双参数抛物型Mohr强度准则及其材料破坏规律研究

详细推导了双参数抛物型Mohr强度准则的一系列公式。首先,根据简单拉伸和压缩试验推导了该模型参数的公式,讨论了第一主应力和第三主应力之间的关系及破坏模式;然后,定义了摩擦角和破坏角,导出了相应的公式,并且给出了两者之间关系表达式。双参数抛物型Mohr强度准则既可描述剪切破坏模式,又可描述受拉破坏模式,且其对单轴抗压和抗拉强度比没有限制,所推导的破裂角公式可以为今后宏观裂纹开裂方向的计算和破坏模式的确定提供理论基础;而Griffith准则只是双参数抛物型Mohr准则的一种特殊情况。

石膏矿地下开采技术及灾害防治措施研究

我国石膏矿70%是地下开采,石膏矿地下开采技术及灾害防治措施需要深入研究。本文在总结我国石膏矿地下开采领域已有研究成果的基础上,研究了石膏矿的地下开采方法,分析了长壁选别充填法、崩落采矿法以及空场法的开采技术和安全管理手段。针对我国石膏矿大多采用的开采方法:房柱法,本文提出了房柱法开采时顶板稳定性评价的数学模型,模型中将摩尔-库仑强度准则扩展到受拉段,定义了拉压变形的过渡方式,扩展后的强度准则,可以描述岩体的压剪、拉剪及拉伸等多种破坏模式,可用于石膏矿顶板稳定性分析和评价。在此基础上,分析了石膏矿山地压灾害防治的对策措施。

平台巴西圆盘劈裂和岩石抗拉强度的试验研究

在巴西圆盘试样中引进平台作为加载面,可以改善加载处的应力状态。利用有限元计算平台巴西圆盘均匀位移压缩时,随着平台中心角的增大,圆盘中心的拉应力降低,压、拉应力比增大,应用Griffith准则能否确定岩石的抗拉强度以及应该如何选择平台中心角需要研究。对花岗岩、砂岩、石灰岩和辉绿岩,以中心角20°～90°的平台巴西圆盘进行劈裂试验,圆盘不是沿中心线破坏,且抗拉强度随平台中心角增大而增大。原因有两个,一是Griffith准则过高地估计了抗拉强度,二是试验机压头与平台之间存在摩擦。垫入0.5mm厚聚四氟乙烯薄片可使平台圆盘沿中心线破裂,但垫片侧向变形大于岩石,平台受到指向外侧的摩擦力,使得圆盘强度随中心角的增大而降低。单轴压缩强度高达240MPa的花岗岩,其劈裂强度(13MPa)与平台圆盘的劈裂强度相当,其余3种岩石完整圆盘的劈裂强度明显偏低,说明集中载荷造成的影响不容忽视。综合考虑摩擦效应和平台加工质量的影响,圆盘中心角以20°～30°为宜。

偏心圆孔圆盘破坏模式的数值和试验研究

为了考察偏心圆孔圆盘在径向加载条件下,圆孔偏心位置和孔径大小对其破坏模式的影响,采用不同孔径大小和偏心距的偏心圆孔砂岩试件在RMT-150B试验机上进行了径向加载试验。基于Griffith强度准则,采用ANSYS有限元软件对44种不同构型的偏心圆孔圆盘模型径向加载条件下的应力集中系数进行了计算。数值模拟和试验结果表明,偏心圆孔最大应力集中系数随着偏心距的增大逐渐减小,且主要出现在圆孔的孔边和加载端点处,该位置对应试件的起裂点,试件的破坏角度与偏心距和圆孔孔径相关,给出了破坏角度的计算公式。偏心圆孔圆盘主要有两种破坏模式,Griffith强度准则能够判断其起裂位置。

基于格里菲斯强度的破裂区支反力研究

巷道开挖后会改变岩体的初始应力状态,围岩按变形状态可划分为塑性变形区和弹性变形区。但对于某些脆性岩体,尤其是其巷道周边的破裂区,由于受到较大的破坏,会有裂隙产生。在支反力pi的作用下虽保持稳定,但由于岩体内部存在许多随机分布的细微裂隙,岩体容易受拉破坏,更加适合用格里菲斯强度准则进行分析。在破裂区内,只要在支反力pi的作用下,围岩满足格里菲斯强度准则,巷道就不会破坏。同时,根据具体工程实例,只要巷道的最大变形量满足工程需要,根据相关参数,就可以得到巷道的最小支护力。

改进圆盘试验方法分析与抗拉强度公式的修正

测定岩石、混凝土等脆性材料抗拉强度时最常用的方法是改进巴西圆盘试验,但存在几种不同的改进圆盘试验方法,各试验结果是否准确、相互之间有何差异需要明确。考虑不同的加载面圆心角,通过数值模拟的方法对比分析了3种改进圆盘试验之间的差异,并与理论结果进行了对比。结果显示,相同的加载面圆心角,采用弧形集中加载模式时试样劈裂面上的拉应力区分布范围最大,其次是弧形均布加载模式,最后是平台加载模式。当加载面圆心角在20°~40°范围内时,试样满足中心起裂的要求,且试样中心点处压应力与拉应力的比值较小,因此建议采用该范围内的加载面圆心角进行试验。根据脆性材料格里菲斯破坏准则,引入了修正系数k,对改进圆盘试验抗拉强度公式进行了修正。

