基于库仑-莫尔准则的盘形滚刀破岩力预测研究

盘形滚刀破岩力是全断面掘进机设计的关键参数,为准确预测盘形滚刀破岩力,以被压岩石为研究对象,以岩石断裂力学为理论基础,综合考虑岩石、滚刀及施工工艺等参数,采用微元积分法,针对圆刃滚刀建立一种综合的滚刀破岩力预测模型。同时根据滚刀实际破岩过程应用库仑-莫尔破坏准则,提出二次派生推力的概念,推导出二次派生推力计算模型,修正滚刀破岩力预测模型使其符合实际情况。在此基础上,应用科罗拉多矿业学院数据对修正后里理论模型进行分析验证,并与线性切割模型和CSM理论模型对比,结果表明本文模型预测精度比已有模型要高。通过模型理论分析和设计三因素三水平正交试验分析得到岩石、滚刀及施工工艺等参数对滚刀破岩力的影响规律,这为全断面掘进机刀盘整体设计和实际施工提供一定的理论参考。

基于抛物线形库仑-莫尔准则的板柱节点冲切承载力计算模型

为计算板柱节点的冲切承载力,以刚塑性破坏模型为基础,基于抛物线形库仑-莫尔破坏准则,运用虚功原理,建立了考虑混凝土承载力、钢筋销栓作用和钢筋拉力的冲切承载力计算公式。基于对样本的回归分析,对承载力公式不同组成部分进行了系数修正,结果表明预测值与样本值吻合较好。与多国规范进行对比,结果证明该公式准确度更高,结果的离散性更小,并考虑了钢筋销栓作用和钢筋拉力的有利影响。可为冲切承载力公式的推导提供参考。

应变能-莫尔准则及其在岩石材料中的应用

本文应用应变能密度与三向应力圆的等价关系,分析修正了莫尔准则,提出用任意确定静水压力下不同洛德参数的极限莫尔圆包络曲线簇作准则线,即谓之为应变能-莫尔准则线,并引用岩土真三轴试验资料进行验证;最后还得出应变能-莫尔屈服条件,分析了屈服曲面和屈服轨迹的形状等。

基于抛物线形库仑-莫尔准则的钢筋混凝土板抗冲切承载力

在刚塑性冲切计算模型的基础上,采用二次抛物线形库仑-莫尔混凝土强度准则,运用虚功原理,建立考虑混凝土板中抗弯钢筋销栓作用的冲切承载力计算式。根据已有板冲切试验研究成果,如冲切角和破坏时刻抗弯钢筋应力等数据,对板冲切承载力计算式进行简化,给出简化计算式。与国内外混凝土板冲切试验数据进行计算比较后发现,简化计算式的计算结果较好地符合实测承载力;抗弯钢筋的销栓作用约占钢筋混凝土板总冲切承载力的6%～11%,而忽略抗弯钢筋的销栓作用会给计算结果带来较大影响。

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。

莫尔-库仑和霍克-布朗强度准则用于评估脆性岩石动态强度的适用性

基于对新加坡Bukit Timah花岗岩进行的一系列的动力实验,包括单轴压缩、三轴压缩、单轴拉伸和直剪实验,以及对这些实验结果的系统分析,检验莫尔-库仑准则和霍克-布朗准则用于评估岩石动态强度的适用性。研究结果表明,在较低的围压条件下,岩石动态强度大致符合莫尔-库仑强度准则,且强度变化主要是由于粘聚力随加载速率变化引起的。岩石动态强度更好地符合霍克-布朗强度准则,特别是在较高围压下(如大于100 MPa)。

莫尔库仑准则的应用范围及临界应力状态探讨

岩石有多种破坏形态,根据目前的认识水平,从机理上归纳起来,独立的只有拉坏和剪坏。塑性流动是岩石失稳的一种形式,但和破坏的含义有所不同。在复杂应力状态下,岩石受多种应力的组合作用。其中多向拉伸和多向压缩的破坏,分别受岩石的单轴抗拉强度和抗剪强度所控制。但是,对于拉、压联合作用则表现出复杂的情况,是学术界一直讨论、比较活跃的领域,至今没有定论。另外,抗剪强度准则的应用范围,学者们的看法也不尽相同。本文引入临界应力状态来涉足这一领域的讨论,也许对问题的解决有所裨益。

