基于统一强度理论的扰损围岩巷道脆塑性解答

钻爆法施工常造成岩质巷道扰损区围岩性能劣化。针对扰损围岩、扰损外围岩的弹塑性状态下不同的扰损围岩巷道力学模型,采用统一强度理论、弹-脆-塑性模型和非关联流动法则,建立扰损围岩巷道有关应力、位移和塑性区半径的脆塑性解答,探讨巷道力学模型的转换路径及判定方法,并将结果进行对比、验证,获得各因素的影响规律。研究表明:提出的巷道脆塑性解答合理反映了中间主应力、围岩扰损范围和峰后强度、剪胀特性的综合影响,通过参数组合变换可退化为多种解答并得到正确性验证,具有重要的理论意义和应用前景;巷道力学模型判定与中间主应力、围岩扰损范围密切相关,显著影响巷道应力-位移分布和围岩特征曲线;支护压力和巷道稳定变形随着围岩峰后强度下降、剪胀特性参数增加而明显增大。

基于统一强度理论的自紧身管残余应力分析

基于统一强度理论,考虑材料拉压异性和鲍辛格效应的影响,采用双线性强化材料模型对身管进行自紧分析,推导了身管加载应力、卸载应力、残余应力及工作应力的解析解,得到了弹塑性交界面半径、反向屈服半径的计算公式,提出了最佳自紧度和自紧压力的计算方法,通过与实验数据进行对比,验证了本文理论解的正确性,分析了材料拉压强度比、中间应力系数等参数对身管残余应力、弹塑性交界面半径、反向屈服半径和最佳自紧压力的影响。结果表明,反向屈服半径、弹塑性交界面半径、弹塑性交界面处残余应力与材料拉压强度比成正比,与中间应力系数成反比;最佳自紧压力与材料拉压强度比成反比,与中间应力系数成正比。

基于三剪应力统一强度理论的条形地基承载力计算

基于三剪应力统一强度理论,推导得到条形地基考虑侧向压力系数不为1、中间主剪应力及最小主剪应力影响时,地基临塑荷载和临界荷载精确理论计算公式,并对公式进行了退化分析,探讨了中间主剪应力影响系数b、最小主剪应力影响系数c和侧向压力系数k 0对条形地基临塑荷载和临界荷载的影响规律。研究结果表明,临塑荷载和临界荷载随b、c的增大均非线性增大且增大的幅度逐渐减小,随k的减小而减小;Mohr-Coulomb理论解和双剪统一强度理论解均为三剪应力统一强度理论解的特例,三剪应力统一强度理论解考虑了地基土的真实侧向压力系数、中间主剪应力及最小主剪应力的影响,具有较广泛的适用性,可为实际工程提供一定的理论参考。

基于统一强度理论的矩形巷道塑性区宽度计算

基于应力平衡原理,将统一强度理论作为矩形巷道围岩的塑性条件,推导出矩形巷道边帮的塑性区宽度计算公式;通过中间主应力系数b的变化,得出了在Mohr-Coulomb准则下矩形巷道边帮塑性区宽度计算公式。结合具体案例,将统一强度理论系列解与Drucker-Prager准则解进行比较,分析了采场宽度、岩体黏聚力、岩体内摩擦角以及原始地应力对塑性区宽度的影响规律。结果表明:塑性区宽度随着黏聚力和内摩擦角的增大而减小,随着采场宽度和原始地应力的增大而增大;相同采场宽度下,统一强度理论系列解比Mohr-Coulomb准则解和Drucker-Prager准则解小,适用性更好,可为矩形巷道设计及支护提供一定的理论指导。

基于双剪统一强度理论的挡土墙土压力计算

在工程实践中采用未考虑中间主应力对强度影响的经典的朗肯土压力理论来对挡土墙进行支护设计时往往存在误差较大的问题。文章基于双剪统一强度理论,将平面应变条件下的强度准则引入挡土墙土压力计算中,推导了基于双剪统一强度理论的挡土墙主动以及被动土压力计算新解。分析结果表明:中间主应力系数b对挡土墙的主动以及被动土压力值均有较大的影响,随着b值的增大,挡土墙主动土压力减小,墙后填土拉张区开裂深度增大,挡土墙被动土压力增大。因此,在工程应用中若能合理地考虑中间主应力对挡土墙土压力的影响,则会产生一定的经济效益。

