纤维体积含量(0%、1%、2%和3%)的超高性能混凝土在5档围压(0、10、20、40和60 MPa)下进行常规三轴压缩试验,基于直线型摩尔强度包络线及试验数据推导出每种钢纤维含量超高性能混凝土在不同围压下内摩擦角φ和黏聚力c,由c值和φ值计算确定Mohr-Coulomb破坏准则中的参数,得到不同围压不同钢纤维含量下的MohrCoulomb破坏准则,经检验这种随围压与钢纤维含量不同而变参数值的Mohr-Coulomb破坏准则能较好的描述超高性能混凝土三轴抗压强度的发展规律。

基于三参数破坏准则的均质边坡稳定性上限分析

非线性特征是岩土体材料的固有特性.研究表明,在此特征条件下,基于旋转失稳机制的均质边坡潜在滑动面并非单一对数螺旋线.本文假定岩土体材料服从三参数非线性强度准则,在极限分析上限定理的基础上,构建了均质边坡旋转失稳机制;通过拟静力方法考虑地震荷载,基于力学平衡方程结合变分原理获得边坡临界滑动面及其应力分布的微分方程组,采用Runge-Kutta方法进行求解,并基于虚功率原理结合免疫算法获得边坡最小临界高度.通过与有限元极限分析法(FELA)的结果进行对比验证了非线性上限变分分析方法的准确性和有效性.在此基础上,分析了无量纲强度参数(T、A、n)、水平地震加速度系数(kx)、边坡倾角(β)等因素对边坡稳定系数(Fn)、潜在滑动面及其应力分布的影响规律.本方法无需假定边坡潜在滑动面,丰富了边坡稳定性非线性分析理论,可为边坡的加固设计提供理论支持和有益参考.

基于非线性Mohr–Coulomb破坏准则的浅埋倾斜条形锚板抗拔承载力预测

针对浅埋倾斜布置条形锚板抗拔承载力预测问题,本文采用非线性Mohr–Coulomb破坏准则,提出了极限上拔荷载作用下锚板上方土体的非对称曲线型破坏机制,并利用极限分析上限法与虚功率原理,导出了浅埋倾斜条形锚板极限抗拔力和土体破裂曲线的理论解析解。在此基础上,分析得到了埋深比、布设倾角、非线性系数、初始黏聚力、土体重度和地面超载等参数对锚板极限抗拔力和土体破裂范围的影响规律。研究结果显示:锚板极限抗拔力随布设倾角、埋深比、土体初始黏聚力、重度与地面超载增加而增大,但随非线性系数增加而减小;土体破裂范围随非线性系数和土体重度增加而减小,随初始黏聚力和地面超载增加而增大;锚板倾角、埋深比、土体黏聚力与非线性系数对倾斜条形锚板极限抗拔力和土体破裂范围影响较为显著,在工程设计及施工中应予以重视。将本文结果和现有研究工作进行对比分析,本文方法计算求得的锚板极限抗拔力及土体破裂范围与已有研究方法成果具有较好的吻合特性,进一步验证了本文方法的有效性。本文研究工作可为条形锚板设计及施工提供一定理论参考。

基于延性破坏准则的再生混凝土柱抗震性能研究

为揭示再生混凝土柱的性能退化机理,根据拟静力试验现象和试验数据,对再生混凝土柱的破坏进行了量化研究。首先进行了Park-Ang破坏准则和延性破坏准则的计算验证,统计分析结果表明延性破坏准则可用于再生混凝土柱破坏计算研究。基于延性破坏准则对再生骨料取代率与混凝土强度、破坏指数的量化关系进行了研究,建立了混凝土强度退化与破坏指数的函数关系;从再生骨料界面结合能力、粘结性能和强度变化三个方面对再生混凝土柱性能退化规律进行了解释说明,考虑再生骨料取代率和混凝土强度的影响,提出了改进的再生混凝土柱延性破坏准则。研究结果表明:考虑混凝土强度影响的改进延性破坏准则计算结果更接近于1.0,且离散性较低,更准确的定义了再生混凝土柱的破坏。综合再生混凝土柱试验现象、破坏规律及破坏指数计算结果,给出了再生混凝土柱的延性准则破坏评价标准,相关研究成果可用于再生混凝土柱的破坏评估和震损鉴定。

