岩石广义非线性统一强度理论

广义Hoek-Brown强度准则广泛用于岩石工程,但其没有考虑中间主应力效应.为此,根据双剪模型和广义Hoek-Brown强度准则,建立了广义非线性统一强度理论.该理论的极限面覆盖了全部外凸区域,构成岩石材料在主应力空间的全部极限面,广义Hoek-Brown强度准则和岩石广义非线性双剪强度准则是其特例.广义非线性统一强度理论的内边界是广义Hoek-Brown强度准则,外边界是岩石广义非线性双剪强度准则,其间是一系列新的极限面.广义非线性统一强度理论可以将统一屈服准则、统一强度理论、岩石非线性统一强度理论联系在一起.

一种适合于岩石材料的双剪模型

岩土类材料强度理论分为单剪强度理论、三剪强度理论和双剪强度理论。三类强度理论的典型代表是Mohr -Coulomb强度理论、Drucker-Prager准则和双剪强度理论。单剪强度理论、三剪强度理论和双剪强度理论都有其相应的单元模型 ,分析单元体上对单元体破坏起主要作用的应力 ,建立各应力分量之间的数学关系 ,形成岩土类材料的强度理论。本文分析岩石围压试验和真三轴试验下的破坏及强度特征 ,提出一种适合于岩石材料的双剪模型 ,与三类强度理论建模方法相同 。

混凝土静、动力双剪损伤本构理论

本文根据双剪应变理论，利用单轴拉伸和单轴压缩状态下混凝土的损伤应损应变阈值，建立起混凝土的初始损伤面和多轴应力状态下混凝土的损伤演化方程，并推出了多轴状态下混凝上的损伤本构方程．文中还利用单轴状态下动力损伤与静力损伤之间的关系，类推出多轴状态下动力损伤与静力损伤之间的关系。

岩土类软化材料的柱形孔扩张统一解问题

用应力一次跌落应变软化模型来模拟岩土软化材料特性，采用双剪统一强度理论的屈眼函数形式，推导了柱形孔扩张问题应力场及位移场的统一计算公式，分析了不同模型、不同软化程度对柱形孔扩张时应力、位移及塑性区开展规律的影响。

基于裂纹的岩石摩擦滑移位移演化实验研究

为研究岩石破坏形成断裂面或结构面后的进一步演化特征,选用一种花岗岩制备了双穿透裂纹试件,采用双剪模型开展了摩擦滑移试验研究。用CCD相机记录试验过程中的散斑图像,并利用数字散斑相关方法对岩石摩擦滑移过程中的水平位移场、竖直位移及水平位移的演化特征进行分析。结果表明:①剪应力缓慢增长阶段的位移演化,由围压起主要作用转变为围压和剪切力共同作用,线性增长阶段则以剪切力作用为主;界面咬合程度及水平错动位移的增减变化可作为界面摩擦滑移的前兆;②水平位移场绕流现象的出现和消失,分别是试件局部和整体滑移的前兆;③位移场云图中部等值线的倾斜角度可表征围压与剪应力的关系,也可作为试件局部和整体滑移的前兆。

双剪统一弹塑性本构模型及其工程应用

本文提出了基于俞茂宏统一强度理论的双剪统一相关和非相关流动的弹塑性本构模型，并给出了该统一弹塑性本构模型的有限元实施方法。重点讨论了所谓“奇异屈服面”奇异性的处理方法，定义了两类不同类型的奇异形式，给出了它们的不同处理方法。该方法既直观、简单又便于有限元的实施，它对于其它类型“奇异屈服面”角点奇异性的处理同样适用。应用基于该统一弹塑性本构模型的有限元程序ＵＥＰＰ（ＵｎｉｆｉｅｄＥｌａｓｔｏ－ＰｌａｓｔｉｃｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍ），验证了作者提出的双剪统一弹塑性本构模型及其实施方法的正确性。统一强度理论和双剪统一弹塑性本构模型可以广泛应用于各种土木、机械、航空和岩土工程的结构分析。

多种混凝土材料的多轴强度模型

系统地研究了双剪强度模型的构造特点、边界条件及其应用。其中,利用三参数的确定解模型,可以推导出平面特征试验点;而通过四参数和六参数的不定解模型,则分别建立了多轴特征强度参数关系方程,并从理论上得到了多轴等拉强度接近但并不相等的结论。其次,通过对静水应力公式的变换,分别建立了适于平面和空间应力比例加载条件下的简单强度模型;而由四参数模型则给出了定侧压加载条件下的二轴强度模型。最后,依据所建立的各种强度模型,在仅知道材料的单轴拉、压强度的极端条件下,给出了推算所有缺失的特征强度和任意加载条件下的极限强度的两个计算流程图;并据此对多种混凝土的多轴强度进行了验证,其结果则说明了模型是合理的。