莫尔-库仑准则向其它准则的等效变换

通过分析比较莫尔-库仑准则与广义米塞斯准则的表达式,得到了α、k的统一表达式,并依据π平面上等效圆的面积与莫尔-库仑屈服条件的面积相等,得到了等效圆的罗德角值,实现了莫尔-库仑屈服条件与广义米塞斯条件的统一,方便了编程计算。推倒了等效圆与不同D-P准则的函数关系,实现了莫尔-库仑准则与各种D-P准则的相互转换,使计算工作更加方便。

基于莫尔—库仑屈服准则计算隧道围岩抗力系数

按照荷载—结构法思想,合理考虑围岩与衬砌一道工作、分承荷载的能力能够充分体现设计时安全与经济应相互协调的理念,其中围岩抗力系数值的确定尤为关键。基于莫尔—库仑屈服准则推导得出的围岩抗力系数计算公式,具有较强实用价值。

莫尔-库仑准则下高强度混凝土的临界爆裂蒸汽压力

高强度混凝土高温爆裂概率随含水率的增大而增大,表明蒸汽压力是诱发爆裂的重要因素之一,该压力通过改变有效应力影响了强度。为定量研究蒸汽压力对强度的影响,基于莫尔-库仑准则和有效应力原理,推导了临界爆裂蒸汽压力的求解公式,并从数理角度证明了其严密性,结果表明:(1)公式物理意义明确,并与现有的研究成果和实际工程灾害一致性好;(2)理论分析尚不能完全考虑材料物理特征对爆裂的影响,还需结合模型实验开展极端高温环境下理论模型中相关系数的测定;(3)应结合火灾后建筑物不同部位构件的破坏形态,从受力状态与破坏特征两方面去分析和反馈其中的机理,完善理论分析中的不足。

论圆形断面井巷围岩弹塑性应力莫尔-库伦准则解答

应用莫尔-库伦准则得出的圆形断面井巷围岩弹塑性应力解答在井巷工程设计中有广泛的应用,对这一解答进行了深入分析,指出了存在的问题。

对“莫尔库仑准则的改进与应用”一文的讨论

经过理论推导证明,"莫尔库仑准则的改进与应用"一文对最基本的斜面上法向应为σn,切向应力τn的计算方法是错误的。

莫尔-库仑准则的单位化及其在棱柱体测混凝土抗压强度中的应用

以混凝土抗压强度测试中棱柱体的破裂形态为切入点,分析了端面强约束边界条件下棱柱体的破裂面倾角,并基于单位化后的莫尔-库仑准则,借助于混凝土强度试验数据,反算了不同等级混凝土剪切破坏时真实的破裂角范围和最危险破裂角。结果表明:3倍高宽比是最危险破裂面不受边界条件影响的临界值;边界条件通过改变破裂路径影响了强度,破裂路径的改变才是产生形状效应的根本原因;不同高宽比时其破裂面不同,考虑边界条件对破裂路径的影响时,可以建立强度形状效应的解析式。

考虑微观莫尔–库仑准则的拓展虚内键本构模型

拓展虚内键本构模型(augmented virtual internal bond-AVIB)蕴含了微观断裂机理,在模拟材料断裂破坏过程中有着较强的优势,它还不能很好地模拟岩土材料的压剪破坏的力学行为,这限制了它在岩土工程中的应用。为了突破这一局限性,在微观虚内键层面上引入了莫尔–库仑类型的虚内键破坏准则,来模拟岩土材料宏观压剪破坏行为。数值分析表明:通过引入这一微观莫尔–库仑准则,可以很好地再现岩石材料三轴受压情况下的强度特征,并且在大量数值模拟基础上,得出了微观内摩擦角和黏聚力与宏观内摩擦角和黏聚力之间的关系。该关系为本模型的参数标定提供了依据。