纤维增强高性能混凝土常规三轴抗压破坏准则

为了研究纤维增强高性能混凝土的三轴抗压破坏准则,对3种不同钢纤维掺量的纤维增强高性能混凝土进行了4种围压下的常规三轴试验,获得了纤维增强高性能混凝土的三轴偏应力-应变曲线。结果表明,掺入钢纤维和施加围压均能对纤维增强高性能混凝土起到增强、增韧的作用,随着钢纤维掺量和围压的增加,纤维增强高性能混凝土的轴向偏应力、应变、弹性模量均增大。但是二者的作用会相互影响:围压增大,钢纤维掺量对纤维增强高性能混凝土轴向偏应力提高的幅度降低;钢纤维掺量增大时,围压对纤维增强高性能混凝土的增强作用会降低。利用Mohr-Coulomb破坏准则、William-Warnke破坏准则和Power-Law破坏准则构建了不同钢纤维掺量的高性能混凝土三轴抗压破坏模型,研究表明,基于上述3种破坏准则均能较好地模拟高性能混凝土的三轴破坏过程,通过分析模型拟合系数R^(2)发现,William-Warnke模型模拟精度最高,而Power-Law模型能够很好地模拟出钢纤维掺量对高性能混凝土的三轴抗压强度的影响。

基于批量梯度下降法的混凝土破坏准则参数研究

为解决混凝土破坏准则中参数的系统误差导致混凝土破坏强度预测精度不足问题,本文利用批量梯度下降法对混凝土破坏准则参数进行重新拟合,选取的破坏准则分别为Ottosen准则、Hsieh-Ting-Chen准则、Willam-Warnke准则,得出3种破坏准则根据新参数拟合的破坏包络曲面、拉压子午线和偏平面内破坏迹线近似重合。结果表明:新参数下3种混凝土破坏准则近似描述了相同的混凝土破坏包络曲面,证明利用批量梯度下降计算破坏准则参数的有效性。通过批量梯度下降法,可根据有限的实验样本重新计算不同破坏准则参数,得出最接近真实破坏曲面的参数最优解,为破坏准则研究的参数计算提供新途径。

根土复合体依赖根系含量的力学特性及非线性破坏准则

为研究植物根系对根土复合体力学特性的影响,开展不同根系含量下的根土复合体三轴试验,分析了根土复合体依赖根系变化的力学特性,建立了根土复合体非线性破坏准则。研究结果表明:根系通过提供抗拉能力来提高土体抗剪强度,根主要影响土体黏聚力,对内摩擦角影响较小;当根系含量为0.36%时,黏聚力增加了64.91%;主应力差随应变的增加显著,当轴向变形>2%时,主应力差变化缓慢;试样破坏时表现为剪胀破坏,产生纵向裂缝;随着围压的增大,根土复合体破坏的剪胀效应减弱;初始切线模量随围压及含根量的增大而增大;根土复合体破坏应力比最大值为0.99,最小值为0.63;基于含根量的变化,非线性强度破坏准则反映了根土复合体的破坏特性,破坏包络线在低围压下表现为非线性,高围压下为线性,线性与非线性变化的临界应力与围压的大小有关。

非线性破坏准则的竖直边坡稳定性分析

采用极限分析方法进行边坡稳定性分析通常采用线性Mohr-Column破坏准则。但大量实验证明,岩土体的破坏包络线是非线性曲线。基于切线法和积分的思想,推导了基于非线性破坏准则的极限分析上限法求解竖直边坡稳定性和临界高度的计算公式。应用该方法计算了竖直边坡的稳定系数,并与文献中的计算结果进行了比较,结果相差很小。另外,对非线性破坏准则强度参数对竖直开挖边坡稳定性的影响分析结果表明,这些参数对边坡的稳定性分析结果起关键作用。

基于非线性Hoek-Brown破坏准则对隧道开挖面的支护力研究

盾构隧道施工中,掌子面支护力的确定对施工安全至关重要。针对盾构法隧道支护力问题,基于非线性Hoek-Brown破坏准则,计算盾构法隧道开挖面的支护力,分析岩土体参数、隧道几何尺寸等因素对支护力的影响。计算结果表明:Hoek-Brown强度参数定量确定的方法,然后基于Hoek-Brown破坏准则计算隧道开挖面的支护力数值,进一步分析各个参数对隧道开挖面的支护力的影响。研究结果表明:岩体强度指标GSI越小、扰动因子D越大、岩土体系数mi越小、抗压强度σci越小、隧道直径d越大、岩土体重度γ越大,会导致隧道开挖面支护力q越大。

双轴拉压混凝土在冻融循环后的力学性能及破坏准则

北方寒冷地区的大多数混凝土结构物和水坝等处于复杂应力状态,冻融循环对混凝土的力学性能产生不利影响。利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点试验室的大型混凝土静、动三轴试验系统,对经过0,25,50,75次冻融循环的混凝土,进行了0,-0.05,-0.15,-0.25共4种比例加载路径的双轴拉压试验,测得了混凝土的抗压强度和抗拉强度,及2个加载方向的应变,并根据试验结果,系统地探讨了冻融循环后,混凝土在不同拉压比下的双轴拉压强度和变形特性,发现随冻融循环次数的增加,混凝土的抗压强度、抗拉强度明显降低,拉压比对冻融循环后混凝土强度和变形性能有明显的影响。在主应力空间和八面体应力空间建立了同时考虑冻融循环次数和拉压比的冻融循环后混凝土双轴拉压的破坏准则,与试验值符合较好。经分析得出结论,实际工程中,处于双轴拉压应力状态的混凝土结构的抗冻融循环能力低于单轴应力状态的混凝土结构,因此,设计时要引起足够的重视。

