平面应变条件下土的强度准则分析及验证

应用Mohr-Coulomb、Lade-Duncan、广义Mises、Matsuoka-Nakai、AC-SMP强度准则,以及平面应变条件和相关联流动法则,建立了平面应变条件下土的强度准则。通过分析不同平面应变条件强度准则,确定最大、最小主应力比随土的内摩擦角的变化规律,分析了各强度准则的适用性。当内摩擦角小于30°时,各强度准则的差异性较小;当内摩擦角大于30°时,各强度准则的差异逐渐增大;内摩擦角较大时,广义Mises平面应变强度准则已不适用于描述土的破坏应力条件。同时,考虑黏聚力的作用,将无黏性土平面应变强度准则推广应用于黏性土,根据黄土的平面应变试验结果对各强度准则进行了初步验证,结果表明:Matsuoka-Nakai强度准则适用于描述砂土的强度,Lade-Duncan、AC-SMP强度准则可以很好地描述黄土的强度。

应变空间混凝土的破坏准则

基于混凝土的破坏主要取决于应变的特点，对平面应力、平面应变及一般三轴荷载作用下混凝土的变形和破坏特性进行了试验研究及分析。根据试验结果，定义了混凝土的不同破坏阶段及分界面的确定原则。在此基础上建立了相应于不同破坏阶段的应变空间的破坏准则。其特点是：考虑了主应变与剪应变间的非线性关系，且与试验结果符合较好．

应变空间的软岩统一弹塑性软化本构模型

为使以拉为正的统一强度理论表达式适用于岩土工程界以压为正的习惯表达,首先将以压为正的单向压缩和单向拉伸试验条件代入统一强度理论表达式,确定了相关参数,建立了以压为正的统一强度理论表达式,该表达式考虑了材料拉压不等及中间主应力的影响.将所建立的统一强度理论表达式引入应变空间,针对一种硅藻质软岩材料,利用基于应变空间的弹塑性本构方程对软岩的软化模型进行了分析和探讨,建立了应变空间表述的三轴状态下的弹塑性本构关系式,并结合硅藻质软岩的三轴试验结果进行了数值模拟分析,结果表明应变空间的统一弹塑性软化本构方程的数值模拟结果非常接近试验结果,可以很好地模拟软岩的应变软化特征.

有限元强度折减法中边坡失稳判据研究

研究了应用有限元强度折减法分析边坡从稳定逐步发展到破坏过程中,土体水平位移和等效塑性剪应变随荷载增加的变化特征曲线经历的4个特征区段。发现以广义塑性应变或者等效塑性应变区从坡脚到坡顶贯通作为边坡失稳的判据不够充分,土体产生很大且无限的水平位移和塑性应变才是导致边坡失稳的根本原因。提出了以土体水平位移和等效塑性剪应变随荷载增加的变化曲线作为有限元强度折减法中边坡失稳的判据。

基于弹性应变能密度的结构损伤与断裂判据

本文针对材料变形损伤与断裂过程进行了文献资料的综述,并在此基础上,总结出了由弹性应变能密度表征的结构损伤与断裂判据。该判据综合应用了连续损伤力学、细观损伤力学和断裂力学的方法,从材料力学性能参数和构件几何要素出发,对结构件的变形损伤和断裂行为进行了数学描述。

土坡稳定分析有限元强度折减法的失稳判据探讨

基于土坡的变形破坏特点，并结合一算例，研究了强度折减过程中最大等效剪应变εqmax等三个变量随折减系数Fsr的变化规律，提出以Fsr～εqmax曲线发生“突变”作为土坡失稳的判据，并通过与极限平衡法计算结果的比较验证了判据的可靠性。

岩石强度理论中的两类破坏判据

分析了岩石强度理论中现有应力破坏判据的合理性与局限性;阐明发展应变破坏判据对工程设计的重要意义;根据实验资料作出应变判据曲线;并介绍围岩稳定性“直接应变分析”的一般方法。最后指出:两类判据的结合,将是完整的岩石强度理论的一个重要特征。

基于双剪统一强度理论应变退化模型的隧道结构稳定性分析

论文基于双剪统一强度准则应变软化模型对圆形隧道稳定性的分析,提出一种简单的数值计算方法来对围岩进行弹塑性分析。该文采用差分法,基于广义形式的双剪应力屈服准则,并采用相关联流动法则,建立本构方程。对于应变软化模型,该文选定塑性应变增量作为软化参数,并且假设强度参数随软化参数成线性函数关系。弹性区的解答引用拉梅解答,而求解塑性区的解答时,将塑性区分成很多微元圆环,并假设每个圆环的径向应力?r沿半径向内均匀递减;其次,建立每个微元圆环的平衡微分方程、本构方程、几何方程及相邻两微元之间的应力增量和应变增量的关系。从弹塑性交界面处的塑性区最外一个圆环开始,求解出每一个微元圆环的解答。并且利用MATLAB进行编程求解出最终的结果:应力场、应变场、径向位移场的数值解。此外还分析讨论了中间主应力影响系数b、软化参数临界值η*对解答的影响,并分析了影响塑性区半径的因素。

