基于非线性Mohr-Coulomb强度准则下的扩孔问题解析

将圆孔周围的围岩分为弹性和塑性应力区,考虑土体受力后的剪胀特性,根据Mohr-Coulomb非线性强度准则、应力平衡条件、大小变形理论和非关联流动准则,推导出排水情况下土体发生大、小变形时扩孔问题的塑性区应力、应变和位移场解析,并给出大、小变形情况下塑性区半径和极限扩孔压力的非线性解答。与现有理论的计算结果和现场实测结果进行对比结果表明,上述理论具有一定的有效性。通过分析可知,大变形时的塑性应变比小变形时的大;随着m值的增大,扩孔压力逐渐增大且与rp/au为非线性关系;大变形时的扩孔压力要比Vesic等人的理论值偏小。

变角剪切压模试验与Mohr强度理论的实验研究

本文对固体材料的破坏和强度理论进行了概述。为解决煤层气水力压裂生产施工中煤岩力学性质的测试问题,作者提出了应用简易、精确的变角剪切压模试验方法来绘制Mohr强度理论的极限包络线。本文还结合试验实例得到了采用最小二乘法拟合直线包络线的方法,能较为理想地反映煤岩水力压裂时材料破坏断裂的强度数值。这种结论也为科研组的大量试验结果所证实。

Mohr-Coulomb屈服准则在岩质边坡强度折减中的适用性探讨

在岩质边坡中,采用Mohr-Coulomb屈服准则进行有限元强度折减,发现软岩边坡贯通破坏,而硬岩边坡在折减系数很高的情况下也未发生破坏,说明Mohr-Coulomb准则不适用于硬岩边坡强度折减。究其原因,认为Mohr-Coulomb准则未考虑岩石受拉屈服是导致误差发生的主要原因。通过对Mohr-Coulomb准则在拉剪区进行拉伸修正,建立了剪切和拉伸复合破坏型Mohr-Coulomb准则,然后重新对岩质边坡模型进行有限元强度折减,验证了理论结果的可靠性,修正后的Mohr-Coulomb准则对于剪切屈服和张拉屈服的岩质边坡有普遍的适用性。

基于Mohr-Coulomb准则深埋球形洞室的弹塑性分析

基于岩体力学中关于深埋圆形洞室的假设和Mohr—Coulomb准则，推导了深埋球形洞室开挖后应力弹性分布、塑性分布和塑性区半径的公式。并用所得到的公式与圆形洞室进行了比较。算例表明，在相同荷载、岩体强度参数和几何尺寸的前提下，球形洞室的受力比圆形洞室合理。

岩石抗剪强度参数的理论概率分布形态研究

岩石抗剪强度参数的概率分布形态是岩石工程可靠度分析和设计的基础。在考虑完整岩石压缩强度为服从正态分布随机变量的条件下,针对Mohr-Coulomb和Drucker-Prager屈服准则的线性系数形式,基于随机变量函数分布理论推导出岩石抗剪强度参数内摩擦角φ和黏聚力c的概率密度函数。φ和c概率密度函数显示:不仅岩石压缩强度和抗剪强度参数概率分布具有非一致性,而且根据不同屈服准则计算得出的岩石抗剪强度参数概率分布也具有非一致性。在进一步分析屈服准则系数具有不同变异系数和相关系数时的抗剪强度参数概率密度函数特征的基础上,提出根据概率分布的偏度和峰度确定一般情况下抗剪强度参数概率分布形态的方法,从理论上解决岩石压缩强度与抗剪强度参数分布的协调性问题。最后,对大理岩常规三轴压缩试验得出的抗剪强度参数进行大样本统计分析,验证了其概率密度函数理论推导的正确性以及概率分布形态确定方法的合理性。该研究为实际岩石强度概率分析时选择抗剪强度参数合理概率分布形式提供了理论指导。

双剪强度准则在Mohr应力空间中的表述

对双剪强度理论进行了包络分析,在此基础上给出并讨论了材料剪切破裂面方位的变化规律,并与一些著名试验结果进行了对比分析。研究表明:双剪强度理论的包络线在轴上截距随着中间主应力σ2的变化而变化。由于双剪强度理论分为两段表达,所以对应着两族包络线和两个破裂角,从而在不同的条件下有不同的破裂角,但其大小随中间主应力σ2的变化与试验一致。

