非饱和土强度非线性及对被动土压力的影响

为研究非饱和土强度的非线性及其对被动土压力的影响,文中在介绍非饱和土强度非线性研究进展的基础上,结合分段抗剪强度公式拟合了一个高吸力抗剪强度参数,并将这一参数应用于非饱和土被动土压力的计算。研究结果表明:高基质吸力具有双重影响,按减小影响和增大效应间的相对关系可分为3种情况,所对应的被动土压力随着基质吸力的增大,或逐渐减小并最终趋于稳定,或略有增加,或大幅度增加,这实际反映的是高基质吸力下非饱和土强度的非线性规律。

路堤边坡膨胀土强度非线性应力阈值与浅层稳定性

为探究膨胀土边坡浅层土体低应力下强度非线性特征及失稳模式对稳定性的影响,针对重塑膨胀土饱和慢剪试验中低应力区段强度非线性变化规律,采用统计原理的Chauvenet准则,确定了低应力下强度非线性与常规应力下线性变化的应力阈值,明确了雨水入渗导致膨胀土边坡浅层溜坍土体的强度处于低应力非线性区段;基于“顺坡曲面”失稳破坏模式,建立了膨胀土路堤边坡浅层稳定分析方法,可以反映雨水渗流作用及低应力下膨胀土强度非线性特征.研究结果表明:处于低应力下的膨胀土路堤边坡浅层饱和土体具有小黏聚力、大内摩擦角的力学特性是强降雨诱发溜坍破坏的强度条件;采用低应力下强度非线性幂函数模型的“顺坡曲面”组合失稳模式,能更准确描述膨胀土边坡的浅层稳定性,所得安全系数明显低于常规应力下库伦线性模型的圆弧滑面破坏模式.

考虑强度非线性的堆石料弹塑性本构模型研究

根据堆石料大型三轴试验成果,提出了非线性强度包线在q—p 坐标面上的幂函数表达式。将此非线性强度准则模式应用于剪切屈服面与体积屈服面表达方程的推导,从而建立了一个可反映堆石料实际工程特性的新型弹塑性本构模型。应用自编计算程序将该模型与殷氏模型用于不同应力路径条件下堆石料试验的数值模拟研究,对比分析表明:本文模型计算结果与试验实测结果更为一致,能较好地描述各种加载路径下堆石料的强度与变形性状。

考虑固废强度非线性的填埋场地基承载力分析

基于幂函数准则描述了固废的非线性强度特性,并分析了该准则随强度参数的变化规律。与基于摩擦角修正的非线性Mohr-Coulomb准则和二次函数非线性强度准则进行了对比,并探讨了将幂函数准则换算为线性Mohr-Coulomb准则得到的黏聚力和内摩擦角随应力的变化规律。通过与一系列直剪试验结果对比,验证了幂函数准则预测固废非线性强度的合理性。基于所建立的非线性强度准则,对填埋场地基承载力进行数值模拟,并通过与基于线性强度准则模拟结果对比,获得了固废强度非线性对承载力的影响规律。参数分析结果表明,地基承载力值对强度准则指数参数的变化更敏感。

非线性M-C强度准则下预应力锚索加固边坡时效稳定性分析M-P法

拓展传统极限平衡方法在复杂条件下边坡稳定性分析中的适用性一直是岩土工程界的研究热点。众所周知,边坡岩土体剪切失效一般服从于非线性强度准则,而传统极限平衡方法仅适用于线性强度准则下边坡稳定性分析。此外,预应力锚索作为一种主动防护措施,可极大地即时提高边坡稳定性而被广泛应用于中、大型边坡工程加固。然而,在应力松弛、蠕变效应以及腐蚀环境影响下预应力锚索加固边坡稳定性时效特征往往被忽视。由此,基于Morgenstern-Price(M-P)法,嵌入非线性Mohr-Coulomb(M-C)强度准则,并融入应力松弛与蠕变效应下锚索预应力损失模型以及腐蚀环境下锚索性能劣化模型,从而,建立非线性强度准则下预应力锚索加固边坡安全系数时程表达式。进一步,为了解决非线性强度准则下隐式嵌套公式难以求解的问题,归零化条间法向力初始值,并应用迭代循环求解策略,在引入循环终止允许误差判别条件后,可实现边坡稳定性理论真实结果的逼近求解。经过后续算例对比分析,验证了所提方法的可行性和合理性,与此同时,还研究了不同预应力损失速率和不同锈蚀环境下预应力锚索加固边坡稳定性的时效变化规律。