基于强度折减法的隧道洞口段地震稳定性研究

近年来,强度折减法在岩土工程静、动力稳定性分析领域快速发展。基于该方法,相关学者研究了边坡和隧道的动力稳定安全系数。隧道洞口段是围岩、边坡和衬砌结构相互作用的三维复杂结构体,当前对其地震稳定性研究多集中于定性描述,尚不能给出量化的指标。依托振动台试验,建立相应的洞口段三维数值模型,采用强度折减法,引入结合突变理论的塑性区应变能和其他判据,获得洞口段的动力稳定安全系数。结果表明:结合突变理论的塑性区应变能和其他判据得到的安全系数的最大相对误差较小,在洞口段的地震稳定性分析中采用该判据具有简便、量化等优势;计算出的洞口段的动力安全系数与动力加载降低结构稳定性的一般规律相一致;安全系数为1.52说明洞口段有较高的地震稳定性,与振动台试验的实验现象符合。

空间级加成型硅橡胶的拉伸性能

对空间级加成型硅橡胶(KH-S-A)进行了真空热循环试验(123～403K,10-5Pa)。结果表明,试样质量损失率随热循环次数增加而提高,随后趋与平缓;在室温及高温条件下,试样拉伸强度随循环次数的增加开始增强而后下降;热循环过程中发生应变滞后现象,第1次循环后产生附加残余应变,260次循环后残余应变消失,400次循环后重新产生残余应变同时拉伸强度下降。

层合板的一种等强度优化设计方法

提出了一种按等强度设计的层合板优化方法。首先引入强度比的概念,推导了应变空间下的Tsai-Wu强度判据,建立了各单层的强度比方程;然后以各层厚度为设计变量,以各层强度比趋近于1为设计目标,分别采用等强度算法、智能算法和传统算法的混合算法两种方法开展优化设计。对一平面载荷作用下的对称层合板的优化结果表明:两种方法的优化结果较为一致,均增大了初始强度较大的层组厚度,减小了初始强度较小的层组厚度,优化结果符合等强度优化的力学原理。与智能算法和传统算法的混合算法相比,等强度算法拥有更高的收敛效率,优化后层合板的重量更小。

混凝土双向拉伸强度计算公式研究

简要介绍国内外已有的混凝土双向强度计算公式，并首次提出作者建议的公式．针对混凝土的特性，由Ｈｉｌｌ各向异性判据，还导出了由单向拉作试验结果表达的混凝土双向拉伸强度计算公式．

地基承载力的广义强度安全系数

基于太沙基假定的地基滑动面 ,分析了地基土单元的平面应变应力状态 ,并引入SMP三维强度准则和变换应力空间 ,将变换应力空间内等平均主应力条件下的强度包线半径与偏应力半径平均值的比值定义为广义强度安全系数。通过工程实例 ,解释了地基承载力安全系数和广义强度安全系数的相互关系。

关于“基于突变理论的高拱坝失稳判据研究”的讨论

《岩土工程学报》2011年第1期刊登了题为＂基于突变理论的高拱坝失稳判据研究＂[1]的文章,以下称原文。原文将位移和塑性应变能作为系统失稳考察量,并在1.2节第8行以下述及：为了考察拱坝安全状态变化过程中失稳考察量的变化,用强度折减法进行有限元分析。随着强度的逐级折减可得到多级强度条件下的失稳考察量。

路基改良土循环加/卸载试验能量演化研究

通过循环加/卸载试验,分析公路路基改良土受载时的各能量参数转化规律。结果表明:不同围压下路基改良土的能量转化近似,都呈现峰前能量聚集,破坏能量耗散,峰后残余强度能量重新积聚,但效率和总量低于峰前;围压对峰前路基改良土能量参数影响较小,但少量提升了残余强度时能量聚集的作用;峰前能耗比K随轴向应变的增加而缓慢减小,当土体强度失效时,能耗比K产生突变;能耗比K突变点与应力-时间曲线拐点相对应,说明能耗比可以作为路基改良土三轴应力状态下循环加/卸载作用时的强度失效特征,也可以从能量的角度解释路基改良土的演化破坏规律。

