摩尔-库仑强度准则计算冻结壁应力场和位移场

将冻结壁视为无限长轴对称厚壁圆筒,利用摩尔-库仑强度准则对冻结壁进行弹塑性分析,得到了平面应变状态下应力场和位移场分布特征,对充分发挥冻结壁承载力和深井冻结壁设计具有一定的参考意义。

基于摩尔-库仑准则的双护盾TBM掘进参数研究

研究目的:青岛地铁在国内首次将双护盾TBM应用于城市轨道交通工程,并取得成功,拓宽了双护盾TBM的应用领域。本文结合双护盾TBM在青岛地铁2号线的应用,基于Mohr-Coulomb准则,根据双护盾TBM正常掘进情况下的刀盘推力、撑靴撑力、围岩强度之间需要满足的力学协调性,针对不同围岩级别,对双护盾TBM施工中掘进参数及模式选择进行研究,从而为双护盾TBM选型及适应性分析提供依据。研究结论:(1)对于Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级围岩地层,刀盘推力可由撑靴提供,可采用双护盾掘进模式;(2)Ⅴ级围岩(软岩、强风化)条件下,撑靴撑力、围岩承载力及刀盘推力三者不能满足力学协调性,滚刀无法成功破岩,故无法实施双护盾模式施工,可采用单护盾掘进模式,由管片方式提供反力;(3)根据双护盾TBM正常掘进情况下的刀盘推力、撑靴撑力和围岩强度之间的力学协调性,得到不同围岩级别下相应的掘进参数;(4)该研究成果可为城市轨道交通工程TBM施工提供理论参考。

基于摩尔-库仑准则的断续节理岩体复合损伤本构模型

针对工程实际中断续节理裂隙岩体的损伤本构模型,假设岩石微元强度服从Weibull随机分布,以摩尔-库仑破坏准则作为描述微元强度的表示方法,推导出细观损伤变量。利用能量和断裂力学理论,综合考虑节理几何特征及力学特性,推导宏观损伤变量计算公式。基于Lemaitre应变等效假设,考虑宏细观缺陷耦合作用,推导出复合损伤变量,建立了基于摩尔-库仑准则的宏细观缺陷耦合作用的断续裂隙岩体损伤本构模型。研究结果表明:(1)采用摩尔-库仑准则作为描述微元强度的统计分布变量建立的损伤模型能够较好地反映岩石内部缺陷分布和变形特征,该模型真实地反映岩石微元强度受应力状态的影响。(2)该模型建立的理论曲线与断续节理岩体的试验曲线吻合较好。(3)节理裂隙岩体宏观损伤变量及峰值强度随节理倾角的变化规律与综合考虑宏细观耦合作用下的损伤变量及裂隙岩体峰值强度随节理倾角的变化规律基本一致。(4)宏细观耦合作用下的等效弹性模量与节理贯通率呈非线性负相关;在节理倾角一定的情况下,损伤变量与节理长度呈非线性正相关;在贯通率较小时,岩体的宏观损伤变量与内摩擦角的关系呈线性负相关变化,贯通率达到一定程度,线性关系变成非线性关系。

摩尔-库仑准则和粘塑性方法的边坡稳定分析

介绍采用真实的摩尔-库仑准则和弹-粘塑性原理按强度折减法进行边坡稳定分析的理论和方法,算例分析表明其计算结果与简化Bishop法所得结果吻合良好。

基于摩尔-库仑准则的边坡稳定性分析

山西平朔东露天煤矿向西开采中,南北帮的稳定性隐患逐渐加剧,于2014年5月发生滑塌。为保障开采作业安全,选取南帮滑坡区内典型剖面,基于摩尔-库仑准则,结合现场勘察、岩石力学试验与数值模拟,对边坡稳定性进行了研究分析,并验证了处理方案的可行性。

