偏心裂纹板在裂纹面受一对集中拉应力作用时弹塑性解析解

利用裂纹线场方法对理想弹塑性材料偏心裂纹板在裂纹面受一对集中拉力问题进行了弹塑性分析,并且获得了理论解.这个解包括:裂纹线附近弹塑性边界上的单位法向矢量,裂纹线附近的弹塑性解析解、最大塑性区长度、裂纹线上的塑性区长度随荷载的变化规律及其承载力.该分析不受小范围屈服假设的限制,并且不附加假使条件.结果在裂纹线附近足够精确.

有限宽偏心裂纹板在裂纹面受两对集中拉力作用时裂纹线的弹塑性解析解

在实际中偏心裂纹板的受力问题比中心裂纹板受力问题更为普遍。利用裂纹线场分析法简化了弹塑性断裂力学问题的复杂性和数学上的困难,求得了偏心裂纹板在裂纹面上受两对集中拉力作用时裂纹线附近弹塑性边界上的单位法向量、裂纹线附近的弹塑性应力场以及裂纹线上的塑性区长度随荷载的变化规律。在理想弹塑性情况下,该文中的理论解在裂纹线场附近是足够精确的。

偏心裂纹板受剪应力作用下的弹塑性解析解

利用裂纹线场方法对岩石材料偏心裂纹板受剪应力作用时进行了弹塑性分析,并且获得了理论解.这个解包括:裂纹线附近弹塑性边界上的单位法向矢量,裂纹线附近的弹塑性解析解、最大塑性区长度、裂纹线上的塑性区长度随荷载的变化规律及其承载力.该分析不受小范围屈服假设的限制,并且不附加假设条件,其结果在裂纹线附近足够精确.

偏心裂纹板在裂纹面受两对反平面点力的弹塑性解析解

采用线场分析方法对理想弹塑性材料偏心裂纹板在裂纹面受两对反平面点力的情形进行弹塑性分析,分析不受小范围屈服条件的限制,求得了裂纹线附近应力场和位移场的弹塑性解析解。

含水合物地层井壁力学状态的弹塑性解析分析

含水合物地层钻井引发井壁周边温度和渗流压力变化,可能导致水合物分解,对井壁安全产生不利影响。基于Mohrp-Coulomb准则、理想弹塑性模型以及非关联流动法则,针对含水合物地层中井壁力学分析,建立了稳态轴对称平面应变模型,考虑水合物分解对地层温度、渗流和力学特性的影响,得到了欠压和过压钻井条件下井周应力及位移的解析解答,与相同假定下有限元模型、复杂数值模型的结果吻合较好。结果表明一定范围内水合物分解范围的增大会引起塑性区显著扩展。水合物分解引起的弹性模量劣化在欠压条件下将引起塑性区范围减小,在过压条件下则引起塑性区范围增大。

考虑温度影响的球形盐穴弹塑性解析分析

地下盐穴储库在存储运营过程中洞室内的高温是关乎盐穴稳定性的重要因素。将地下盐穴储库的形状简化为球形,考虑温度不均匀变化产生的热应力以及温度对黏聚力的影响,基于Mohr-Coulomb屈服准则、理想弹塑性模型以及非关联的流动法则,得到了存储内压、地应力和温度共同作用下盐穴储库围岩应力及位移的解析解答,与相同假定下有限元模型的结果吻合很好。分析了温度以及温度引起的盐岩黏聚力劣化对盐穴稳定性的影响。结果表明,温度对于盐穴洞室的稳定性有着不可忽略的作用,温度升高促进了塑性区半径和变形的扩展;高温差下盐岩黏聚力劣化对塑性区的影响更加明显。

水平受荷单桩计算的半经验弹塑性解析解

对水平受荷单桩经典m法进行了数学简化分析,对一些需通过查表内插法选取的计算参数进行了高精度数值拟合,使得工程计算更方便快捷,并通过工程算例计算比较分析,认为拟合弹性解析解精度高、可靠快捷。另外,由于受较大水平荷载的单桩桩顶层土会出现塑性屈服变形,若仍采用经典m法计算,则桩顶水平位移明显偏小。基于提出的高精度拟合弹性解析解及塑性区平衡微分方程,通过待定系数法及理论计算,给出了考虑桩顶塑性屈服区影响下的桩顶变位半经验弹塑性解析解,最后通过算例计算比较分析,认为半经验弹塑性解析解成果与实测成果基本一致,满足工程实践要求。

深埋圆形隧道开挖地层应力和位移三维弹塑性解析分析

隧道开挖解析方法可以为隧道设计方案及施工参数选取提供理论指导。综合考虑了围岩软化、剪胀性、中间主应力、锚杆的影响,建立了深埋隧道平面应变条件力学模型,采用力学平衡方程和摩尔库伦强度准则,联合弹性区与塑性区边界线的应力和位移连续性条件,分别获得了隧道开挖诱发地层弹性区和塑性区的应力和位移解、临塑支护压力和塑性区半径解析解。将三维地层空间考虑为一系列连续的二维平面应变模型,联合V-D(09)位移释放率方程和二维空间的围岩特征曲线,将平面应变解析解发展为三维地层应力和位移解析解。利用算例分析,给出残余黏聚力、残余内摩擦角对相对径向应力-相对位移-相对位置曲线的影响规律,定量地揭示了深埋隧道地层变形的传递机理。

利用动态松弛法进行岩层弹塑性解析和图象化

本文在采用了动态松弛法而获得的弹塑性解析过程中,是以预测坡面发生滑坡为目的,重点放在进行应变分布的图象化上.首先就动态松弛法的方法概要加以阐述,然后就三维弹塑性的图象化方法及系统概况进行叙述,最后列举处理实例.

