基于Drucker-Prager系列准则的抗剪强度参数分析

在真三轴应力状态下建立了岩土材料内摩擦角与中主应力系数的函数关系,通过与砾石料、Q_2黄土和Santa Monica Beach砂的真三轴试验结果对比,探讨了基于Drucker-Prager(D-P)系列屈服准则的内摩擦角与中主应力系数的关系,以及D-P系列屈服准则的适用性.结果表明:当中主应力系数取特定值时,D-P系列屈服准则中内摩擦角的理论值与试验值相等;在不同应力状态下,岩土材料应选用合适的D-P系列屈服准则,以使内摩擦角的理论值与试验值基本吻合.

Druker-Prager型屈服准则与强度储备安全系数的相关分析

材料屈服准则对强度储备安全系数的计算精度有很大影响,而前人多采用数值方法探讨了Druker-Prager型屈服准则由于参数取值不同对强度储备安全系数的影响,并没有从理论上推导两者的本质关系。为此从理论上分别推导了点强度储备安全系数和整体强度储备安全系数与Druker-Prager型屈服准则的函数关系。经分析得出,内切圆锥屈服准则使得点强度储备安全系数和整体强度储备安全系数取得最小值,而扩展锥屈服准则使得两者均取得最大值。同时,通过对向家坝水利工程的重力坝泄4坝段的坝基深层抗滑稳定性的有限元数值分析,进一步验证了上述结论的正确性。

基于Drucker-Prager准则下的深部软岩巷道粘弹塑性分析

通过建立深部巷道的力学模型,针对深部软岩巷道的流变问题,利用德鲁克-普拉格强度准则作为岩石塑性屈服条件进行粘弹塑性解析,避免了以往使用库仑强度准则没有考虑中间主应力影响的缺点,用于更全面描述巷道围岩的屈服和塑性破坏.结合粘弹塑性流变模型进行粘弹性区和粘塑性区的应力、位移分析,并且考虑塑性区扩容效应,最终得出结论:粘塑性区的应力解比经典解大,巷道周边位移是一个随时间变化的量,若不及时支护,巷道将破坏.

运用Drucker-Prager准则的深埋圆形硐室弹塑性分析

基于Drucker—Prager准则，考虑了中间主应力对煤岩塑性屈服的影响，得出了深埋圆形硐室围岩的弹塑性解．与修正的Fenner方程作比较，分析得出了在考虑了中间主应力的情况下，圆形硐室的塑性圈半径变大，而且内摩擦角在20°～45°以及粘结力较大时，两者的塑性圈半径相差并不大，但粘结力较小时两者相差较大，且相差趋势越来越明显．推导结果对现场巷道的支护设计具有参考作用．

TATB基PBX双曲Drucker-Prager强度准则适用性分析

为准确建立三氨基三硝基苯(TATB)基高聚物粘接炸药(PBX)材料的强度准则,通过自主研制的主动围压试验机获取了不同温度(22.5,35,50℃),不同围压(0～10 MPa)下材料的强度;根据单轴拉伸、单轴压缩以及围压压缩实验数据,采用传统Drucker-Prager(D-P)以及双曲D-P强度准则分别建立了不同温度下TATB基PBX材料的强度模型,并分析了其对于强度实验数据的预测精度。结果表明,双曲D-P强度准则对于22.5,35,50℃下强度实验数据的预测相对误差最大分别为2.41%,3.46%,5.22%,均方根误差分别为0.42,0.38,0.44 MPa,优于传统D-P强度准则结果;对于间接三轴拉伸和压缩破坏应力状态的预测,其相对误差分别为4.93%和12.14%,总体上均优于传统D-P、Mohr-Column、双剪以及单轴强度准则。考虑中主应力影响且处处正则的双曲D-P强度准则能准确预测不同温度下TATB基PBX材料的强度特性。

岩土材料屈服准则的可靠度解析

视岩土材料强度参数为正态分布随机变量，以可靠度理论为基础，推导了Drucker—Prager准则和Mohr—Coulomb准则可靠度判别的解析表达式，并通过Monte—Carlo法和一次可靠度方法验证了其正确性。应用所得到的可靠度解析公式分析了岩土材料强度参数的均值和变异性对屈服准则判别结果的影响。结果表明，强度参数的变异性对Drucker—Prager准则和Mohr—Coulomb准则可靠概率的影响程度不尽相同，在变异系数较大的情况下，它们对可靠概率的影响显著，不可忽略。该研究结果为岩土材料屈服的可靠度判别提供了一条新思路。