圆板中摩尔-库仑准则的内力屈服条件

对具有拉压强度差效应材料构成的轴对称弯曲圆板在弹塑性阶段应力分布的研究,导出了塑性极限状态下圆板中塑性应力分量间的关系式。以不同受力状态下圆板单元体进入塑性极限状态时的内力分析为基础,建立了圆板在摩尔库仑准则基础上用弯矩表示的内力屈服条件。该内力屈服条件是一条闭合的外凸曲线,符合内力分量的对称性,在材料拉压强度相同时蜕化为屈雷斯卡内力屈服条件。所得内力屈服条件可以用于由拉压强度不同材料构成的圆板和环板的塑性极限分析。

基于M-C匹配的D-P准则的边坡矢量和方法研究及应用

摩尔-库仑屈服准则是岩土工程界广泛使用的准则,但其存在棱角奇异点给数值计算带来了困难。该文引入平面应变情况下与摩尔-库仑屈服准则精确匹配的D-P准则,将在其基础上的应力计算结果使用矢量和法进行边坡的安全系数计算。通过均质边坡和多地层边坡的稳定分析表明,基于摩尔匹配的D-P准则和M-C准则的安全系数很接近,且采用D-P准则的表达形式,克服了摩尔准则的数值奇异性问题。

等效摩尔-库仑屈服准则在联拱隧道围岩稳定性评价中的应用

基于等效摩尔-库仑屈服准则原理,通过岩体材料参数的人工换算,实现其在有限元软件Ansys5.7中的应用,验证转化后的参数与原参数之间的大小关系,间接地为Ansys5.7增添一岩体材料模型;并采用其模型对殷家岩联拱隧道进行二维弹塑性有限元分析,验证其模型的可行性和合理性,同时也为宜长高速殷家岩隧道监控量测测点的埋设提供科学依据和施工指导。

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。

脆性低渗透砂岩破裂准则研究

在裂缝的定量研究中,通常需要选用一定的破裂准则来确定岩石在应力作用下裂缝形成时间以及裂缝的方向。构造裂缝往往不是以单一的形态出现,有张裂缝,也有共轭剪裂缝,甚至还有介于二者之间的张剪缝,因此,实际研究中要综合运用张裂缝准则和剪裂缝准则。在莫尔-库仑与格里菲思破裂准则的基础上,结合岩石力学实验,建立了适于低渗透砂岩储集层的岩石破裂判断准则,张裂缝准则选用格林菲斯准则,剪裂缝准则选用莫尔-库仑准则。

泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型研究(Ⅰ)：理论模型

在室内和现场试验的基础上,根据泥岩的非线性蠕变变形特点,构造了基于摩尔-库仑准则的蠕变势,建立了泥岩非线性蠕变损伤本构模型及其损伤演化方程;对泥岩裂隙自愈合机制进行了探讨,得到围压、孔隙水和饱水时间是影响裂隙愈合的主要因素,通过引入愈合应力和水化学愈合因子的概念,建立了泥岩渗透性自愈合模型。研究结果表明,泥岩非线性蠕变是其内部结构损伤在蠕变过程中的综合表现,泥岩的蠕变速率不仅与应力水平、时间相关,而且还与累积蠕变变形密切相关,提出的模型能较真实反映泥岩蠕变变形过程、损伤演化、渗透性演化和裂隙自愈合,且材料常数较少,便于从实验数据中获得。文中涉及到的数值算法、程序实现、模型参数的确定以及工程应用将在本文的Ⅱ部分给出。

基于裂隙岩样的多组贯穿裂隙岩体峰后应力-应变曲线研究

在岩土工程中,裂隙岩体经常处于峰后变形状态,研究裂隙岩体的峰后应力-应变关系对预测结构的稳定性有重要意义。基于峰后软化阶段强度参数的逐渐演化行为,首先提出一个求岩石峰后应力-应变关系和裂隙峰后应力-切向位移关系的一般方法。然后采用摩尔-库仑强度准则,以岩石的最大主应变和裂隙的切向位移作为软化参数,假设强度参数为软化参数的分段线性函数,分岩体沿裂隙滑移破坏和沿岩石剪切破坏两种情况,提出多组贯穿裂隙岩体峰后应力-应变关系式的求法。最后,在算例中,分岩体沿裂隙滑移破坏和沿岩石剪切破坏两种情况给出了裂隙岩体的峰后应力-应变曲线,讨论了裂隙的平均间距、法向刚度和剪切刚度对峰后应变的影响。结果表明,裂隙的平均间距、法向刚度和剪切刚度越小,裂隙岩体的轴向应变越大。

