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。

用Mohr-Coulomb破坏准则预测最小水平主应力的实验方法

通过岩石力学实验,测定岩样的内聚力、摩擦系数和单轴抗压强度等岩石力学参数,可以用常规的Mohr Coulomb破坏准则确定最小主应力。采用长庆油田、二连油田、吉林油田和四川盆地、塔里木盆地以及委内瑞拉将要进行水力压裂施工的砂岩地层的岩样,用该方法测定最小主应力,将测定结果与长源距声波测井和微压裂测定结果对比,误差一般为2～3MPa,证实这是一种经济可靠的方法。

修正的Mohr-Coulomb破坏准则在斜侵彻过程中的应用

以杆弹斜侵彻钢纤维混凝土靶的数值模拟为目标,将HJC模型嵌入了自主开发的动态有限元HVP3D程序中,提出了考虑拉伸破坏、应变率、压力和剪力影响的修正的Mohr-Coulomb破坏准则,模拟靶板的可能破坏情况,并和最大拉应力累积破坏准则的结果进行了比较,发现修正的Mohr-Coulomb破坏准则较好地反映靶板的破坏情况.同时将修正的Mohr-Coulomb破坏准则应用到带攻角的斜侵彻数值模拟中并与实验结果进行了对比.

运用非线性Mohr-Coulomb破坏准则分析尾矿坝稳定性

为了获得尾矿坝上限安全系数,采用切线法将非线性Mohr-Coulomb破坏准则与极限分析上限法相结合,基于尾矿坝对数螺旋破坏模式,建立了基于极限分析上限定理的尾矿坝非线性安全系数上限分析模型。以某尾矿坝为工程背景,求解得到了不同非线性系数和抗拉强度下的安全系数。结果表明,尾矿坝的安全系数随着非线性系数和抗拉强度的增大,呈递减趋势。在满足尾矿坝设计安全的前提下,运用尾矿坝上限非线性安全系数数学模型,反演设计参数,根据反演结果可优化设计方案。

非线性Mohr-Coulomb破坏准则下边坡可靠度上限

传统边坡可靠度分析往往在岩土参数服从线性Mohr-Coulomb(简称线性M-C)破坏准则的假设条件下进行,并且常常采用极限平衡法或有限元法计算安全系数。然而,岩土介质破坏准则具有一定的非线性。为能更加实际地描述岩土破坏机理和得到严格精确的解,基于非线性MohrCoulomb(简称非线性M-C)破坏准则,结合极限分析上限法和蒙特卡洛法,进行边坡可靠度上限分析。当非线性参数m=1时,与等效的线性M-C破坏准则进行对比计算,验证了方法的可行性。同时,将初始粘聚力、内摩擦角arctan(c0/σt)和非线性参数作为随机变量且服从截断正态分布,进行了参数变异性和敏感性影响分析。研究表明:非线性M-C破坏准则下,边坡可靠度随初始粘聚力、内摩擦角arctan(c0/σt)和非线性参数变异性的增大而减小;边坡可靠度随初始粘聚力和内摩擦角arctan(c0/σt)的增大而增大,随非线性参数的增大而减小。

考虑孔隙水压力及非线性Mohr-Coulomb破坏准则下浅埋土质隧道三维塌落机制的上限分析

浅埋土质隧道的稳定性研究一直是隧道工程的关键问题,而孔隙水压力的存在影响着浅埋土质隧道的安全。构建了隧道顶部为圆弧形的浅埋土质隧道的三维塌落机制,基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则和极限分析上限法,并考虑孔隙水压力的作用,推导出浅埋土质隧道的塌落范围及支护力的最优上限解计算公式。通过与既有研究进行对比,验证了所提方法的合理性。分析了不同参数对塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响,结果表明:孔隙水压力对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力有着显著的影响;孔隙水压力对塌落范围、塌落土体重力的影响比较复杂,而支护力都随着孔隙水压力系数的增大而增大;不同参数对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响规律不同。新方法可为浅埋土质隧道的设计优化提供理论支撑。

采用非线性Mohr-Coulomb破坏准则计算孔隙水影响下的主动土压力

为分析非线性Mohr-Coulomb破坏准则下孔隙水压力对挡土墙主动土压力的影响,采用极限分析上限定理推导挡土墙主动土压力的解析解,采用MATLAB软件求解主动土压力的数值解,并分析了非线性Mohr-Coulomb破坏准则相关参数以及孔隙水、土体容重、挡土墙高度等对主动土压力和墙后破裂角的影响.研究表明,孔隙水等因素对主动土压力有较大影响,随着孔隙水系数、非线性系数、土体重度、地表荷载增大或土体初始黏聚力减小,挡土墙主动土压力显著增大.此外,非线性系数及孔隙水对挡土墙破裂角也会产生较大影响,非线性系数越小或孔隙水系数越大,挡土墙破裂角越大.因此,建议在挡土墙设计中应合理考虑土体非线性特征及孔隙水效应,增加挡土墙排水设计,以免低估主动土压力而导致挡土墙发生破坏.