基于双剪统一强度准则的岩石损伤本构模型

基于岩石微元强度概率分布理论,以双剪统一强度准则作为分布参量,建立了岩石损伤统计本构模型,并采用极值解法确定模型的参数。通过对理论曲线与试验曲线进行对比,证明所建立的模型可以很好的反映岩石的应力-应变曲线。通过对参数b、m、F0的讨论,发现b值对峰值前应力-应变曲线无明显影响,但对峰值后的软化阶段有所影响;m值的大小对峰值后的脆性有影响;F0值的大小对峰值应力或岩石强度有影响。

工程结构分析新理论及其应用

本文将第一作者于１９８３年提出的双剪强度理论和１９９０年提出的统一强度理论推广为涵义更广的统一强度理论弹塑性本构模型，并将它们在计算机程序中实现，应用于结构弹塑性分析。统一强度理论及其弹塑性本构模型和相应的统一弹塑性计算程序，包含了现有的各种主要强度理论和新的可能的强度理论，它可以适用于范围十分广泛的各种工程材料和工程结构的弹塑性分析和塑性极限分析，它们的工程应用还能取得较大的经济效益，即更有效地发挥材料的强度潜力和节省工程投资。

双室箱梁剪力滞效应的试验研究

为开展单箱双室箱梁剪力滞效应的试验研究,制作了有机玻璃简支箱梁模型。在容许开裂范围内,对该试验箱梁进行集中力作用于跨中截面三腹板上方、两对称边腹板上方和中腹板上方的加载。采用DH3816应变采集仪测得跨中及1/4跨截面各关键点应变值,并用百分表测得箱梁各关键截面挠度值。测量得到的截面应力分布规律验证了箱梁截面剪力滞效应的存在。同时对该有机玻璃简支箱梁,采用空间板壳数值方法计算了3种集中力工况下截面的剪力滞分布规律。结果表明,集中力作用下双室箱梁各翼板间存在明显的剪力滞效应,且荷载的横向作用位置对箱梁截面剪力滞效应影响较大。

直槽沟填式刚性管道土压力计算

针对直槽沟埋式刚性管道,建立了直线滑移面土压力计算模型,基于双剪统一强度理论,推导出了新的土压力计算公式。与传统的土压力计算方法相比较,新的土压力计算方法可以考虑中间主应力对管道土压力的影响,土压力理论计算值更为接近管道的实际受力情况。结合工程实例计算分析,揭示了开槽宽度、上覆土层厚度等对管顶土压力的影响规律。所得结论,对管道工程的优化设计具有一定的指导意义。

广义双剪粘弹塑性本构模型在渤海海冰动力学中的应用

在连续介质力学基础上建立了一个广义双剪粘弹塑性海冰动力学本构模型。该模型在海冰屈服前采用Kelvin-Vogit粘弹性模型,考虑中间主应力和静水压力对海冰屈服的影响选用广义双剪应力屈服准则作为海冰屈服判据,屈服后采用相关联的正则流动法则。采用该本构模型对渤海海冰动力过程进行了48小时数值模拟,讨论了辽东湾海冰的厚度、密集度、冰速和主应力的分布规律,其中海冰厚度分布与卫星遥感资料符合良好,从而有效地验证了该广义双剪粘弹塑性本构模型在海冰动力学中的可靠性。

广义双剪应力准则角隅模型

本文将广义双剪应力准则变换为π平面和静水应力轴的柱坐标方程,然后将其角隅光滑化,得到了新的光滑、外凸的广义双剪应力准则角隅模型,研究结果表明,近年来作为光滑化Mohr-Coulomb理论提出的各种角隅模型,实际上并不是光滑化的Mohr-Coulomb理论,而是光滑化的广义双剪应力理论。

复杂应力状态下材料屈服和破坏的一个新模型及其系列理论

作者根据应力状态的全面分析,提出一个关于材料在复杂应力状态下屈服和破坏的新模型,即菱形十二面主剪应力单元体或正交八面体的双剪切模型,由此推导出一系列全新的屈服和破坏准则,即双剪应力屈服准则、双剪应变屈服准则、广义双剪应力准则、双剪角隅模型、双剪帽子模型、双剪应力三参数准则及其角隅模型、晶体多滑移的双剪准则等等。这一新的系列准则不仅在理论上比最大剪应力准则的单剪理论更为合理,而且对某些材料比单剪理论更符合实际;此外对材料的利用率也较高,它们可以分别适用于金属、晶体、岩石、土壤、混凝土等材料,并可用于工程分析和计算机应用。