基于莫尔强度理论的钢管混凝土轴心受压短柱承载力计算

对钢管混凝土中核心混凝土的应力状态进行了分析,给出了圆形、矩形两种截面中钢管侧压应力的计算方法和近似公式,应用线性莫尔强度准则导出了核心混凝土的强度条件,表明钢管的侧压对提高核心混凝土的强度是有利的。并以此为基础,建立了轴心受压圆形、矩形截面钢管混凝土短柱的极限承载力计算公式,计算结果与有关文献的试验数据吻合良好,说明线性莫尔强度准则对钢管混凝土有很好的适用性。

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。

基于二阶损伤张量的节理岩体各向异性屈服准则

为了在节理岩体的本构关系中反映岩体几何特征的影响,采用一个二阶损伤张量,将岩体各方向截面的连通率表示为其截面法向的连续函数。根据连通率将完整岩体与完全裂隙的内摩擦系数与粘聚力加权平均得到节理岩体的各向异性抗剪材料参数,从岩体的面抗剪强度准则(莫尔–库仑条件)出发,建立了各向异性节理岩体的抗剪屈服准则隐式表达式。在主应力轴空间内,将损伤张量分解为各向同性部分和偏量部分,以损伤张量为各向同性时的临界屈服面单位法向量和显式屈服准则的解为基础,导出了一般情况下具有一阶精度的临界屈服面单位法向量的解,相应的显式各向异性屈服准则表达式为主应力的二次式,其系数是损伤张量的函数。研究了二阶损伤张量的6个独立参量:3个主值及其主轴与主应力轴的Euler角对岩体屈服各向异性的影响。针对6个参量取值的几种代表性情况,分别采用隐式屈服准则和具有一阶精度的显式屈服准则计算出屈服应力,绘出了偏平面和子午面内岩体屈服曲线的形状。研究表明,提出的节理岩体各向异性显式屈服准则具有很高的精度。

基于非线性屈服准则及主应力判据的圆形巷道围岩岩爆过程的数值模拟

鉴于考虑拉伸截断的线性莫尔-库仑屈服准则不能考虑岩石在高应力条件下的非线性屈服特征,根据虎克-布朗本构模型,将上述屈服准则在受压区的线性屈服函数修改为非线性形式。采用3种岩爆的主应力判据,判别圆形巷道开挖之后围岩中各种级别岩爆的分布及演变规律。计算采用"先加载,后挖洞"的方式,岩石服从弹—脆—塑性本构模型。研究发现,发生高级别岩爆的单元数少于发生低级别岩爆的单元数;轻微岩爆区的形态更接近于塑性区及剪切应变增量的高值区。根据巴顿判据,发生重岩爆的单元数较多,而且主要发生的是拉伸岩爆;根据陶振宇判据,发生轻微及中等岩爆的单元数均多于根据谷明成-陶振宇判据判别的结果。上述两种判据判别的结果均表明,在不考虑拉伸岩爆的条件下,只有位于围岩内部的单元才有可能发生高级别的岩爆,而位于巷道表面的单元一般仅发生轻微岩爆。

D-P准则的性能评估及其在强度折减分析中的适用性研究

将D-P准则对M-C准则的近似视为连续函数逼近问题,据此建立了最佳平方逼近的误差解析表达式,并提出了一个最佳D-P准则。同时,利用该误差表达式分析了各种常用D-P准则对于M-C准则的最佳平方逼近误差。分析结果表明,在所有的D-P准则中,采用大外接圆的D-P准则误差最大,等面积圆准则与本文所提出的最佳准则的误差相近,内切圆、小外接圆和中径圆的误差基本上处于同一水准。同时,通过利用强度折减分析方法对各准则的适用性作了进一步的研究,结果表明,在系统处于相对稳定状态时等面积准则和最佳准则与M-C准则具有较好的接近程度,但当系统将进入不稳定状态时M-C准则却与内切圆准则接近。

基于遗传算法的莫尔—库伦强度直线模拟

在室内土工试验中,无论是在仪器设备方面还是在试验技术方法方面,三轴试验都是发展最快的一种试验。在简单分析了三轴试验原理和莫尔—库伦强度理论的基础上,提出了模拟莫尔—库伦强度直线的遗传算法数学模型。用遗传算法实现了室内三轴试验时莫尔—库伦强度直线的数值模拟。用已有的最小二乘算法作比较,证实了遗传算法数学模型选取的正确性,并用4组土样证明了所模拟结果的精确性、优越性。