基于塑性应变能理论的边坡动力稳定性研究

由于地震作用的随机性和复杂性,使得边坡动力稳定状态的判定较静力问题复杂许多,目前还未形成统一且公认的动力失稳判别准则。将塑性应变能理论和突变理论应用到边坡动力稳定分析中,以边坡震后总塑性应变能突变为失稳判别标准来确定边坡动力安全系数。对算例边坡进行动力稳定分析表明:相比于塑性区贯通判据和关键点位移突变判据,塑性应变能判据受人为因素影响较小,计算结果更具客观性,且给出的安全系数准确性有保证,是分析边坡动力稳定问题的较优选择。

基于突变理论的隧道失稳判据研究

近年来,强度折减法开始广泛应用于隧道稳定性研究。在采用双侧壁导坑法和CRD法(中隔壁法)等工法开挖大断面隧道的过程中,应力重分布作用和支护应力作用相互影响,周围岩土体演变为岩土与支护结构相互作用的复杂结构,其稳定性分析较为复杂,考察其稳定性需要合适的判据。鉴于塑性应变能单值和反映稳定性的特性,将其作为稳定性考察量;结合突变分析模型,得到计算模型的安全系数,并与现阶段流行的位移突变、计算不收敛、塑性区贯通等判据对比。结果表明:塑性应变能判据与其他判据的最大相对误差只有4.2%,具有较高的一致性,是准确的失稳判据。塑性应变能判据突变作用更明显,比其它判据更有优势。最后基于塑性应变能判据,绘制出双侧壁导坑法和CRD法开挖隧道的动态安全系数曲线,可为整个实际工程提供参考。

动力强度折减法研究及其边坡稳定性评价

目前边坡失稳强度折减法的临界状态判据主要有塑性区贯通判别法、计算不收敛判别法、特征点位移突变判别法和拟静力Bishop法,虽可以取得较为合理的计算结果,但均存在一定的局限性。文章基于塑性应变能理论,提出了一种能够反映坡体全局性失稳特征的临界状态判别方法。以动力时程分析方法为基础,不断调整折减计算,计算每个折减系数下边坡所有屈服单元的塑性应变能,建立"塑性应变能-折减系数"曲线,找出该曲线上塑性应变能突变点对应的折减系数作为边坡的整体安全系数。以单台阶非均质边坡稳定性分析,塑性区贯通判据安全系数偏小,计算不收敛判据结果偏大。基于塑性应变能失稳判据与特征点位移突变判据结果接近,但克服了后者存在的位置依赖性,因此优于当前主要的三种失稳判据。

一种基于塑性功和突变理论的边坡临界状态确定方法

基于当前强度折减法的临界状态判据各有优缺点,结合塑性应变能理论和突变理论,提出一种新的反映边坡的临界状态失稳判据。该方法以塑性功作为评价边坡整体稳定性状态的评价指标,以尖点突变模型作为判断边坡失稳与否的理论依据。在具体操作过程中,通过不断调整强度折减系数,记录每个折减系系数下对应的计算模型整体塑性功,建立"整体塑性功-折减系数"曲线,并通过突变理论找出整体塑性功发生突变时对应的折减系数,此时的折减系数即为边坡的安全系数,此折减系数下对应的边坡状态即为临界状态。对单台阶边坡、多台阶边坡进行计算。研究结果表明:基于该方法得到的安全系数与极限平衡法得到的安全系数较接近,尤其与满足力平衡条件和力矩平衡条件的修正简布法所得结果最接近,从而验证了该方法的可靠性。

强度准则与岩爆判据统一的研究

可释放应变能释放是材料屈服破坏及岩爆发生的内在机制,基于此,研究强度准则与岩爆判据采用统一表达式的可能性。首先,将可释放应变能(U^r)看作由弹性应变能(U^(re))与未知可释放应变能(U^(rx))两部分构成,提出U^(re)由与J_2有关的偏量弹性应变能(U^(reJ_2))及与I_2有关的张量弹性应变能(U^(reI_2))两部分组成,并分析了U^(rx),U^(reJ_2),U^(reI_2)对屈服破坏及岩爆的影响;其次,探讨了U^(re)与J_2,I_2及泊松比u的内在关系,提出一个能表示U^(re)的新应力不变量;最后,从能量转化的角度,分析了现有强度准则与岩爆判据存在的不足之处,并以现有强度准则为基础,建立了将强度准则与岩爆判据统一表示的广义强度准则。对真三轴试验数据及岩爆实例的计算,表明广义强度准则计算结果与实际情况吻合得较好,并分析了产生上述结果的内在机制。