基于ABAQUS软件的大直径桩承载力-变形分析

土的弹塑性本构模型分别采用扩展Drucker-Prager模型和Mohr-Coulomb模型,桩-土接触面采用主从接触面模型,利用ABAQUS软件,对两根大直径桩的静载荷试桩结果进行了三维有限元数值模拟,结果表明:当土的内摩擦角Φ≤22°时,采用扩展Drucker-Prager模型较Mohr-Coulomb模型更好地模拟出大直径单桩竖向荷载作用下的荷载-沉降关系曲线;但当Φ>22°时,Mohr-Coulomb模型也能很好地模拟出大直径单桩的荷载-沉降关系曲线。

基于D-P准则的深埋隧道破碎化分区规律研究

深部洞室开挖因应力重分布而使围岩出现松动区、塑性区、弹性区,基于D-P准则对深埋隧道围岩破碎化分区提出划分准则,利用ANSYS软件分析不同埋深3个区域发展状况并与规范推荐荷载高度进行对比,揭示埋深对松动区、塑性区半径的影响。研究结果表明,Rp,Rc与埋深H近似呈线性关系,与芬纳公式走向基本一致;当埋深超过某一临界埋深时,松动区迅速发展而呈现指数型增长;松动区分布形态及范围随埋深不同而呈现明显差异。

基于φ取值区间的D-P系列准则与M-C准则匹配方法

在边坡稳定安全系数求解中,与传统M-C(Mohr-Coulomb)准则相匹配的D-P(Drucker-Prager)准则有平面应变莫尔-库仑匹配D-P准则或者莫尔-库仑等面积圆D-P准则,但这些结论都建立在对边坡算例个别参数试算的基础上,具有"平均和综合"意义,对参数确定的具体边坡,从"平均"意义得出的匹配结论可能存在较大偏差。本文在前人研究基础上,提出了一种在DP系列准则间进行边坡稳定安全系数转换的新方法,即用π平面上D-P系列准则半径比值作为安全系数转换系数,并通过已有算例进行了验证。在此基础上,进一步提出基于内摩擦角φ取值点的D-P系列准则与M-C准则匹配方法,在算例演示中,只需将边坡取不同φ值时DP1准则和M-C准则计算得到的安全系数比值数据,加入内摩擦角～DP半径比值的二维空间,通过比较各曲线在相应φ值的竖向截距即可得到最佳匹配准则。

基于Drucker-Prager系列准则的抗剪强度参数分析

在真三轴应力状态下建立了岩土材料内摩擦角与中主应力系数的函数关系,通过与砾石料、Q_2黄土和Santa Monica Beach砂的真三轴试验结果对比,探讨了基于Drucker-Prager(D-P)系列屈服准则的内摩擦角与中主应力系数的关系,以及D-P系列屈服准则的适用性.结果表明:当中主应力系数取特定值时,D-P系列屈服准则中内摩擦角的理论值与试验值相等;在不同应力状态下,岩土材料应选用合适的D-P系列屈服准则,以使内摩擦角的理论值与试验值基本吻合.

再谈广义塑性力学

鉴于一些学者对广义塑性力学的评述相关问题提出的质疑与看法,再次对广义塑性力学作一些解释,对其由来与核心思想进行了清晰地阐述。深入剖析了经典塑性力学与广义塑性力学中广为应用的等向强化模型与屈服面的物理意义,并对率无关塑性力学、Drucker公设、塑性因子正负以及屈服面的外凸性与惟一性等问题进行了答复与探讨。

PDC全钻头破岩数值模拟及试验研究

为了分析PDC全钻头破岩中单齿受力,一方面通过对比不同切削参数影响下,PDC单齿破岩数值模拟中采用的Mohr-Coulomb本构模型与Drucker Prager本构模型计算结果,评判了模型的计算效率与精度;另一方面进行了PDC全钻头破岩试验,建立了同比条件下更为精细化网格的PDC全钻头破岩有限元模型,将数值模拟结果与试验结果进行了对比。分析结果表明,在不同的工况下,Mohr-Coulomb模型计算的结果误差虽然比Drucker Prager模型略高,但Mohr-Coulomb模型的计算效率是Drucker Prager模型的3.1倍;仿真钻压的平均值误差为2.75%,平均扭矩误差为0.40%,满足工程要求。因此可以利用数值模拟方法研究布齿参数变化对切削工作载荷分布的影响,为个性化的PDC钻头研发提供技术支撑。