滑面极径-应力-强度耦合关联下非线性破坏特征边坡稳定性极限平衡分析方法

非线性强度准则下边坡破坏模式、滑面应力以及岩土剪切强度参数存在耦合关联,从而加大了边坡稳定性分析与最可能破坏模式揭示的难度。为此,以滑面应力计算模式代替条块划分下条间力假设模式,并嵌入非线性Mohr-Coulomb(简称M-C)强度准则以及引入滑面端部应力约束条件。在此基础上,结合滑体整体力学平衡条件,建立滑面应力计算模式下非线性破坏特征边坡稳定性极限平衡解答。与此同时,依据现有滑面模型,将滑面概化为旋转中心点下极径与极角所表征的曲线,以此构建通用型滑面生成模型。进一步,针对分层边坡,提出合理的“应力连续+最不利剪切方向”层间滑面连接模式。随后,采取滑面极径-应力-强度联合迭代法,整合滑面应力计算模式下边坡稳定性极限平衡解答与通用滑面生成模型,实现非线性强度准则下边坡稳定性有效分析与最可能失效模式可靠揭示。通过多个边坡算例对比分析,此方法的可行性得以验证,而且当前研究工作将有利于进一步探明非线性强度准则下边坡破坏机制。

基于非线性强度特征的深埋隧道围岩有限应变求解

深埋隧道的围岩强度随着围压的增大而呈现出明显的非线性变化,且其具有高地应力这一显著特征使得准确评估隧道掘进过程中围岩的力学响应难以实现。引入岩石的非线性强度特征,建立深埋隧道围岩的对数应变方程,并考虑已有研究中大多忽略的岩石应变硬化特性,在有限差分循环迭代过程中使用当前节点的塑性剪切应变进行内部变量求解,提出基于统一应变硬化−应变软化本构模型和非线性剪胀模型的围岩弹塑性耦合有限应变解析方法。模型退化为小应变分析时,解析结果与经典理论解答基本一致,可以验证方法的有效性。影响参数分析表明:忽略岩石剪胀系数的非线性衰减将低估有限应变围岩的塑性区范围;随岩石剪胀特性的增强,洞壁位移、残余区半径和塑性区半径逐渐增加,且其增加幅度随围压减小而明显。岩石应变软化特性主要影响围岩残余区和软化区的占比,引起围岩位移的变化,其特性增强将显著减小塑性区半径。是否考虑岩石应变硬化特性对围岩塑性区范围的评估至关重要,但应变硬化特性的增强对塑性区的半径影响较小,其特性增强主要表现为对围岩软化区和硬化区占比的改变。采用该方法可有效评估深埋隧道有限应变围岩的塑性区范围,并为支护结构体系的设计提供理论指导。

高应力下岩石非线性强度特性的试验验证

深埋工程岩体开挖后围岩的强度特性表现出明显的非线性特征。基于室内岩石三轴加载及卸荷力学试验成果,对高应力下岩石的非线性强度特性予以验证,并开展高应力下应力路径对强度参数影响规律研究。采用已有的二次抛物线型、双曲线型、幂函数型等型式的包络线来研究强度特征的非线性,结果表明,幂函数型Mohr准则能够作为在高应力加载和卸荷应力路径下的岩石破坏的强度判据。在低围压下(<10MPa),三轴卸围压破坏强度要小于常规三轴强度;而在高围压下,前者略高于后者。内摩擦角的正切值与等效法向应力的函数关系表明岩样的实际内摩擦角并不是一个不变值,具有幂函数关系的非线性特征,在低应力下卸载破坏内摩擦角要比常规三轴压缩剪切内摩擦角略大,在高应力下则相反;根据Mohr准则中内摩擦角与理论破裂角之间的关系,随着应力增加它们的破裂角均呈非线性衰减并趋向π/4。

高堆石坝非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析方法研究及工程应用

证明了按Fs-1和MR-MS两种方式构建功能函数的数学等效性,提出基于邓肯非线性强度准则、简化毕肖普法、中心差分法、一次二阶矩法及Fs-1,MR-MS两种功能函数的非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析的新方法,探讨可靠指标β对非线性强度指标的敏感性以及非线性强度指标相关性对β和临界滑弧位置的影响,得到以下结论:(1)按Fs-1和MR-MS两种方式构建功能函数得到的β相差不超过0.5%,由于按MR-MS构建功能函数可以直接计算对随机变量的偏导数,因此,建议按此方式进行可靠度分析。(2)一次二阶矩法的β计算值相对Monte Carlo法的误差小于2%。可靠度灵敏系数反映出β随φ0的增大和Δφ的减小而增大,且β对φ0的敏感性更为显著。由此可见,φ0参数的合理确定对工程的安全和经济性至关重要。(3)φ0和Δφ的相关性对β和临界滑弧的位置影响比较明显。β随相关系数的增大而渐增,最大增幅达15.67%,同时临界滑弧的位置逐渐向坡外移动,表明不考虑相关性的计算结果偏于安全。(4)对双江口土质心墙堆石坝坝坡稳定的可靠度分析证明了所提方法的合理性,各典型工况的最小可靠指标βmin及临界滑弧的位置符合工程实际,坝坡稳定可靠度满足相应规范要求。