基于线性强化模型的双层厚壁圆筒极限内压统一解

基于双剪统一强度理论与双线性强化模型,考虑材料拉压强度的不同及中间主应力效应的影响,推导了均匀内压作用下双层厚壁圆筒的弹、塑性极限内压解,分析了强化模量系数、拉压强度比、统一强度理论参数、内外半径比及分层半径对弹、塑性极限内压统一解的影响。结果表明:随着外径与内径之比的增大,弹、塑性极限内压增加,随着统一强度理论参数的增大,其值增加,随着拉压强度比的增大,其值减小;弹性极限内压与强化模量系数的取值无关,塑性极限内压随着强化模量系数的增大而增加;内外筒的分层半径对弹性极限内压有显著影响,而对塑性极限内压的影响较小。工程应用中,应选择较为合理的壁厚,使其在安全的基础上承受更大的内力;应充分考虑材料中间主应力及拉压强度比的影响,更准确的计算其受力情况,充分发挥材料的潜能。

长壁回采围岩破损规律的数值模拟研究

长壁回采围岩破损规律对于认识地压规律和支护技术具有重要意义.围岩破损的物理实质是微缺陷的形成、扩展和贯通,可以用损伤力学模型描述.根据岩石单轴应力—应变曲线,定义一维损伤变量,唯象地表示岩体单元的破损程度.利用双剪强度理论将一维损伤模型推广到三维损伤模型.数值试验以某大型深埋地下煤矿己15-16-24110长壁回采矿块为对象,模拟回采推进过程中顶、底板岩层的破损发展.结果表明,损伤模型具有非常好的适应性,揭示的围岩损伤规律是:①采空区下部围岩的损伤程度和速度明显高于上部围岩;②在采空区远离工作面的方向,围岩损伤呈周期性振荡上升;③围岩损伤记录了应力作用的历史.

既有无筋砌体抗剪强度的试验研究

对11个双剪模型试件进行了抗剪试验,测得了剪应力随正应力的变化规律,分析了不同的法向压应力对既有无筋砌体抗剪破坏形态及抗剪强度的影响,研究结果表明法向压应力是其重要的影响因素。

超宽斜拉桥双边箱主梁恒载剪力滞效应研究

以某超宽斜拉桥为依托工程,利用ANSYS有限元软件进行实体模型分析,对斜拉桥在恒载作用下的主梁正应力及其剪力滞效应进行计算分析,得出该类结构的主梁剪力滞效应的基本规律。分析结果表明:超宽斜拉桥主梁沿纵向各截面剪力滞效应不同,在边墩等截面约束较弱处,其截面各点处剪力滞效应明显;主梁标准段纵桥向的2个索力作用点之间的箱梁剪力滞效应具有明显的周期性,横桥向索力作用点附近的箱梁剪力滞效应变化最大,远离索力作用点的剪力滞效应变化趋缓。

非饱和土统一强度理论及真三轴试验结果验证

非饱和土的真三轴强度准则及三向应力状态预测是实现非饱和土理论工程应用的重要问题,依据非饱和土的双应力状态变量及吸附强度特性,构建适用于非饱和土的双剪单元体模型,继而建立分段线性的非饱和土统一强度理论,分析其特例、平面极限线和空间极限面的特性,并用已有的非饱和粉砂的刚性与柔性真三轴试验结果进行验证。研究结果表明:本文非饱和土统一强度理论的极限线覆盖了所有外凸区域,饱和土的统一强度理论以及非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则均为其特例,而且还包括很多新的强度准则;非饱和粉砂的所有真三轴试验数据均落在非饱和土统一强度理论的极限线范围内,并与统一强度理论参数b=1/2时的预测值吻合较好;外接圆Drucker-Prager准则不能反映非饱和土的真实强度特性,b=1/2时非饱和土统一强度理论可线性逼近拓展的非线性SMP准则。

基于强度理论的岩石损伤弹塑性模型

根据单轴受力特性曲线唯象地考察岩石材料损伤演化,定义弹性应变表示的一维损伤变量及其本构模型,利用双剪强度理论将其推广至三维模型.塑性是潜在破坏面的摩擦滑移,在传统塑性理论的框架中,建立了基于摩尔-库仑强度理论与潜在滑移面摩擦软-硬化特性的各向异性损伤弹塑性本构关系.结果表明,计算的损伤演化与CT观测结果符合很好,用本文的弹塑性模型反映损伤材料的力学特性是可行的.