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。

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。

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。

修正Mohr-Coulomb准则下倾斜基岩中桩端极限承载力研究

为计算倾斜岩面浅嵌岩桩极限承载力,本文基于修正Mohr-Coulomb强度准则提出了倾斜岩面浅嵌岩桩桩端承载力计算方法。采用特征线法构建了桩端面以下塑性发展区,考虑岩面倾斜角几何关系,推导了倾斜岩面位移滑移场;进一步通过黎曼不变量控制方程,求解了倾斜岩面浅嵌岩桩基极限承载力公式。分析了倾斜岩面坡角、岩体完整性参数以及岩体内摩擦角等因素对桩端承载力的影响。结果表明:浅嵌岩桩基嵌入深度达到极限嵌入比时,桩基达到极限承载力;当嵌入比大于极限嵌入比时,桩端承载力系数不受倾斜坡角和嵌入比影响,此时可按平地桩基进行分析计算;极限嵌入比随倾斜坡角的增大呈幂函数增大,且在岩石完整性较差时,极限嵌入比随岩体内摩擦角的增大而显著增大;当嵌入比小于极限嵌入比时,桩端承载力系数随倾斜坡角的增大近似线性减小,需考虑岩面倾角对桩基承载力的影响。

基于Mohr-Coulomb准则隧道围岩-支护体系协同作用下支护强度分析

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;并运用FLAC3D数值模拟验证协同变形方程的合理性和有效性。结果表明,围岩-支护结构体系协同变形方程能很好地反映围岩位移和塑性区半径随支护强度变化的关系,且相互关系是非线性的。支护强度为0.75 MPa时,理论计算拱顶沉降为18.9 mm,数值模拟拱顶沉降为21.6 mm;支护强度为1.5 MPa时,理论计算拱顶沉降为11.2 mm,数值模拟拱顶沉降为11.1 mm,表明围岩-支护结构动态协同变形方程的有效性。针对Ⅳ级围岩在采用超前支护和交叉中隔壁法(cross diaphragm,CRD)施工时,建议支护强度设计为0.75~1.5 MPa,支护刚度设计为59.8~375.0 kN/mm。

耦合出力破坏深度与弃电准则的梯级水风光互补调度规则研究

梯级水电调度规则是指导控制型水库发电蓄放水的重要依据。随机、波动、间歇性新能源的接入改变了梯级水电运行边界,增加了缺电、弃电风险,导致仅考虑径流季节性波动的调度规则不再适用。依托贵州某梯级水风光综合基地实际工程,剖析了导致缺电、弃电的因素,并从规则形式和模型构建角度给出解决方案。在标准调度规则的基础上,结合对冲规则、满蓄规则,并考虑输电通道容量限制与新能源消纳规则,提出梯级水风光六段式互补调度规则,以减少缺电、弃电;提出出力破坏深度指标度量缺电风险、提出弃电准则避免非必要弃电,并以规则参数为决策变量构建多目标参数模拟优化模型;采用目标优先级非支配排序遗传算法优化规则参数。设置多种新能源装机容量场景、输电通道容量场景和对比规则,从多角度验证本文方法的有效性。结果表明,本文方法能够显著降低梯级水风光综合基地缺电、弃电风险,提高发电量,其中出力破坏深度指标使缺电程度平均降低36.04%、弃电准则使弃电平均减少7.96%。最后,绘制更加简明、直观的梯级水风光互补调度图,以便于实际应用。

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.

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Barton-Bandis准则的岩体破坏模式快速识别方法

岩体由岩石和结构面网络组成,结构面强度模型对岩体稳定性分析起着决定性影响。本文研究详细探讨了Barton-Bandis准则在岩体结构破坏模式判断中的应用。首先,推导了当结构面服从Barton-Bandis准则时,结构面屈服时倾角的取值范围,提出了结构面屈服的判据,并采用数值模拟法验证了理论推导结果的正确性;基于理论推导的结果,并假定岩石服从Mohr-Coulomb准则,提出了一种岩体结构破坏模式的快速识别方法,将岩体结构破坏分为不发生破坏、沿结构面发生破坏、沿岩石发生破坏和同时沿岩石和结构面发生破坏4种模式,并验证了该识别方法的正确性。研究结果可以为工程实践的岩体结构破坏识别提供理论指导和技术支持。

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。

基于Mohr-Coulomb准则和二阶锥规划技术的轴对称自适应下限有限元法

轴对称Mohr-Coulomb准则屈服面的角点问题导致其在数值计算中存在困难,如何高效处理该屈服准则一直是极限分析下限有限元法的重要内容。首先,引入完全塑性假定将轴对称Mohr-Coulomb准则转化为1组不等式约束和3个线性等式约束;然后,将不等式约束直接转化为二阶锥约束,避免了对角点进行光滑近似处理;最后,将基于Mohr-Coulomb准则的轴对称极限分析下限有限元计算模型转化为具有较高计算效率的二阶锥规划数学优化模型。极限分析下限有限元法采用的线性应力单元难以精确模拟破坏区域的应力变化,单元的分布形式对计算精度存在较大影响。因此提出一种基于单元应力的网格自适应加密策略,通过判断单元内节点应力接近屈服的程度,自动识别破坏区域待加密的单元,实现对破坏区域应力分布的精确模拟,进而能够以较少单元获得高精度下限解。通过分析圆形基础承载力及竖向锚板极限抗拔力等典型轴对称岩土工程稳定性问题,表明了所提方法具有较高计算效率及计算精度,具有一定的理论价值和应用前景。