基于库仑-莫尔准则的盘形滚刀破岩力预测研究

盘形滚刀破岩力是全断面掘进机设计的关键参数,为准确预测盘形滚刀破岩力,以被压岩石为研究对象,以岩石断裂力学为理论基础,综合考虑岩石、滚刀及施工工艺等参数,采用微元积分法,针对圆刃滚刀建立一种综合的滚刀破岩力预测模型。同时根据滚刀实际破岩过程应用库仑-莫尔破坏准则,提出二次派生推力的概念,推导出二次派生推力计算模型,修正滚刀破岩力预测模型使其符合实际情况。在此基础上,应用科罗拉多矿业学院数据对修正后里理论模型进行分析验证,并与线性切割模型和CSM理论模型对比,结果表明本文模型预测精度比已有模型要高。通过模型理论分析和设计三因素三水平正交试验分析得到岩石、滚刀及施工工艺等参数对滚刀破岩力的影响规律,这为全断面掘进机刀盘整体设计和实际施工提供一定的理论参考。

基于抛物线形库仑-莫尔准则的板柱节点冲切承载力计算模型

为计算板柱节点的冲切承载力,以刚塑性破坏模型为基础,基于抛物线形库仑-莫尔破坏准则,运用虚功原理,建立了考虑混凝土承载力、钢筋销栓作用和钢筋拉力的冲切承载力计算公式。基于对样本的回归分析,对承载力公式不同组成部分进行了系数修正,结果表明预测值与样本值吻合较好。与多国规范进行对比,结果证明该公式准确度更高,结果的离散性更小,并考虑了钢筋销栓作用和钢筋拉力的有利影响。可为冲切承载力公式的推导提供参考。

基于抛物线形库仑-莫尔准则的钢筋混凝土板抗冲切承载力

在刚塑性冲切计算模型的基础上,采用二次抛物线形库仑-莫尔混凝土强度准则,运用虚功原理,建立考虑混凝土板中抗弯钢筋销栓作用的冲切承载力计算式。根据已有板冲切试验研究成果,如冲切角和破坏时刻抗弯钢筋应力等数据,对板冲切承载力计算式进行简化,给出简化计算式。与国内外混凝土板冲切试验数据进行计算比较后发现,简化计算式的计算结果较好地符合实测承载力;抗弯钢筋的销栓作用约占钢筋混凝土板总冲切承载力的6%～11%,而忽略抗弯钢筋的销栓作用会给计算结果带来较大影响。

基于统计损伤理论的莫尔-库仑岩石强度判据修正方法之研究

首先,引进基于莫尔–库仑岩石强度判据的岩石微元强度表示方法,从岩石微元强度服从Weibull随机分布的角度出发,基于岩石三轴应力–应变试验曲线建立了特定围压下反映岩石破裂全过程的损伤软化统计本构模型;然后,通过探讨岩石损伤软化统计本构模型参数与围压的关系对模型参数进行了合理修正,从而建立出更加符合实际的岩石三维损伤软化统计本构模型;最后,在此基础上,根据岩石屈服或破坏的概念,重点探讨了利用多元函数求极值的方法建立岩石强度判据的途径,从而对莫尔–库仑岩石强度判据进行了合理修正,修正后的莫尔–库仑岩石强度判据与实测结果及莫尔–库仑岩石强度判据比较表明,其具有明显的优越性。

莫尔-库仑和霍克-布朗强度准则用于评估脆性岩石动态强度的适用性

基于对新加坡Bukit Timah花岗岩进行的一系列的动力实验,包括单轴压缩、三轴压缩、单轴拉伸和直剪实验,以及对这些实验结果的系统分析,检验莫尔-库仑准则和霍克-布朗准则用于评估岩石动态强度的适用性。研究结果表明,在较低的围压条件下,岩石动态强度大致符合莫尔-库仑强度准则,且强度变化主要是由于粘聚力随加载速率变化引起的。岩石动态强度更好地符合霍克-布朗强度准则,特别是在较高围压下(如大于100 MPa)。

一种修正的莫尔-库仑本构模型及其应用

莫尔-库仑本构模型是理想弹塑性的,只考虑了强度随围压的变化,但没有考虑弹性模量随围压和应力水平的变化情况,这不符合地质材料的实际特性.借助于邓肯-张非线性弹性模型对切线模量的处理方法,对M-C模型中的弹性模量进行了修正.修正以后,弹性阶段的应力-应变曲线将表现为双曲线.为了将该修正模型写进FLAC3D程序,特编制了前处理程序,并用来对刚性桩的横向承载力进行了数值分析.因为该模型没有对卸载模量重新定义,所以该模型较适合于持续加载的情况.