冻结砂土的应力-应变关系及非线性莫尔强度准则

对于-6℃的冻结砂土进行一系列的试验,结果表明,当围压小于3.0MPa时,其应力–应变关系具有明显的应变软化现象;当围压大于3.0MPa时,其应力–应变关系则具有明显的应变硬化现象。针对广义的双曲线模型并不能很好地描述-6℃冻结砂土在围压大于3.0MPa时的应力–应变关系,邓肯–张模型也不能理想地反映围压小于3.0MPa时-6℃冻结砂土的应变软化特性,提出既能描述应变软化现象又能描述应变硬化现象的改进的邓肯–张模型。研究表明,其结果和试验结果吻合良好。由于压融现象的存在,当围压大于一定值后,冻结砂土的剪切强度随围压的增大而减小。如果用莫尔–库仑准则来描述冻结砂土的剪切强度,会产生较大的误差。为解决这一问题,提出非线性莫尔强度准则。研究结果表明,其精度较高,比莫尔–库仑强度准则能更好地描述冻结砂土的剪切强度。

基于岩体层理特性的非线性抗剪强度准则研究

对湖南湘西雀儿溪隧道中的层状砂岩开展了室内三轴压缩试验.结果表明,因微层理面的影响,该砂岩表现出较强的各向异性强度特性,岩体的破坏存在沿层理面的滑移破坏和非滑移破坏(含斜穿层理面的剪切破坏、基岩破坏及二者的复合破坏)两种模式.针对该砂岩的破坏特征,提出了一种反映其强度特性的非线性破坏准则,该准则对两种破坏模式采用不同的方法进行描述.采用该破坏准则预测层状砂岩的破坏强度,预测结果与试验数据吻合较好.采用该准则对其他不同类型层状岩体的强度进行预测,也获得了较好的结果.

基于Copula函数的堆石料非线性强度参数相关性及分布模型研究

堆石料非线性强度参数的不确定性及相关性是影响土石坝坝坡稳定可靠度分析结果的关键因素,但传统的正态分布模型无法准确地表征非线性强度参数的相关非正态分布特征。汇总了国内外124座土石坝工程的1257组筑坝堆石料非线性强度参数,基于Copula函数提出了堆石料非线性强度参数联合分布模型的构建方法。分别采用最小二乘法和BIC准则确定堆石料非线性强度参数的相关系数、最优边缘分布函数与最优Copula函数。结果表明:非线性强度参数间存在显著的正相关性;堆石料非线性强度参数的边缘分布和相关系数相同时,不同的Copula函数构造的联合分布函数差异显著;对于条件累积分布函数,当非线性强度参数取值减小时,基于不同Copula函数构造的非线性强度参数的条件累积分布函数差异越显著;与二维正态分布模型相比,基于Copula函数建立的非线性强度参数非线性强度参数联合分布模型灵活性强、适用范围广,能更准确地表征原始数据的分布情况,可为土石坝坝坡静、动力稳定可靠度分析提供简单、有效的分布模型。

非线性强度准则下抗滑桩加固边坡稳定性极限平衡分析

考虑到现有极限平衡方法无法揭示非线性强度准则下抗滑桩加固边坡的作用机理,应用土压力理论简化抗滑桩与边坡滑体的力学计算模型,并根据力学平衡条件推导出抗滑桩桩侧有效压力。然后,基于瑞典法所得滑面应力计算式,由边坡安全系数定义建立非线性强度准则下抗滑桩加固边坡稳定性极限平衡解决方案。最后,通过工程实践验证本文解决方案的有效性。研究结果表明:岩土体非线性参数对边坡稳定性有着显著影响,且考虑岩土体非线性时需增加抗滑桩桩长才可确定边坡满足稳定性要求;抗滑桩布置于临近坡脚点位置有利于提高边坡稳定性,但应防止位于抗滑桩上方的边坡滑动体出现局部破坏。工程实例结果表明本文解决方案可有效应用于边坡抗滑桩加固设计。