基于D-P准则的深埋隧道破碎化分区规律研究

深部洞室开挖因应力重分布而使围岩出现松动区、塑性区、弹性区,基于D-P准则对深埋隧道围岩破碎化分区提出划分准则,利用ANSYS软件分析不同埋深3个区域发展状况并与规范推荐荷载高度进行对比,揭示埋深对松动区、塑性区半径的影响。研究结果表明,Rp,Rc与埋深H近似呈线性关系,与芬纳公式走向基本一致;当埋深超过某一临界埋深时,松动区迅速发展而呈现指数型增长;松动区分布形态及范围随埋深不同而呈现明显差异。

基于φ取值区间的D-P系列准则与M-C准则匹配方法

在边坡稳定安全系数求解中,与传统M-C(Mohr-Coulomb)准则相匹配的D-P(Drucker-Prager)准则有平面应变莫尔-库仑匹配D-P准则或者莫尔-库仑等面积圆D-P准则,但这些结论都建立在对边坡算例个别参数试算的基础上,具有"平均和综合"意义,对参数确定的具体边坡,从"平均"意义得出的匹配结论可能存在较大偏差。本文在前人研究基础上,提出了一种在DP系列准则间进行边坡稳定安全系数转换的新方法,即用π平面上D-P系列准则半径比值作为安全系数转换系数,并通过已有算例进行了验证。在此基础上,进一步提出基于内摩擦角φ取值点的D-P系列准则与M-C准则匹配方法,在算例演示中,只需将边坡取不同φ值时DP1准则和M-C准则计算得到的安全系数比值数据,加入内摩擦角～DP半径比值的二维空间,通过比较各曲线在相应φ值的竖向截距即可得到最佳匹配准则。

基于D-P准则的压力相关材料结构拓扑优化

基于描述材料力学行为的Drucker-Prager(D-P)屈服准则,研究了压力相关材料连续体结构拓扑优化设计问题的数学模型和数值算法.以单元材料人工密度为设计变量,结合SIMP惩罚模型和多孔微结构局部应力插值模型,建立了以材料体积最小化为目标、考虑材料D-P屈服条件约束的优化问题数学模型.利用ε-松弛方法消除奇异解现象,采用伴随法有效推导约束函数灵敏度计算公式,运用基于梯度的连续变量优化算法迭代求解优化问题.数值算例验证了优化模型的正确性及数值算法的有效性,并通过与von Mises应力约束优化结果的比较,说明了材料的压力相关特性会对结构最优拓扑产生重要影响.该方法设计出的最优拓扑由于充分利用了压力相关材料的抗压能力,因而更为合理和实际.

n次齐次屈服函数相关联流动法则失效的机理研究

岩土材料一些常用的与摩擦有关的经典屈服准则,如Mohr-Coulomb屈服准则、俞茂宏广义双剪应力屈服准则、Lade-Duncan屈服准则、Matsuoka-Nakai屈服准则和沈珠江三剪应力屈服准则等,都属于n阶欧拉齐次函数。把上述屈服准则从真实空间推广到耗散空间后发现,当耗散空间中的n阶齐次屈服函数与真实应力无关时,根据耗散空间的Drucker塑性公设获得的耗散功与应力状态无关;对于砂性材料其值甚至为零,与塑性发生时熵增大于零的热力学第二定律相违背。为了克服上述缺陷,必须在耗散空间的n阶齐次屈服函数中引入与真实应力有关的函数项,然而,由此获得的真实空间屈服准则与塑性应变增量之间必须服从非相关联流动法则。由于服从相关联流动法则时耗散空间屈服准则表达式与真实空间的完全相同,故在真实空间中服从n阶齐次屈服准则的岩土摩擦材料也不适宜采用相关联流动法则。

水平荷载单桩的三维有限元分析

利用有限元程序ANSYS对桩土相互作用体系中单桩的横向静力响应进行了三维有限元数值模拟。分析了是否考虑土体的弹塑性、桩土之间是否考虑接触面等因素对单桩横向响应的影响。提出了确定接触面参数的方法,以及有效模拟单桩横向响应的有限元模型,最后进行了实例验证,得到了有价值的结论。

考虑震源扰动作用的深埋隧洞开挖失稳研究

随着深部资源开挖难度的逐渐加大,加之震动作用的影响,深埋地下工程开挖安全与稳定控制成为面临的主要问题。采用数值模拟方法,对点震源和震面波扰动作用下深埋隧洞开挖稳定的影响进行数值计算,分析震源波在围岩体中的传播和衰减规律及其对地下工程开挖的稳定影响和冲击作用。研究结果表明:1)震源波主要向巷道方向传播,并不断向巷道围岩四周扩散,波动作用表现为对顶板整体向下、两边帮向内侧、底板向上;2)无支护条件下巷道围岩体受波动影响很大,应加强开挖支护强度或设置柔性吸能层以减小冲击破坏。研究结果可为深埋地下工程开挖安全和稳定控制提供依据。