高桩码头-岸坡相互作用有限元数值模拟

高桩码头-岸坡体系的相互作用机理一直是困扰工程界的难题。基于某突堤的现场勘察资料和土体参数,建立了高桩码头与岸坡相互作用的二维平面应变问题和三维空间问题的弹塑性有限元模型,采用与M ohr-Co lum n准则匹配的D rucker-P rager准则作为土的屈服准则,分析了桩基-岸坡体系的变形机理,同时,针对二维和三维情况各种工况组合进行了对比分析,并结合土体参数和现场测斜资料,分析了高桩码头-岸坡体系的变形规律,并指出了影响桩、梁和岸坡体系变形的主要因素,并建议了合理的治理方案。

有限元强度折减法下的岩土边坡稳定分析

岩土边坡稳定性分析是岩土工程中的重要课题,传统的极限平衡法存在一些缺陷和不足,难以准确反映边坡的真实破坏状态。采用有限元强度折减法,对一个节理岩质边坡进行了稳定性分析,通过不断降低边坡的强度参数,直到模型发生破坏,计算出边坡的安全系数,并确定了边坡的滑动面;还采用了不同的稳定判断准则,如计算收敛与否、位移突变、塑性区贯通等,综合评价了边坡的稳定性。结果表明,有限元强度折减法可以有效地模拟岩质边坡的破坏过程,考虑了边坡的复杂几何形状、材料非线性、节理裂隙等影响因素,提高了分析的精度和可靠性,为边坡工程设计和施工提供了参考依据。

流体-地质力学耦合建模表征水力压裂诱发地震:以加拿大Fox Creek地区为例

随着水力压裂技术在页岩气开发中的广泛应用,加拿大西部盆地的诱发地震活动显著增加.目前对于诱发地震的综合表征方法还不成熟.本文采用一种综合地质、岩石力学及流体力学的研究方法,对Fox Creek地区2015年2月8日发生的M 3.0诱发地震事件进行了综合表征.首先,利用高分辨率三维反射地震资料,采用蚂蚁体追踪技术识别潜在断层.其次,利用测井曲线和压裂施工数据等资料定量求取岩石力学及地应力参数,建立三维地质力学模型,明确水力压裂缝的空间扩展规律.最后,建立流体-地质力学耦合模型,计算水力压裂过程中断层附近的孔隙压力及局部应力变化,利用摩尔-库仑破裂准则判定断层激活的时间与空间位置,揭示本次诱发地震事件的触发机制并提出风险控制对策.结果表明,三条由Precambrian基底向上延伸至Duvernay地层的近垂直断层在水平井压裂过程中被激活.由于水平井的部分压裂缝与断层沟通,注入流体沿断层的高渗透破裂带向下迅速扩散,在基底位置激活断层并诱发M 3.0地震事件.其中孔隙压力增加是本例中断层活化的主要因素.现场措施表明,增大压裂水平井与已知断层之间的距离被可以有效地降低地震风险.因此在进行水平井钻井及压裂作业之前,明确地下断层的分布位置至关重要.