莫尔-库仑准则向其它准则的等效变换

通过分析比较莫尔-库仑准则与广义米塞斯准则的表达式,得到了α、k的统一表达式,并依据π平面上等效圆的面积与莫尔-库仑屈服条件的面积相等,得到了等效圆的罗德角值,实现了莫尔-库仑屈服条件与广义米塞斯条件的统一,方便了编程计算。推倒了等效圆与不同D-P准则的函数关系,实现了莫尔-库仑准则与各种D-P准则的相互转换,使计算工作更加方便。

修正的莫尔-库仑理论的解析和验证

根据主应力可分解为静水应力和偏应力,以及它们在应力莫尔圆和变形方面的相关性,推导出修正的莫尔-库仑理论的数学表达式。从理论上解决了库仑理论和莫尔理论存在的许多缺陷,特别是中间主应力对材料抗剪强度的影响。它的四参数准则的计算结果与一些混凝土的试验数据相当吻合。

莫尔-库仑准则下高强度混凝土的临界爆裂蒸汽压力

高强度混凝土高温爆裂概率随含水率的增大而增大,表明蒸汽压力是诱发爆裂的重要因素之一,该压力通过改变有效应力影响了强度。为定量研究蒸汽压力对强度的影响,基于莫尔-库仑准则和有效应力原理,推导了临界爆裂蒸汽压力的求解公式,并从数理角度证明了其严密性,结果表明:(1)公式物理意义明确,并与现有的研究成果和实际工程灾害一致性好;(2)理论分析尚不能完全考虑材料物理特征对爆裂的影响,还需结合模型实验开展极端高温环境下理论模型中相关系数的测定;(3)应结合火灾后建筑物不同部位构件的破坏形态,从受力状态与破坏特征两方面去分析和反馈其中的机理,完善理论分析中的不足。

莫尔-库仑准则的单位化及其在棱柱体测混凝土抗压强度中的应用

以混凝土抗压强度测试中棱柱体的破裂形态为切入点,分析了端面强约束边界条件下棱柱体的破裂面倾角,并基于单位化后的莫尔-库仑准则,借助于混凝土强度试验数据,反算了不同等级混凝土剪切破坏时真实的破裂角范围和最危险破裂角。结果表明:3倍高宽比是最危险破裂面不受边界条件影响的临界值;边界条件通过改变破裂路径影响了强度,破裂路径的改变才是产生形状效应的根本原因;不同高宽比时其破裂面不同,考虑边界条件对破裂路径的影响时,可以建立强度形状效应的解析式。

用库仑—莫尔屈服准则对厚壁球的极限分析

用库仑——莫尔屈服准则对厚壁球进行了极限分析。该分析能够较好地反映出考虑材料的拉压屈服强度不同而对结构极限承载能力的影响。结果表明 ,厚壁球的极限承载能力随着材料压拉比 K的增大而增大。本文导出的公式 ,对于理论研究和工程设计都具有参考价值。

莫尔-库仑强度理论在中国的修正及应用

莫尔-库仑强度理论自1900年提出以来,受到了广泛关注,成为应用最广的强度理论之一。但由于忽略了第二主应力作用等缺陷,其计算结果存在较大误差。文中对近年来莫尔-库仑强度理论在中国的研究情况进行回顾,总结了21世纪以来人们对其进行的修正及应用。

莫尔－库仑强度理论的修正

本文对莫尔－库仑（Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ）强度理论作了重要修正。指出静水应力不仅对材料固有强度，而且对剪切滑移也有影响，从而得到了一个计及中间主应力影响的剪切强度公式。根据断裂力学的分析，该公式可进一步用于材料的断裂强度的计算。

基于离散裂隙网络的岩体各向异性莫尔-库仑表征方法研究

结构面的空间分布及几何粗糙度对岩体的各向异性力学特性影响显著,是影响工程稳定性的重要因素。通过建立粗糙裂隙网络数值模型,分别开展不同加载角度、不同双轴围压下的节理岩体数值试验研究,分析不同尺寸、几何类型条件下岩体的破坏模式和声发射特性;基于最小二乘原理分析各向异性莫尔圆分布特征。结果表明:粗糙节理网络模型与直线型节理网络模型在破坏模式、声发射模拟、尺寸效应方面均表现出显著的差异性,节理岩体抗压强度、抗剪强度参数呈现出的一定的各向异性,不同加载方向条件下,节理岩体的峰值强度、莫尔圆形态与抗剪指标均呈现显著变化,节理几何形态对岩体的强度和破坏模式影响显著。研究结果对岩体的各向异性抗剪力学特性的分析具有重要参考价值。