基于损伤力学的饱和土固结问题分析

工程中的地质材料不管是土壤还是岩石,在微观结构上都具有孔隙、微裂纹等特征。这些缺陷的存在不仅反映出岩土体具有初始损伤的特征,而且也改变了岩土体的力学特性。岩土体在外荷载作用下的宏观变形主要是通过这些微结构的调整实现的。从损伤力学的角度,对传统的Drucker-Prager准则进行修正,提出一种描述土体在外荷载作用下演化过程的损伤本构模型,并以一维饱和固结问题为例进行计算分析,从而验证文中模型的合理性和有效性最后得出了一些有益的结论。

基于ANSYS模拟潜坐结构吸附力

基于ANSYS软件分析结构物提升过程中淤泥质海床对结构物的吸附力,模拟结构物在提升力作用下土中的应力应变情况。结合ANSYS中的接触分析、单元生死,以及DP材料来模拟土体,分析确定极限吸附力的大小,并与理论公式计算结果进行比较;分析结构物周围土体在提升力作用下位移场分布变化及结构物与土体相互作用时的复杂应力状态。

井壁稳定性传统方法与有限元数值模拟对比研究

钻井过程中的井壁失稳不仅增加了钻井作业的难度,而且难以保证固井质量。井壁坍塌是井内钻井液液柱压力过低不能对井壁提供足够的支撑所致,井壁发生破裂的原因是由于井内钻井液液柱压力过大。为保证钻井过程快速、安全地进行,用传统方法建立模型,并运用ANSYS进行有限元数值模拟。通过两者对比研究,得出满足现场工程实践中可以应用的钻井液密度值。

拉拉铜矿多岩层最终边坡稳定性数值模拟

利用ANSYS有限元软件,基于强度折减原理,建立包含弹性及弹塑性两种本构的多岩层模型,对拉拉铜矿露天采场高边坡稳定性进行模拟分析,并给出边坡发生塑性破坏的过程。以塑性区从坡脚到坡顶贯通作为边坡破坏的标志,以《滑坡防治工程勘查规范》对边坡稳定安全系数划分的规定,判断在模拟得出的安全系数下边坡是否处于稳定状态。模拟分析表明,在不考虑节理裂隙和爆破振动等因素的影响下,拉拉铜矿原设计27°边坡角安全系数≥1.40,有足够的稳定性,当边坡角扩大到38°时,其安全系数仍可达到1.15,处于安全稳定状态。

采动影响下风井破坏原因分析

在受采动影响情况下,利用概率积分与Drucker-Prager准则相结合的方法判断风井的破坏位置,因风井的破坏往往发生在岩层与岩层,或基岩与松散层交接面处,故该方法并不能从理论上说明破坏的原因.风井的破坏与否,与风井穿过的岩层的力学性质、岩层之间的胶结程度、岩层所处的深度有关,水平移动值的大小也与深度有关.因此,各岩层的水平移动值会有所差异.如果下层位岩层与上层位岩层胶结程度弱,那么,下层位岩层的水平移动传递到上层位岩层的可能就小,两个岩层之间水平移动值的差异大,也即水平变形大,会引起赋存在岩层内的地下构筑物破坏.工程实例验证了这种判断方法的可靠性.

边坡开挖加固方案的有限元分析

采用有限元软件,对某电站右冲砂底孔坝段左岸边坡开挖加固方案进行了数值模拟计算,研究结果表明采用施工措施可以减少坝体的位移,但锚固措施并不能改善内部基岩变位,这为施工提供了指导依据。

射孔完井临界井底流压预测新方法的研究及应用

以前研究学者在考虑射孔孔道周围的应力分布时,一般将射孔孔道简化成沿径向最大水平主应力和最小水平主应力方向射孔,但将射孔孔道简化成沿径向应力射孔的研究却很少。本文将射孔孔道简化成沿径向应力射孔并分析射孔孔道周围的应力分布,利用Drucker-Prager强度准则,建立了相应的井底流压预测模型,同时利用油田现场数据对建立的模型进行了验证。结果显示,预测结果与真实值相接近,对工区防砂工作具有参考价值。

采动影响下高瓦斯特厚层巷道快速掘进技术

运用概率积分法求出工作面回采后上覆岩层某一点的六个应变分量εx、εy、εz、γxy、γxz、γyz,进而求取三个主应变ε1、ε2、ε3;三个主应变代入 D- P 准则中,求出应力差;若应力差小于零,该点不破坏;若应力差等于零,该点处于临界状态;若应力差大于零,该点破坏。据此判断上覆岩层裂隙的发育范围。并通过现场观测裂隙带发育范围与测试瓦斯含量,确定高瓦斯特厚煤层高抽巷的位置,实现了高抽巷的快速掘进。在高抽巷内对圈定范围内预抽瓦斯,从而实现上下巷快速掘进。