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。

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。

基于统计损伤理论的莫尔-库仑岩石强度判据修正方法之研究

首先,引进基于莫尔–库仑岩石强度判据的岩石微元强度表示方法,从岩石微元强度服从Weibull随机分布的角度出发,基于岩石三轴应力–应变试验曲线建立了特定围压下反映岩石破裂全过程的损伤软化统计本构模型;然后,通过探讨岩石损伤软化统计本构模型参数与围压的关系对模型参数进行了合理修正,从而建立出更加符合实际的岩石三维损伤软化统计本构模型;最后,在此基础上,根据岩石屈服或破坏的概念,重点探讨了利用多元函数求极值的方法建立岩石强度判据的途径,从而对莫尔–库仑岩石强度判据进行了合理修正,修正后的莫尔–库仑岩石强度判据与实测结果及莫尔–库仑岩石强度判据比较表明,其具有明显的优越性。

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)。

一种修正的莫尔-库仑本构模型及其应用

莫尔-库仑本构模型是理想弹塑性的,只考虑了强度随围压的变化,但没有考虑弹性模量随围压和应力水平的变化情况,这不符合地质材料的实际特性.借助于邓肯-张非线性弹性模型对切线模量的处理方法,对M-C模型中的弹性模量进行了修正.修正以后,弹性阶段的应力-应变曲线将表现为双曲线.为了将该修正模型写进FLAC3D程序,特编制了前处理程序,并用来对刚性桩的横向承载力进行了数值分析.因为该模型没有对卸载模量重新定义,所以该模型较适合于持续加载的情况.

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。

用库仑—莫尔屈服准则对厚壁球的极限分析

用库仑——莫尔屈服准则对厚壁球进行了极限分析。该分析能够较好地反映出考虑材料的拉压屈服强度不同而对结构极限承载能力的影响。结果表明 ,厚壁球的极限承载能力随着材料压拉比 K的增大而增大。本文导出的公式 ,对于理论研究和工程设计都具有参考价值。

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。

莫尔－库仑强度理论的修正

本文对莫尔－库仑（Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ）强度理论作了重要修正。指出静水应力不仅对材料固有强度，而且对剪切滑移也有影响，从而得到了一个计及中间主应力影响的剪切强度公式。根据断裂力学的分析，该公式可进一步用于材料的断裂强度的计算。

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。

修正的莫尔-库仑理论的解析和验证

根据主应力可分解为静水应力和偏应力,以及它们在应力莫尔圆和变形方面的相关性,推导出修正的莫尔-库仑理论的数学表达式。从理论上解决了库仑理论和莫尔理论存在的许多缺陷,特别是中间主应力对材料抗剪强度的影响。它的四参数准则的计算结果与一些混凝土的试验数据相当吻合。

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。

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。

极坐标下莫尔—库仑破坏理论的应用

指出莫尔—库仑破坏理论包括莫尔应力圆方程和库仑抗剪强度表达式,给出了莫尔—库仑破坏理论在极坐标下的表示,并进行了应用举例,以进一步推广莫尔—库仑破坏理论的应用。

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。

莫尔-库仑强度理论在中国的修正及应用

莫尔-库仑强度理论自1900年提出以来,受到了广泛关注,成为应用最广的强度理论之一。但由于忽略了第二主应力作用等缺陷,其计算结果存在较大误差。文中对近年来莫尔-库仑强度理论在中国的研究情况进行回顾,总结了21世纪以来人们对其进行的修正及应用。

基于岩石力学的井周裂缝流体疏导性分析与产能评价

电成像测井技术与偶极横波远探测技术可以有效识别井周裂缝。对于裂缝性油气藏,由于裂缝作为油气主要的储集空间与渗流通道,因此对识别的井周裂缝进行流体疏导性能评价对于油田实际生产具有重要意义。利用岩石力学中的三维应力莫尔圆对地应力作用下从井壁延伸至储层的裂缝进行应力状态分析,并结合莫尔库仑破裂准则进行裂缝临界应力状态判别,进而评价整体的流体疏导性能。数值模拟结果表明,除地应力大小外,不同断层类型的地应力状态和孔隙压力大小也决定着裂缝的临界应力状态。根据裂缝面应力状态求取裂缝的摩擦系数并进行校正可以定量反映裂缝的流体疏导性能,将裂缝发育层段内校正后的裂缝摩擦系数加权于裂缝密度,可实现目标井段流体疏导性能定量评价并为产能评价提供可靠依据。在渤中19-6裂缝性潜山凝析气田的应用实例表明,该方法可以有效地分析井周裂缝的流体疏导性能,实现不同裂缝对于产能贡献的定量评价,评价结果与地层实际测试产能结果有较好的相关性,为现场试油与开采方案的制定提供有效指导。

基于离散裂隙网络的岩体各向异性莫尔-库仑表征方法研究

结构面的空间分布及几何粗糙度对岩体的各向异性力学特性影响显著,是影响工程稳定性的重要因素。通过建立粗糙裂隙网络数值模型,分别开展不同加载角度、不同双轴围压下的节理岩体数值试验研究,分析不同尺寸、几何类型条件下岩体的破坏模式和声发射特性;基于最小二乘原理分析各向异性莫尔圆分布特征。结果表明:粗糙节理网络模型与直线型节理网络模型在破坏模式、声发射模拟、尺寸效应方面均表现出显著的差异性,节理岩体抗压强度、抗剪强度参数呈现出的一定的各向异性,不同加载方向条件下,节理岩体的峰值强度、莫尔圆形态与抗剪指标均呈现显著变化,节理几何形态对岩体的强度和破坏模式影响显著。研究结果对岩体的各向异性抗剪力学特性的分析具有重要参考价值。

后坪磷矿条带式胶结充填开采顺序优化数值模拟研究

磷矿是一种重要的非金属矿产资源,大多数磷矿山采用房柱法开采,该方法回采率低、安全性差,而条带式胶结充填采矿法能极大提高采场的稳定性和矿石回采率,其回采顺序对磷矿安全生产极为重要。基于后坪磷矿采场Ph_(1)^(3)矿层的工程地质条件,提出了4种条带式胶结充填开采方案--一次性开采、间隔开采、隔2采2、隔3采3,建立了基于莫尔-库仑强度准则的弹塑性本构模型,运用PLAXIS 2D软件构建了数值模型,从应力、位移和塑性区等方面对比分析了各开采方案的优劣,结果表明:方案1和方案4的塑性区贯通,模拟计算不收敛,采场失稳;方案3的应力、位移、塑性区面积及其占比均较方案2小,更有利于采场的安全高效开采,故方案3(隔2采2)最优,该成果可为后坪磷矿以及类似矿山的开采方案优化和确定提供参考。