基于FLAC^(3D)含SMP强度准则黏弹塑性模型的二次开发

在分析岩土工程时通常会用到强度准则,在众多强度准则中,SMP准则的物理意义最为明确,其屈服函数表达式是非线性形式,对其进行二次开发研究具有较为重要的意义。利用FLAC3D的二次开发平台,使用VC++环境在FLAC3D软件中实现了含SMP强度准则的黏弹塑性模型的开发,其中的SMP强度准则推广到了黏性土,通过一个简单的算例验证了程序编制的正确性和可靠性,所采用的相关二次开发的思路可以为其他强度准则及流变本构模型的二次开发提供参考。

基于SMP的粒状材料各向异性强度准则

基于SMP准则,假定不同平面上的摩擦角随该平面与沉积面之间的夹角变化,提出了一般应力条件下各向异性粒状材料的强度准则,称为ASMP准则,给出了该强度准则在横观各向同性条件下的表达式。对两种典型条件下各向异性砂土强度特性的模拟结果表明,ASMP准则能够较好的反映粒状材料在一般应力条件下的强度变化规律,尤其是材料主轴与应力主轴成任意角度时的强度变化。在此基础上,进一步提出了该各向异性强度准则在典型条件下的实用表达式。

SMP准则在计算煤柱极限强度中的应用

基于黏性材料的SMP(spatially mobilized plane)破坏准则,分析了煤柱在三维应力状态下的应力问题,并推导了煤柱极限强度的计算公式。通过改变煤体的内摩擦角和凝聚力c,与Mohr-Coulomb准则下煤柱极限强度以及简化的A.H.Wilson公式得到的煤柱极限强度进行对比,结果表明,Mohr-Coulomb准则和A.H.Wilson公式由于忽略了煤柱中主应力的影响,其得到的极限强度计算公式低估了煤柱实际极限强度,说明基于黏性材料的SMP准则下的煤柱极限强度计算符合实际,对于分析煤柱的稳定性具有一定的现实指导意义。

基于岩石长期强度的深埋巷道围岩弹塑性分析

为研究塑性区围岩的变形问题,针对巷道围岩中的峰值应力是岩石长期强度而不是瞬时极限抗压强度这一客观事实,采用基于岩体蠕变特性的以长期强度作为峰值应力的3阶段应变软化模型,将巷道围岩分为理想弹性区、塑性软化区和破碎区;基于SMP准则,考虑围岩蠕变、峰后扩容和塑性软化的影响,推导出静水压力作用下的深部巷道围岩各分区应力、变形和半径的解析解,并结合具体实例分析了塑性区围岩变形的影响因素。结果表明:理论计算中若不考虑围岩蠕变的影响,则会使所得塑性区范围以及内壁位移严重偏小,且二者均会随着原岩应力的增大而增大,并与支护阻力呈负相关。分析结果可为巷道围岩相关理论的研究和支护参数的设计提供重要理论依据。

基于广义SMP强度准则的球孔注浆理论计算及验证

采用广义SMP强度准则理论,结合非相关联流动法则、土体弹塑性交界面上的边界条件和土体体积守恒定律,推导了不排水条件下球孔扩张弹塑性区的应力场、应变场和扩孔压力的解析式,并将其应用于地层注浆中,得到了在注浆过程中土体发生劈裂破坏时的注浆压力解析表达式。将该解析解与已有文献中球孔扩张理论解对比验证并进行了参数分析。最后,利用隧道注浆模型试验注浆压力实测值与理论值进行对比,结果表明:黏聚力、剪胀角和扩孔半径对劈裂注浆压力值影响较大,实际注浆压力值与劈裂注浆理论计算值较为吻合。

圆形隧道球孔注浆压力的广义SMP强度准则解答

采用合理考虑土体强度中间主应力效应的广义SMP强度准则,对球形孔的挤压注浆过程进行理论分析,建立了圆形隧道注浆压力的广义SMP强度准则解答,并与文献实测值进行对比验证,同时结合文献已有的MC强度准则解答,分析土体强度参数对注浆压力的影响特性。结果表明:文章基于广义SMP强度准则的注浆压力高于文献的MC强度准则解答,更有利于工程中球形孔注浆压力的实际范围设定;土体强度参数对注浆压力的影响显著,且粘聚力较内摩擦角的影响更为明显。

考虑压剪耦合特性的岩土材料广义非线性屈服准则

针对岩土材料的压剪耦合特性,将原广义非线性强度理论(GNST)扩展为可合理考虑岩土材料屈服与破坏特性的广义非线性屈服准则。在偏平面上,屈服准则表达式采用SMP准则与广义Mises准则的插值表达式;在子午面上,屈服准则表达式采用可考虑压剪耦合特性的封闭曲线表达式。由于在过渡空间中建立相应的屈服准则表达式,因此与已有的Matsuoka-Nakai准则与Lade-Duncan准则的插值准则(MNLD准则)相比,新准则描述屈服时采用非线性强度曲线,同时能够更合理地考虑静水压力对于偏平面以及子午面上屈服特性的影响,模型参数均具有物理意义,且通过常规试验可以确定。通过不同岩土材料的破坏以及屈服特性的试验预测对比,验证了新准则在描述岩土材料压剪耦合特性方面的合理性。