非线性强度指标边坡稳定安全系数取值标准的研究

从强度指标的取值原则和边坡稳定的风险分析两方面,论述对土石坝堆石材料进行非线性强度的稳定分析时安全系数的合理取值原则。通过对以往工程硬岩堆石料的非线性强度试验数据统计分析和实际算例,说明使用非线性参数的安全系数和可靠度指标与传统的线性参数相应值处于同一量级。因此,在进行非线性分析时,同样可以使用现有规范对坝坡允许安全系数所规定的标准。

适用于冻土的广义非线性强度准则

冻土与融土的主要区别是冰,温度变化影响着孔隙冰含量,进而影响着冻土的物理力学性质.广义非线性强度准则用一个表达式描述了材料在π平面及子午面上的非线性强度特性,其在主应力空间的π平面上的破坏函数为介于SMP准则和Mises准则之间的光滑曲线,子午面上的破坏函数为幂函数曲线.在该准则的框架下,通过国内学者已取得的冻土材料的三轴试验结果,研究冻土子午面上各参数随温度变化的规律,并验证该强度准则对于冻土材料的适用性.

非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析有关问题讨论

基于邓肯非线性强度准则、简化毕肖普法和一次二阶矩法提出一种非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析方法。对坝高200m、坝坡1∶1.4的均质堆石坝的坝坡稳定可靠指标β进行计算分析,结果显示:按安全系数和力矩两种方式构建功能函数得到的β差异甚微,一次二阶矩法和Monte-Carlo法的β计算值相差很小;最小可靠指标随非线性强度指标φ0和Δφ的相关系数的增大而增大,而临界滑弧到外边坡线的最大水平距离逐渐减小;β对φ0的均值、变异系数和分布类型的变化较为敏感。建议按力矩构建功能函数并采用一次二阶矩法计算坝坡稳定可靠度,同时应考虑强度指标相关性的影响和合理选用φ0的均值、变异系数和分布类型。

动车组排障器结构非线性强度计算和试验验证

针对某动车组排障器的结构特点及材料的力学性能,建立排障器三维有限元分析模型,定义接触关系,考虑摩擦系数,进行预紧力及纵向压缩工况的接触非线性强度计算,给出了排障器的应力分布,计算得出各部件及焊缝安全系数均大于1.2,并进行试验验证,将仿真结果与试验数据进行对比分析,发现应力较大点发生在纵向螺栓连接件附近的焊缝处,其它部位焊缝应力值不大,两者整体的的变化趋势基本一直,误差范围在10%以内,表明计算建模的可靠性,为今后模型的优化改进方案提供参考依据。

基于非线性强度准则的城市固废本构模型

考虑到城市固体废弃物(MSW)抗剪强度常具有非线性的特点,建立了一个基于幂函数形式的强度准则.并据此分析了该准则转换为线性Mohr-Coulomb准则时摩擦角的变化规律.结果表明,该准则能合理反映内摩擦角随围压增大而降低的特性.基于幂函数强度准则,采用增量硬化准则建立屈服函数,并通过构建合理的塑性势函数,建立了一个非相关联流动法则的固废弹塑性本构模型.通过对固废三轴固结排水试验结果模拟表明,所建立的本构模型不仅能合理模拟应力-应变关系,亦能正确反映其体变特性.

基于广义非线性强度准则下地基承载力的计算

Mohr-Coulomb理论应用于土体分析时的两大缺陷,即未考虑中主应力的影响,也未考虑土体材料的SD效应,因而对于土体材料的潜能未充分考虑。为了考虑上述两种效应,本文基于广义非线性强度准则(GNST)及平面强度理论,推导出了可应用于砂土及粘土类材料的平面应变破坏条件。将上述推导结果应用于地基承载力的计算,推导出了基于GNST准则的地基承载力计算公式。通过与实际载荷试验数据比较,本文计算结果与实验数据吻合较好。表明推导出来的α公式对于计算砂土的强度特性是可行的,同时也可应用于其他平面应变问题有同样的参考意义。

基于岩石非线性统一强度准则的非均匀应力场中圆形巷道围岩塑性区分析

为评价巷道围岩的安全稳定性和进行支护定量设计,分析非均匀应力场中巷道围岩的塑性区形态。考虑中间主应力、岩石性质和岩体结构特点对岩体变形破坏的影响,应用岩石非线性统一强度准则和弹塑性力学方法,推导出非均匀应力场中的圆形巷道围岩的塑性区边界线方程,研究了侧压系数、Hoek-Brown参数和中间主应力对塑性区形态的影响。结果表明,侧压系数对塑性区分布有很大影响,侧压系数不同,巷道顶底板和两帮的塑性区分布形态不同。岩体质量越好,Hoek-Brown参数越大,塑性区范围越小,反之,塑性区范围越大。考虑中间主应力能够发挥岩体的强度潜能,计算出的塑性区也随之变小。