渗透压作用下压剪岩石裂纹流变断裂贯通机制及破坏准则探讨

探讨了渗透压作用下黏弹性压剪岩石裂纹的起裂规律及分支裂纹尖端应力强度因子的演变规律,得出:一定轴向压应力下,渗透压、远场侧向应力和裂纹面摩擦系数是影响分支裂纹尖端应力强度因子KI演变的主要因素,渗透压的存在加剧了分支裂纹的扩展,随着裂纹渗透压的增大,分支裂纹扩展由稳定扩展变成不稳定扩展;建立了渗透压作用下压剪岩石裂纹体的轴向贯穿、岩桥剪切贯通两种不同类型的断裂破坏力学模型,引入虚拟应力强度因子KI(LC),提出以分支裂纹临界长度时裂尖虚拟应力强度因子KI(LC)作为黏弹性压剪岩石裂纹的流变断裂破坏准则,通过算例证实了该准则的可行性,得出:在既定裂纹分布、一定轴向应力和裂纹面摩擦系数的条件下,低渗透压、侧向拉应力共同作用下的压剪岩石裂纹趋向于轴向贯穿破坏,而高渗透压作用下会导致分支裂纹尖端岩桥剪切破坏,渗透压、侧向压应力共同作用下压剪岩石裂纹可能会发生具时间效应的流变断裂贯通破坏。为研究水岩相互作用下裂隙岩体的失稳破坏提供了一种新的思路。

考虑中主应力的常用破坏准则适用性研究

针对岩土工程中常用的考虑中主应力效应的5种破坏准则,推导各准则考虑中主应力影响的内摩擦角表达式,建立真三轴应力下内摩擦角与中主应力系数的关系,探讨中主应力的影响规律。与砾石料、密砂和黄土3种材料的真三轴试验结果进行比较,并采用标准差量化方法,探讨各准则对中主应力的反映程度及其适用性。研究结果表明:5种破坏准则均不同程度地反映中主应力效应,Drucker-Prager准则计算拟合效果较差,修正Lade-Duncan准则拟合效果较好,其余3个准则拟合程度相当,对于不同的材料应选用不同的破坏准则。

热辐射的破坏准则和池火灾的破坏半径

热辐射破坏是发生在开放气环境中的池火灾的主要破坏机理。本文讨论了热辐射的破坏准则，提出预测池火灾破坏半径的方法，进行了数值模拟计算。

复杂应力条件下岩石的拉剪变形及破坏准则研究

根据不同围压条件下的粉细砂岩三轴压缩全程试验,分析了围压对砂岩峰值强度和破坏方式的影响,研究了压缩过程中砂岩的拉、剪变形随围压的变化规律。结果表明:粉细砂岩峰值强度与围压的关系是一条有拐点的折线,围压低于拐点对应的临界围压σ3L时,粉细砂岩的破坏方式仍为剪切破坏,但其强度受到张拉变形影响而低于Coulomb准则的计算值,岩石破裂面与最小主应力夹角大于(45°+φ/2);围压高于σ3L时,粉细砂岩的破坏仅受剪切变形控制,张拉变形对强度的影响可以忽略,岩石进入完全剪切破坏状态,破裂面角度与(45°+φ/2)吻合。在此基础上,提出了反应砂岩破坏过程中张拉应变和剪切应变相互关系的指标值ft/fγ,并据此推导了砂岩在不同围压下的强度准则,与实际情况较为吻合。

PES/PVC膜材料拉伸性能的各向异性及破坏准则

以PES/PVC膜材料单轴向拉伸试验为研究基础,对膜材料的0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°七个面内方向上的拉伸试验特征进行了分析,证明了采用三次加载后的应力-应变曲线可以用来描述膜材料的弹性力学性质,且测得的膜材料弹性常数符合正交各向异性本构关系。为获得膜材料在复杂应力状态下的断裂强度,对膜材料拉伸断裂破坏的机理及适用的相关强度准则进行了讨论。结果表明,利用Tsai-Hill强度准则能对纯拉或纯剪切型破坏模式下的膜材料断裂强度做出较好的预测,但该准则不适合对拉剪混合型破坏模式下膜材料断裂强度的预测。