水平荷载单桩的三维有限元分析

利用有限元程序ANSYS对桩土相互作用体系中单桩的横向静力响应进行了三维有限元数值模拟。分析了是否考虑土体的弹塑性、桩土之间是否考虑接触面等因素对单桩横向响应的影响。提出了确定接触面参数的方法,以及有效模拟单桩横向响应的有限元模型,最后进行了实例验证,得到了有价值的结论。

n次齐次屈服函数相关联流动法则失效的机理研究

岩土材料一些常用的与摩擦有关的经典屈服准则,如Mohr-Coulomb屈服准则、俞茂宏广义双剪应力屈服准则、Lade-Duncan屈服准则、Matsuoka-Nakai屈服准则和沈珠江三剪应力屈服准则等,都属于n阶欧拉齐次函数。把上述屈服准则从真实空间推广到耗散空间后发现,当耗散空间中的n阶齐次屈服函数与真实应力无关时,根据耗散空间的Drucker塑性公设获得的耗散功与应力状态无关;对于砂性材料其值甚至为零,与塑性发生时熵增大于零的热力学第二定律相违背。为了克服上述缺陷,必须在耗散空间的n阶齐次屈服函数中引入与真实应力有关的函数项,然而,由此获得的真实空间屈服准则与塑性应变增量之间必须服从非相关联流动法则。由于服从相关联流动法则时耗散空间屈服准则表达式与真实空间的完全相同,故在真实空间中服从n阶齐次屈服准则的岩土摩擦材料也不适宜采用相关联流动法则。

基于D-P准则的压力相关材料结构拓扑优化

基于描述材料力学行为的Drucker-Prager(D-P)屈服准则,研究了压力相关材料连续体结构拓扑优化设计问题的数学模型和数值算法.以单元材料人工密度为设计变量,结合SIMP惩罚模型和多孔微结构局部应力插值模型,建立了以材料体积最小化为目标、考虑材料D-P屈服条件约束的优化问题数学模型.利用ε-松弛方法消除奇异解现象,采用伴随法有效推导约束函数灵敏度计算公式,运用基于梯度的连续变量优化算法迭代求解优化问题.数值算例验证了优化模型的正确性及数值算法的有效性,并通过与von Mises应力约束优化结果的比较,说明了材料的压力相关特性会对结构最优拓扑产生重要影响.该方法设计出的最优拓扑由于充分利用了压力相关材料的抗压能力,因而更为合理和实际.

岩土体的本构模型在Marc中的实施

在地下工程的数值模拟过程中 ,合理地模拟岩土体的本构关系是非常重要的。对大型有限元计算分析软件Marc进行了二次开发 ,介绍了如何在Marc中施加土体的Duncan -Chang非线性弹性模型和岩体的Drucker-Prager弹塑性模型。并通过工程实例表明文中所述方法是合理可行的。

考虑震源扰动作用的深埋隧洞开挖失稳研究

随着深部资源开挖难度的逐渐加大,加之震动作用的影响,深埋地下工程开挖安全与稳定控制成为面临的主要问题。采用数值模拟方法,对点震源和震面波扰动作用下深埋隧洞开挖稳定的影响进行数值计算,分析震源波在围岩体中的传播和衰减规律及其对地下工程开挖的稳定影响和冲击作用。研究结果表明:1)震源波主要向巷道方向传播,并不断向巷道围岩四周扩散,波动作用表现为对顶板整体向下、两边帮向内侧、底板向上;2)无支护条件下巷道围岩体受波动影响很大,应加强开挖支护强度或设置柔性吸能层以减小冲击破坏。研究结果可为深埋地下工程开挖安全和稳定控制提供依据。

基于Drucker-Prager准则下的深部软岩巷道粘弹塑性分析

通过建立深部巷道的力学模型,针对深部软岩巷道的流变问题,利用德鲁克-普拉格强度准则作为岩石塑性屈服条件进行粘弹塑性解析,避免了以往使用库仑强度准则没有考虑中间主应力影响的缺点,用于更全面描述巷道围岩的屈服和塑性破坏.结合粘弹塑性流变模型进行粘弹性区和粘塑性区的应力、位移分析,并且考虑塑性区扩容效应,最终得出结论:粘塑性区的应力解比经典解大,巷道周边位移是一个随时间变化的量,若不及时支护,巷道将破坏.