恒阻大变形锚索弹塑性解析模型及数值分析

为了分析恒阻大变形锚索超常力学机制,首先,建立弹塑性框架下NPR锚索的解析模型,经室内试验结果验证了该解析模型的正确性。其次,进行若干参数的敏感性分析,揭示恒阻力与锚索几何、力学参数之间的关系。最后,建立NPR锚索三维数值模型,根据室内试验结果标定了相应的参数,使得数值结果与试验结果吻合,讨论套筒的径向位移量和轴向位移量的变化趋势。解析模型和数值模型为今后NPR锚索的设计和改进提供了可靠的辅助工具。

考虑加卸载路径的深埋水工隧道弹塑性解析解

目前预测隧道围岩应力和位移的弹塑性解析解大多由加载状态进行推导。而水工隧道通水后应力状态存在卸载,解答应考虑实际应力历史。针对围岩满足统一强度理论、理想弹塑性和非关联流动法则,并考虑开挖阶段掌子面推进效应、支护时机、围岩–衬砌相互作用以及高水压时卸载区再次变塑的情况,根据弹塑性加卸载原理进行水工隧道从开挖到通水运行全阶段的弹塑性解析解推导(塑性区范围、应力、位移和临界水压值)。围岩应力与位移解析解与有限元结果吻合很好。本文解与纯加载路径的解答(传统解)相比发现,传统解低估了洞口实际位移量和塑性区大小。

弹塑性解析法确定隧道二衬合理支护时机的应用研究

基于弹塑性理论,推导了隧道工程围岩塑性区内的应力和位移公式以及衬砌结构的应力和位移公式,推导出不同围岩等级下隧道开挖半径及支护范围,并给出了二次衬砌施工时合理的洞周位移值,所得结论对同类工程具有指导作用。

基于CVISC模型的深埋圆硐黏弹塑性解

为解决高地应力围岩挤压型大变形问题,根据以往挤压型大变形隧道案例,选取适用于泥岩、砂岩、粉质砂岩等各向同性软岩,利用Burgers模型和M-C塑性体串联形成的CVISC黏弹塑性模型,结合CVISC模型黏弹性元件和弹塑性元件相互独立的特性,将围岩径向位移分为瞬时弹塑性阶段位移和黏弹性阶段位移,分别推导塑性区和黏弹性区径向位移解析解,叠加组合形成围岩位移分布解析解,分析围岩径向位移场、应力场随时间变化规律,全面描述硐室变形规律。借助FLAC3D和相关文献理论解答验证其适用性,在此基础上进行长期变形的参数敏感性分析,结果表明各阶段最关键的3个参数分别是内摩擦角、黏聚力和弹性模量,蠕变参数仅在其控制阶段具有显著敏感度。

考虑渗流场影响深埋圆形隧洞的弹塑性解

将深埋圆形隧洞各影响因素简化为轴对称。首先,求解得到渗流场;然后,以渗透体积力方式作用在应力场,求解得到弹性位移和应力解析表达式,再应用Mohr-Coulomb屈服准则,求解得到塑性应力和塑性半径的解析表达式。通过考虑和不考虑渗流场影响两种方法的实例分析表明,随着洞内外水头差的逐渐增大,渗流场对应力场的影响作用将显著增大,但对切向应力的影响程度要比径向应力的大,且径向应力和切向应力不再符合无渗流时的分布规律,出现大小值交换;同时,随着内水水头的增大,洞周压应力和塑性半径逐渐减小,直到出现无塑性区;另外,考虑渗流场影响计算得到的塑性半径要比不考虑时大。

K_0固结天然饱和黏土中柱孔扩张弹塑性解

为研究天然饱和黏土中圆孔不排水扩张引起的土体力学响应,考虑天然饱和黏土的K_0固结特性、应力历史及柱孔扩张过程中径向、环向和竖向应力之间的关系,基于修正剑桥模型和大变形理论,结合弹塑性边界条件推导了K_0固结饱和天然黏土中柱孔不排水扩张问题的弹塑性解析解,并与既有数值解答进行对比验证.在此基础上,通过与以往基于初始应力各向同性假设下的柱孔扩张解答进行对比分析,研究了土体K_0固结特性和应力历史对柱孔扩张过程中土体应力和塑性区半径的影响.研究结果表明:本文提出的柱孔扩张弹塑性解答与既有基于严格本构关系的数值解基本一致,且可以退化为基于初始应力各向同性假设条件下的解答;土体K_0固结特性和应力历史对柱孔扩张过程中周围土体应力场和塑性区半径存在一定程度的影响,特别对极限扩张压力的影响较为明显,且其影响程度均随初始各向异性的增加而增大.研究结果为天然饱和黏土地基静压沉桩、旁压试验提供了一定的理论依据.