硫酸钠粉质黏土变形规律及改良研究

为了探究硫酸盐粉质黏土的变形规律和力学特性,对常温、冻结两种情况下不同硫酸钠盐含量的粉质黏土进行了三轴剪切试验与改良试验。基于试验数据,作出了常温、冻结条件工况下试样的应力-应变关系曲线。选取不同含盐量试样在线弹性阶段临界点的切向模量,确定了含盐量与切向模量间的关系,提出了常温硫酸钠盐粉质黏土的摩尔-库仑参数计算公式,通过试验数据拟合了常温试样的摩尔-库仑参数。参考Duncan-Chang土体应力-应变曲线模型,推导了冻结硫酸钠盐粉质黏土轴向应变与轴向应变/偏应力间的线性关系,并对相关强度参数进行了拟合。建立了非线性强度准则描述应力-应变变化规律,研究了无水Ca(OH)_(2)和木质纤维含量对硫酸钠盐粉质黏土的强度影响变化规律。结果表明:常温、冻结两种情况下硫酸钠盐粉质黏土的应力-应变曲线均为应变软化型曲线,常温试样的破坏强度随围压的增大而增大,随含盐量的增大先增大后减小;冻结试样的破坏强度随冻结温度的降低而增大,随含盐量的增加而减小;提出的强度准则公式能较好描述不同工况下的硫酸钠盐粉质黏土的变形规律;无水Ca(OH)_(2)和木质纤维均能有效改良硫酸钠盐粉质黏土的工程性质,添加无水Ca(OH)_(2)和木质纤维能使试样强度提升15%~20%。

用有限元强度折减法计算边坡安全系数

利用三种D-P准则,采用强度折减有限元法并借助ANSYS软件分析了边坡的稳定性,并给出了滑裂面及安全系数,计算结果表明,滑裂面可根据土坡破坏时等效塑性区应力云图和x方向位移云图确定;用摩尔—库仑匹配D-P准则分析边坡稳定的结果与传统的极限平衡Spencer法计算结果的误差仅为1%左右,在工程计算中具有一定的实用性和可靠性。

应变软化岩体分析原理及其应用

应变软化是指应力-应变曲线中轴向应力随应变的增加而减小的现象,许多种类的岩土介质在工程扰动的作用下呈现应变软化的行为。在分析应变软化问题时,其应力-应变关系式中的切线刚度矩阵是非正定的,由此导致计算求解的困难。将岩体应变软化过程简化为一系列脆塑性过程,于是应变软化问题的求解归结为一系列脆塑性过程的分析。基于经典弹塑性力学理论,提出了应变软化过程模拟方法及其相应的有限元求解过程,编制了计算程序,研究了应变软化本构模型中不同强度弱化速率对圆形洞室围岩塑形区分布的影响,进一步分析了应变软化模型对应的隧道径向变形沿洞轴方向的分布特征,并与已有监测数据得到的分布规律进行了对比。初步的研究结果表明,应变软化模型得到的计算结果是比较合理的。

平面应变条件下土坡稳定有限元分析

描述岩土材料常采用摩尔 -库仑准则和德鲁克 -普拉格准则 ,前者的计算结果较为可靠 ,后者则更便于数值计算。本文基于非关联流动法则 ,推导出平面应变条件下两种准则相互转化的关系式 ,建立了与摩尔 -库仑准则精确匹配的D -P准则。边坡稳定有限元分析结果表明 :与以往各D -P准则及摩尔 -库仑等效面积圆准则相比 ,本文建议的匹配D -P准则能更好地反映摩尔 -库仑准则的实际特性 ,同时 ,因采用D -P准则的表达形式 ,也方便了编程计算。

考虑围压影响的盐岩弹塑性损伤本构模型研究

深入研究盐岩受力变形、破坏机制及力学模型,对于保证油气地下储库的安全和稳定具有十分重要的意义。以盐岩在多组围压下的三轴试验为基础,由热力学定律出发,将损伤引入到改进的摩尔-库仑(Mohr-Coulomb)准则中,提出了与围压相关的损伤准则和塑性硬化函数,建立了一种能够描述盐岩力学特性的弹塑性损伤模型,该模型能够反映盐岩的塑性与损伤耦合、应变硬化-软化和围压影响。将研究成果与ABAQUS软件相结合,通过二次开发,编制了相应的计算程序。通过模拟盐岩室内三轴压缩试验表明,数值模拟曲线与试验曲线吻合较好,所建立的力学模型可以较好地描述盐岩在不同围压状态下的力学损伤发展、应变硬化-软化以及脆-塑性转换的力学特征。