盐岩屈服-破坏特征的试验及理论研究

围岩塑性区及破坏区的范围是盐岩地下储气库群腔体间距设计的重要因素,盐岩屈服及破坏特性的精确描述对于减少腔体间距,以及在有限的盐岩建库区建设更多的储气库具有重要的意义。基于盐岩的单轴、三轴应力–应变试验曲线,分析盐岩的屈服–破坏特征,将腔体围岩分为弹性区、塑性区及破坏区。试验结果表明:盐岩的屈服表现出强烈的线性特征,能够用Tresca屈服准则来描述盐岩的屈服特性,以塑性应变第二不变量为硬化参数研究盐岩的硬化特征,发现盐岩为等向硬化材料。在屈服方面,盐岩表现出金属材料的特征;在破坏方面,盐岩表现出岩土材料的特性。试验观察到剪切破坏以及轴向劈裂破坏,并基于厚壁圆筒理论解释单、三轴压缩试验中出现的轴向劈裂破坏现象。同时发现盐岩的破坏特征具有强烈的围压相关性,当围压≥5 MPa时,盐岩即使达到很大的变形(20%)依然能够承载而不发生破坏。基于莫尔–库仑准则,引入一条与围压相关的坏准则,最终建立包括拉破坏、剪破坏以及不破坏的盐岩破坏准则,基于破坏准则将应力空间划分为3个区:拉破坏区、剪破坏区以及不破坏区。在FLAC中修改本构以及自定义状态参量,通过简单模型得到围岩的弹性区、塑性区以及破坏区,验证屈服准则、破坏准则以及围岩分区的正确性。

D-P准则的性能评估及其在强度折减分析中的适用性研究

将D-P准则对M-C准则的近似视为连续函数逼近问题,据此建立了最佳平方逼近的误差解析表达式,并提出了一个最佳D-P准则。同时,利用该误差表达式分析了各种常用D-P准则对于M-C准则的最佳平方逼近误差。分析结果表明,在所有的D-P准则中,采用大外接圆的D-P准则误差最大,等面积圆准则与本文所提出的最佳准则的误差相近,内切圆、小外接圆和中径圆的误差基本上处于同一水准。同时,通过利用强度折减分析方法对各准则的适用性作了进一步的研究,结果表明,在系统处于相对稳定状态时等面积准则和最佳准则与M-C准则具有较好的接近程度,但当系统将进入不稳定状态时M-C准则却与内切圆准则接近。

JRC-JCS模型在抗剪强度参数取值中的应用

工程岩体的失稳几乎都是沿着结构面发生的。而岩体结构面的抗剪性质并不完全满足莫尔-库仑准则,因此在岩质边坡的稳定性分析中采用莫尔-库仑准则有可能会带来较大误差。本文简要的回顾了岩体结构面抗剪强度估算方法发展的历程,提出了基于JRC-JCS模型计算等效抗剪强度参数的概念和方法,并通过简单计算实例阐明了这一方法在处理实际工程问题中的特点。

邓肯-张模型参数反演的两种不适定问题

利用邓肯-张模型进行参数反演时,不同的参数反演策略会存在不适定问题。结合参数反演的函数图形分析,指出在邓肯-张模型参数反演的过程中,基于φ反演E_t,基于c反演E_t,基于c,φ反演E_t时都会存在两种不适定问题。基于函数导数分析方法,结合莫尔-库仑准则表达式,解释邓肯-张模型参数反演产生两种不适定问题的原因,并提出消除方法。结果表明,邓肯-张模型参数的表达式是产生两种不适定问题的根源。

基于不同D-P屈服准则的边坡安全系数比较

利用4种D-P准则,采用强度折减有限元法计算了边坡的安全系数。计算结果表明,用外角点外接D-P圆准则(D-P1)计算结果误差较大,其他3种准则误差相对较小,其中采用平面应变莫尔-库仑匹配D-P准则(关联)(D-P4)分析得到的边坡安全系数与传统的极限平衡Spencer法计算结果较为一致,在工程计算中具有一定的实用性和可靠性。

莫尔-库仑等面积圆屈服准则的简化形式及应用

在三维应力空间 ,采用解析几何的方法 ,导出了莫尔 -库仑等面积圆屈服准则的简化形式 .介绍了可直接利用现有大型有限元程序在德鲁克 -普拉格屈服准则下 ,按强度折减原理求解边坡安全系数的方法 .算例表明 ,采用简化屈服准则无须修改现有程序 ,且对简单边坡 ,据此求得的安全系数与传统的极限平衡法所得结果极为相近 ;对于复合边坡 ,二者求得的安全系数相对较差可能稍大些 .