层间作用对复合岩石单轴抗压强度的影响研究

为研究岩石层间作用对复合岩石单轴抗压强度的影响,基于直线型莫尔强度准则、格里菲斯准则和德鲁克-普拉格准则,开展复合岩石单轴抗压强度研究。通过分析岩石层间作用,得到层间作用影响下的3种复合岩石单轴抗压强度计算理论模型,并对理论模型进行实验验证。结果表明:(1)岩石层间作用对复合岩石单轴抗压强度影响明显,无论静力平衡状态还是滑动平衡状态,层间作用均会降低高强度岩石强度,增加弱强度岩石强度;(2)各组分岩石层间作用效应受各组分岩石的弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力影响;(3)对比理论计算结果与实验结果,直线型莫尔强度准则计算模型误差仅为4%,格里菲斯准则的计算模型误差为113%,德鲁克-普拉格准则的计算模型误差为63%,采用直线型莫尔强度准则计算复合岩石单轴抗压强度最为准确。

基于Griffith强度准则的岩溶区桩基溶洞稳定性分析

为了给出桩端荷载作用于不同位置溶洞的稳定性评价方法,首先,依据岩溶区桩基承载特性,不考虑桩身侧摩阻力的影响,将上覆土层等效为相同重度的岩层,建立简化计算模型。其次,将桩端荷载等效为一集中力,基于Mindlin解求得桩端荷载作用下半无限空间内的地层应力。再次,利用复变函数的方法求得溶洞在重力作用下的地层应力,其主要思想是通过映射函数将溶洞所在平面映射到单位圆外域上,根据边界条件对地层应力进行求解。最后,将桩端荷载作用下产生的地层应力与溶洞在重力作用下产生的地层应力进行叠加,从而得到桩端荷载作用在含有溶洞地层中的应力表达式,并在此基础上求得最大、最小主应力,同时引入Griffith强度破坏准则,对溶洞稳定性进行评价。结果表明:通过计算可得溶洞边界上的应力最为集中,因此在实际工程应用中,可对溶洞边界上关键点进行验算来判断溶洞在桩基荷载作用下是否会发生破坏;理论计算结果与工程实际情况吻合良好,为岩溶区桩端荷载作用下溶洞稳定性评价提供了一种新的、更为接近工程实际情况的理论计算方法;值得注意的是,所提计算模型是基于平面应变假定,不能考虑桩和溶洞之间的空间效应,因此该方法也只能考虑单个溶洞的影响,这些问题在后续研究中值得深入探讨。

基于Griffith破坏准则的FRP约束未损伤混凝土和损伤混凝土的抗压强度统一模型

纤维增强聚合物复合材料(FRP)约束混凝土的抗压强度是进行FRP加固混凝结构设计的重要参数。现有的FRP约束混凝土柱抗压强度模型大部分采用试验数据回归分析获得,只有极少数模型基于理论推导建立,因此有必要对基于理论推导建立的抗压强度模型进行扩展。本文通过对现有的FRP约束混凝土柱的抗压强度模型进行归纳和总结,并采用已发表文献的大量试验数据对其进行评估。然后基于Griffith破坏准则,提出一个可以同时预测FRP约束未损伤混凝土和损伤混凝土抗压强度统一模型并进行评估。评估结果表明,新建立的抗压强度模型可以较准确地预测FRP约束未损伤混凝土和损伤混凝土的抗压强度。

岩溶区地连墙底部溶洞稳定性分析方法

为了解决岩溶区地连墙灌注阶段与溶洞间岩层稳定性问题,首先,依据岩溶区地连墙灌注阶段受浆液荷载作用的岩层力学特性,将上部覆盖岩土层等效为重度相同的岩层,建立岩层等效计算模型;然后,将地连墙底部及侧部的分布荷载视为作用于岩层内部,利用Mindlin解分别求出两种荷载作用下半无限空间内应力计算式;再基于复变函数进行岩层自重作用下溶洞边界的地层应力解析;最后,将墙底部与侧部的浆液荷载作用下产生的地层应力与岩层自重作用在含有溶洞地层的应力叠加,由此得到地连墙底部荷载与侧部荷载作用在含有溶洞的地层应力,在此基础上通过应力变换求得溶洞边界上的最大主应力和最小主应力,并引进Griffith强度准则,进行溶洞稳定性评判。结果表明:地层应力计算得出受上述荷载作用下溶洞边界处的应力最集中,因此在工程应用中,可通过对溶洞边界上岩层失稳关键点进行验算进而判断溶洞在地连墙浆液荷载作用下是否会破坏;理论计算结果与工程实际能够较好吻合,为岩溶区地连墙注浆液荷载作用下岩溶空洞稳定性评判提供了一种新的、更接近工程实际的理论分析方法。