线性和非线性的统一强度理论

统一性,即将以前相互没有联系的概念、方法、理论、现象等统一起来,这是一个科学理论美的重要特点之一。统一强度理论是一种新的序列化的理论,它不仅建立起各种线性破坏准则的相互联系,并且产生一系列新的准则。单剪强度理论、双剪强度理论和介于单剪强度理论与双剪强度理论之间的一系列线性准则均为它的特例。但是,它没有将Huber-von Mises准则等非线性准则统一起来,而只能线性逼近它们。根据一个新的力学模型,提出一个普遍形式的统一强度理论,它不仅将单剪强度理论和双剪强度理论的线性准则统一起来,并且将八面体剪应力理论的非线性准则统一起来,从而建立起各种强度理论之间的相互联系,并将最常用的各种强度理论统一于一体,形成一个线性和非线性准则统一的普遍形式的强度理论,可以适用于更多的材料。

基于统一强度理论的钢管高强混凝土剪力墙轴压承载力计算

为建立钢管高强混凝土剪力墙轴压承载力理论计算方法,基于双剪统一强度理论对处于三向受力状态的混凝土和钢管进行计算分析,推导出钢管高强混凝土轴心受压承载力公式。与试验值对比可知,当竖向分布钢筋的配筋率和箍筋配筋率增大时,计算趋于安全保守,验证了该计算方法的合理性与准确性,可用于钢管高强混凝土剪力墙轴压承载力计算。

基于统一强度理论分析软岩断裂面对岩体强度的影响

对含有结构面的岩体,基于统一强度理论,在考虑洛德参数的基础上,推导出可以考虑不同受力状态下随洛徳参数和中间主剪应力系数b变化的材料统一强度参数Ct、φt,建立了含断裂面岩体的强度公式,即考虑中间主应力的岩体破坏公式,并分析了其有效范围。通过硅藻质软岩的普通三轴试验结果验证了所建立公式的正确性,并根据岩土材料统一强度参数确定的方法,分析了含有不连续面岩体强度以及统一强度参数随洛德参数的变化,以及中间主剪应力系数b值对强度参数的影响,结果表明:统一强度参数随洛徳参数的增大而增大一定值后随洛徳参数的增大而减小；随中间主应力系数的增大而增大。

基于统一强度理论的破裂围岩劣化弹塑性分析

基于深部岩体良好的塑性变形能力和高地应力下瞬时破坏特性,建立了适用深部岩体力学行为的弹塑脆性模型。针对长的圆形巷道,将巷道围岩分成破裂区、理想塑性区和弹性区,同时考虑中间主应力和破裂区围岩弹性模量劣化的影响,采用统一强度理论进行非关联弹塑性分析,获得了围岩应力场和变形场的解析解。并通过补充围岩破坏条件获得了确定围岩破裂半径和塑性半径的解析式。最后结合算例,分析了中间主应力、破裂区围岩弹性模量劣化程度对破裂区范围和围岩变形的影响。

双剪统一强度理论在土压力计算中的应用

基于双剪统一强度理论 ,将挡土结构与土相互作用问题视为空间问题 ,推导出了黏性土与无黏性土的主动土压力与被动土压力的计算公式 ,并讨论了加权系数b对主动土压力的影响。为验证公式的可行性 ,通过工程实例将计算结果和采用朗肯土压力理论所得的计算结果及实测结果进行了对比 ,对比表明 :朗肯土压力理论所得的主动土压力偏大 ,当b =0 .5时 ,采用公式所得结果比朗肯土压力理论所得结果更接近实测值 。