岩土材料不符合Drucker公设的一个证明

Drucker公设是塑性力学中正交流动法则的基础,但岩土材料的很多试验表明是不符合Drucker公设的,认为非正交流动法则更符合试验结果,而非正交流动法则一直缺乏理论基础。通过一个简单摩擦体的应力循环做功过程,证明了Drucker塑性公设是不适用于岩土等摩擦类材料的,因而Drucker公设并不是必须要遵守的公理,摩擦类材料并不受Drucker公设的限制,因而应力空间的正交流动法则并不适用于岩土等摩擦类材料,而非正交流动法则是可用的。同时,以应变作为状态变量的伊留申公设则具有较大的适用范围。

用Drucker公设导出两个经典屈服准则

从Drucker公设所得的正交流动法则出发,利用塑性体应变增量、等效塑性应变增量这两个塑性指标的特性,对金属材料假定塑性体应变增量为零,并且假设材料屈服时等效塑性应变增量与应力状态无关,通过严密的数学推导,导出了Mises准则,并进而在不考虑第二主应力的条件下,应用塑性功的性质导出了Tresca准则.

运用Drucker-Prager准则的深埋圆形硐室弹塑性分析

基于Drucker—Prager准则，考虑了中间主应力对煤岩塑性屈服的影响，得出了深埋圆形硐室围岩的弹塑性解．与修正的Fenner方程作比较，分析得出了在考虑了中间主应力的情况下，圆形硐室的塑性圈半径变大，而且内摩擦角在20°～45°以及粘结力较大时，两者的塑性圈半径相差并不大，但粘结力较小时两者相差较大，且相差趋势越来越明显．推导结果对现场巷道的支护设计具有参考作用．

岩土材料屈服准则的可靠度解析

视岩土材料强度参数为正态分布随机变量，以可靠度理论为基础，推导了Drucker—Prager准则和Mohr—Coulomb准则可靠度判别的解析表达式，并通过Monte—Carlo法和一次可靠度方法验证了其正确性。应用所得到的可靠度解析公式分析了岩土材料强度参数的均值和变异性对屈服准则判别结果的影响。结果表明，强度参数的变异性对Drucker—Prager准则和Mohr—Coulomb准则可靠概率的影响程度不尽相同，在变异系数较大的情况下，它们对可靠概率的影响显著，不可忽略。该研究结果为岩土材料屈服的可靠度判别提供了一条新思路。

浅析断裂力学法确定岩体强度参数

推导了岩石强度准则的材料参数和断裂理论的断裂韧度存在的特定方程关系,并以岩石压剪试验为例,说明该推导的合理性。

基于Drucker公设的双剪准则理论推导

基于Drucker公设,利用塑性体应变增量、等效塑性应变增量等塑性指标,假定金属材料的塑性体应变增量为零,设材料屈服时的dεp与应力状态无关,通过严密的数学导出双剪准则,并在数学上解释双剪准则.

Drucker公设与弹塑性耦合问题

本文从 Drucker 公设出发,建立了弹塑性耦合情况下的广义正交法则,讨论了屈服面的凸凹性及弹塑性耦台情况下的加载准则。文中还对 Drucker 公设与Ilyushin 公设之间的联系及 Drucker 公设的适用范围进行了讨论。

Drucker公设下的凸规划问题

在材料服从Drucker公设下 ,将弹塑性边值问题的等价泛函表达式 ,化为一个具有线性和凸性性质的凸规划问题 .文中还严格证明了这一问题解的存在性及有限元解的收敛性 .