基于岩石蠕变及D-P准则的深部巷道围岩弹塑性分析

为深入分析岩石蠕变及中间主应力对深部高应力软岩巷道围岩稳定性及分区变形特性的影响机理,通过剖析长期荷载作用下深部巷道围岩的变形特征,揭示了基于围岩蠕变特性的深部巷道围岩四分区变形机理,并依据Druck-Prager准则及关联性流动法则考虑了中间主应力、岩体扩容及应变软化的影响,推导出巷道围岩各分区应力、变形和半径解析解.结合工程算例,通过对现场监测数据以及不同力学模型的计算结果进行对比分析,论证了本文理论的科学性,并揭示了不同强度准则和围岩参数对深部巷道围岩各分区形态的影响规律.结果表明,忽视深部巷道围岩的蠕变特性将导致初始黏聚力的取值大于实际值,从而造成围岩的理论承载能力大于实际承载能力;在[0,0.7]区间内提高中间主应力系数可有效控制围岩塑性区及破碎区范围的扩展;当初始黏聚力及内摩擦角减小时,中间主应力系数对围岩塑性区、破碎区范围及巷道变形的影响力显著提高.研究成果可为地下工程支护设计及围岩稳定性评估提供理论参考.

有限宽板偏心裂纹在裂纹面受两对点力时的弹塑性分析

有裂纹的有限宽板的弹塑性解是弹塑性裂断力学最困难的问题之一，本文采用线场分析方法对理想弹塑性有材料有限宽板偏心裂纹在裂纹面上受两对反平面集中力的情形进行弹塑性分析，本文的分析不受小范围屈服条件的限制，求得了裂纹线附近的弹塑性解析解，裂纹线上的塑性区长度随外荷载的变化规律及有限宽板具有偏心裂纹的承载力，其结果在裂纹线附近足够精确。

渗流影响下黏弹塑性岩体隧道支护压力预测的解析模型

对于流变岩体中衬砌支护深埋圆形隧道,该文用黏弹塑性模型模拟岩石流变特性并考虑实际应力路径及非稳态渗流场的影响,推导并获得支护压力及围岩、衬砌应力及位移的精确解析解,可以更快速精准地预测与时间相关的支护结构的受力变化和围岩稳定状态。通过开挖释放荷载下的加载计算获得开挖阶段的流变位移与应力。在支护阶段,通过分离变量法获得全域全时段的非稳态孔压分布;正确考虑支护阶段的加卸载应力路径,得到渗流影响下衬砌支护力以及围岩、衬砌力场和位移场的时效解析解。对比考虑加卸载应力路径和仅按加载路径计算的结果,发现仅按加载路径而未考虑实际应力路径时围岩变形预测值偏小,支护结构按此设计将偏于危险。该文为黏弹塑性岩体中深埋圆形隧道与时间相关的支护压力预测和围岩、衬砌流变力场分析提供了快速预测的方法。

孔隙水压力作用下偏心裂纹板的弹塑性分析

岩体的变形和破坏与裂隙的成核、扩展和连接密切相关,孔隙水压力显著影响裂隙的成核、扩展和连接。孔隙水压力作用下偏心裂纹板的弹塑性问题比中心裂纹板的弹塑性问题在实际中更为普遍,因此研究孔隙水压力作用下偏心裂纹板的弹塑性问题比中心裂纹板更有实际意义。该文利用裂纹线场方法和Mohr-Coulomb准则对孔隙水压力作用下岩石材料偏心裂纹板的弹塑性问题进行了分析,确定了裂纹线附近的弹性应力场、塑性应力场、弹塑性边界上的单位法向量、裂纹线附近的塑性区长度、裂纹线上的塑性区长度随孔隙水压力的变化规律以及孔隙水压力作用下偏心裂纹板的极限承载力,获得了孔隙水压力作用下偏心裂纹板的弹塑性解析解,并对偏心裂纹板在不同偏心情况下的塑性区长度和贯通情况进行了分析。

非达西渗流效应对深埋圆形隧洞弹塑性解的影响

基于Izbash非Darcy渗流模型,求解深埋圆形隧洞围岩的非线性渗流场解析解;将渗透水压力视为体积力作用于应力场,推导隧洞围岩弹性解析解和基于Mohr-Coulomb屈服准则的塑性解析解。结合算例,对Izbash非线性渗流模型与Darcy模型中隧洞围岩水力坡度与应力分布曲线、隧洞内外水压差与塑性区半径的关系曲线、围岩特征曲线进行对比与验证。研究表明:隧洞内外水头高差相同条件下,与Darcy渗流模型相比,Izbash非线性渗流模型中水力坡度曲线较平缓,但两模型水力梯度曲线会相交;隧洞围岩径向和切向压力均偏大,围岩塑性区半径偏小;位于高水压地区的深埋隧洞,应考虑非线性渗流对隧洞弹塑性解的影响。