基于统一强度理论的石油套管柱抗挤强度

为了研究石油套管柱的力学性能,采用统一强度理论,合理考虑中间主应力效应和材料拉压比的影响,推导了石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度计算公式,建立了石油套管柱双轴抗挤强度和三轴抗挤强度与单轴抗挤强度的关系,并分析了材料的拉压比、中间主应力效应、径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况等因素对不同类型抗挤强度的影响特性。研究结果表明:材料的拉压强度不等特性(SD效应)对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度均有显著影响,材料拉压比越大,套管柱的单轴抗挤强度越小,双轴抗挤强度越大,而三轴抗挤强度与双轴抗挤强度的差值和材料拉压比的关系与外荷载有关;中间主应力效应对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也有显著影响,随统一强度理论参数b值的增加,套管柱的单轴抗挤强度和双轴抗挤强度不断增大,考虑中间主应力效应可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能,具有可观的经济效益;径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况对套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也具有一定影响。该结果适用于具有SD效应和中间主应力效应的材料,并将多种屈服准则下石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度表达式分别统一起来,具有广泛的适用性,可为石油套管柱的抗挤强度设计提供借鉴。

用统一强度理论求解轴对称混凝土板的冲切强度

本文采用统一强度理论作为混凝土的破坏准则，求解了轴对称混凝土板的冲切破坏强度，利用上限定理求出了一组破坏荷载，得出了强度理论参数 对冲切强度的影响曲线。所得的解可以考虑材料的中间主应力效应对冲切破坏强度的影响, 可以灵活地应用于工程上的各种不同材料, 公式形式简单便于应用, 且与已有结果及试验资料符合较好。

基于统一强度理论的土石坝边坡稳定分析遗传算法

将非线性统一强度理论应用于土石坝边坡稳定分析中,考虑坝体各应力分量包括中间主应力对土质材料强度的影响,以区别于传统土石坝稳定分析中仅考虑剪切和拉伸极限强度的极限平衡法。提出了一个土石坝边坡稳定优化分析模型,并采用最优化遗传算法对土石坝边坡进行断裂面优化搜索。研究表明,统一强度理论中反映中间主应力效应系数值变化对坝体稳定安全系数有显著影响。利用遗传算法对土石坝边坡稳定进行分析时,不必事先假定滑裂面的形状,根据土石坝非线性统一强度理论的剪裂破坏准则进行滑裂面搜索。针对常规最优化方法容易陷入局部最优解的缺陷,基于MATLAB遗传算法工具箱对土石坝边坡稳定性进行分析,分析结果表明,统一强度理论结合遗传算法能克服常规最优化方法在寻优过程中一些缺陷,计算结果更自然合理。

用统一强度理论求厚壁圆筒和厚壁球壳的极限解

采用俞茂宏统一强度理论分析了厚壁圆筒和厚壁球壳的极限荷载 ,得出了统一解形式。利用此解可以合理地得出不同材料的相应解 ,它既可以适用于拉压强度相等的材料 ,也可以适用于拉压强度不相等的材料 ,并且能充分发挥材料性能 ,从而减轻结构重量 。

高应力状态下岩石非线性统一强度理论

Hoek-Brown破坏准则和广义Hoek-Brown破坏准则广泛应用于岩石工程,其缺点是没有考虑中间主应力效应。为此,建立了一对双剪模型,它们包含两个双剪应力、对应于双剪应力作用面的两个正应力和两个或一个较小主应力。根据这一对模型,可以推出俞茂宏提出的统一强度理论和昝月稳、俞茂宏和王思敬提出的岩石非线性统一强度准则和广义非线性统一强度准则。当b = 0时,岩石非线性统一强度准则就变成了Hoek-Brown破坏准则。当岩石所受到的应力状态从低应力水平到高应力水平时,岩石的破坏从脆性破坏转化为韧性破坏。与Hoek-Brown破坏准则相同,岩石非线性统一强度准则和广义非线性统一强度准则只适应于3s<cs时的脆性破坏。考虑了高静水应力作用下岩石的脆性破坏和韧性破坏特征,根据twint-ntwins-is型双剪模型,假设岩石单元体破坏时单元体上的所有应力和静水应力为非线性关系,提出了高静水应力状态下非线性统一强度理论和广义非线性统一强度理论,其物理概念比较明确,参数选择也比较简单,更具有普遍意义。

基于统一强度准则的预应力锚索极限承载力计算

基于统一强度理论和极限平衡原理,结合预应力锚索破裂面的形状,推导出一个能够考虑锚索破裂面形状、锚索的倾角、锚固体注浆压力、岩土体种类等因素的预应力锚索极限抗拔承载力计算公式。为验证计算公式的实用性,分别在软岩与硬岩中考虑不同的影响因素对理论计算结果与实测结果进行了比较。研究结果表明:随着加权系数的增大,锚索的极限抗拔力相应增加,但破裂面形状基本没有改变;锚索的极限抗拔力主要取决于锚索与浆体、锚固体与岩土体之间的界面强度,而破裂锥体部分岩土体所分担的抗拔力较小;在软岩中锚索的极限抗拔力和破裂锥体高度主要取决于锚固体与岩体的界面强度,受注浆压力的影响较小;在硬岩中注浆压力对锚索的极限抗拔力和破裂锥体高度都有着重要的影响,随着注浆压力的增大,极限抗拔力和破裂锥体高度相应增加。

基于统一强度理论的软岩损伤统计本构模型研究

基于统一强度理论,在考虑洛德参数的基础上,得到随洛德参数和中间主应力系数变化的材料统一强度参数,建立可以考虑中间主应力的统一强度理论平面形式的强度准则。假定软岩微元强度分布统计概率,定义软岩的统计损伤变量,依据统一强度理论建立三轴应力状态下软岩的损伤统计本构模型。通过软岩的常规三轴试验结果对其进行验证,对偏应力–应变的理论结果与试验结果进行比较。研究结果表明,该本构模型能够较好地反映软岩的偏应力–应变关系,尤其是应变软化特性。而且依据统一强度理论和统一强度内摩擦角的发挥,进一步分析表明洛德参数以及中间主应力系数b对偏应力–应变关系有影响,软岩的偏应力–应变曲线先随洛德参数的增大而上升到一定值,而后随洛德参数的增大而降低;随中间主应力系数b的增大而不断增加。

基于统一强度理论的深埋圆形岩石隧道收敛限制分析

基于统一强度理论和非关联流动法则,考虑中间主应力、围岩软化、剪胀和塑性区较小弹性模量等综合影响,推导了深埋圆形岩石隧道围岩特征曲线解析新解。采用较合理的Vlachopoulos公式确定隧道纵向位移释放系数,利用收敛限制法对比两种支护起始位置方法下支护压力的差异。研究结果表明:统一强度理论参数对围岩特征曲线和隧道纵向变形曲线的影响显著,考虑中间主应力效应可以更加充分发挥围岩的强度潜能,塑性区弹性模量和剪胀参数对围岩特征曲线的影响显著,不同支护起始位置方法确定的支护压力差异明显。

基于统一强度理论的地基极限承载力公式

现有的地基临塑荷载及极限承载力公式均以Mohr-Coulomb强度理论为基础建立的,没有考虑中间主应力的效应,其计算结果一般偏小,没有充分发挥土体强度潜能。基于统一强度理论考虑中间主应力的影响,以Terzaghi公式的假设与原理为基础,导出地基极限承载力公式的一般形式,太沙基地基极限承载力公式是其特例。由于考虑中间主应力的影响,计算的地基承载力比太沙基地基极限承载力要大,可发挥土体的强度潜能,得到一系列的解答。

基于统一强度理论的密肋复合墙体开裂荷载计算

通过对密肋复合墙体进行水平低周反复加载试验研究,介绍墙体的主要破坏过程和受力特点;采用考虑中间主应力σ2影响、拉压性能不同且适用于各种材料复杂应力状态下的双剪统一强度理论,推导出墙体初始开裂荷载的实用计算公式,并与采用最大拉应力理论所得到的计算值进行对比分析。结果表明:采用双剪统一强度理论得到的开裂荷载值与采用最大拉应力理论的计算值相比更接近试验值,对于实际工程,具有一定的准确性、经济性与适用性。