强度折减法在Hoek-Brown准则中的应用

为了在Hoek-Brown准则中实施强度折减法,并使其得到的结果与Mohr-Coulomb准则中强度折减法得到的结果等效,首先,通过理论推导确定Hoek-Brown准则参数m,s,σci与粘结力c和内摩擦角φ之间的关系;然后,进一步得到在Hoek-Brown准则中实施强度折减法时,m,s和σci的折减系数以及它们之间的关系;最后,由FLAC3D软件建立计算模型,采用所确定的折减方法计算边坡的安全系数,并将该结果与Mohr-Coulomb准则得到的结果进行对比,结果表明:参数m,s和σci的折减系数须满足一定关系,强度折减法在Hoek-Brown准则和Mohr-Coulomb准则中得到的安全系数的差别为3.54%,差别微小,从而验证了所确定的折减方法的可靠性。

砖砌体墙的屈服准则及其抗剪强度计算

地震作用下的无筋砌体墙的破坏通常有剪切滑移破坏、主拉破坏和斜压破坏三种,GB50011《建筑抗震设计规范》与GB50003《砌体结构设计规范》各自依据不同的破坏模式建立了不同的抗剪强度计算公式。为了统一两种计算公式,利用Mohr单剪强度理论,并考虑竖向压力接近砌体抗压强度时抗剪强度随压应力增加而降低的受压帽子,选取四参数表达的蛋形曲线形式的连续帽子函数,建立无角隅的砌体屈服准则。利用简单应力下砌体破坏准则及100片无筋砌体墙片的试验结果,得到连续帽子函数的4个参数。还分析了砌体墙与屈服准则之间的尺寸误差,并用所得到的屈服准则推导无筋砌体墙的抗剪强度计算公式。将该公式计算值及有关规范公式计算值与墙片试验结果进行对比分析,结果表明该公式计算值与试验值符合较好。

五种常规三轴强度准则的比较

基于6种岩石的试验数据对5种常规三轴强度准则进行拟合。以拟合偏差绝对值之和最小为目标确定强度准则中待定参数,进而比较拟合偏差以及单轴抗压强度σC和抗拉强度T的预测值与试验值差异。研究发现:含有3个参数的广义Hoek-Brown准则、指数强度准则和ROCKER准则预测的单轴抗压强度与试验值基本一致;ROCKER准则预测的单轴抗拉强度与试验值较接近;广义Hoek-Brown准则具有较小的拟合偏差,抗拉强度对强度准则的拟合结果没有明显影响。

基于SMP破坏准则的岩土平面应变滑移线场理论

选择平面应变破坏时的中间主应力σ2=(σ1σ3)～(1/2)更适合于岩土材料,本文提出了基于SMP破坏准则的岩土平面应变问题的滑移线场理论。该理论与基于Mohr-Coulomb破坏准则的滑移线场理论相比,由于考虑了中间主应力效应,能使土体强度参数提高15%～37%左右。通过算例计算验证表明:基于SMP破坏准则的滑移线Prandtl解比基于Mohr-Coulomb破坏准则的滑移线Prandtl解和Terzaghi解值都偏大;基于SMP破坏准则上限法计算的竖直坑壁临界高度同样比基于Mohr-Coulomb破坏准则计算的临界高度值大。该理论进一步发展了岩土平面应变滑移线场理论体系,应用于工程实际能产生一定的经济效益。

锚固岩体参数的等效方法研究

利用岩体中结构体与结构面的刚度系数比较严密地推导了裂隙岩体的等效法向及切向刚度系数 ;基于岩体小变形、变形可叠加性及强度参数C、φ不相关性假定 ,利用Coulomb强度理论推导了裂隙岩体等效连续体的等效强度参数C、φ值的表达式· 其成果在岩体边坡的整体稳定分析方面具有重要的应用价值 。

地下洞室围岩裂隙开裂判断方法及其应用

针对深部地下施工过程引起结构围岩损伤的现象,提出了可模拟裂隙开裂的新方法。根据断裂力学Griffith理论和经典的强度理论Mohr-Coulomb准则,得出材料在剪切和拉伸条件下裂隙开裂的判据;并且以离散元程序UDEC3.1为基础,应用其内嵌的FISH语言对软件进行二次开发,将该判据耦合到计算过程中。数值计算中,在UDEC块体(BLOCK)内部预设潜在节理面,根据潜在节理面的受力状态,依据判断准则判断节理面的开裂与否,节理开裂后利用其内嵌的节理模型(库伦滑动模型)模拟岩体中节理面的变形性质。把上述计算方法应用于某地下洞室群稳定性分析中,模拟在洞室开挖过程中,洞室围岩的裂隙扩展过程及其扩展状态,根据裂隙扩展情况来分析地下洞室围岩和结构的稳定性,有效的进行围岩支护,以确保洞室结构的稳定性;并将最终计算的位移结果与现场多点位移计的监测结果进行对比,二者吻合良好,验证了该计算方法的有效性。

采面底板及煤壁破坏塑性区研究

工作面底板破坏范围是多煤层开采技术中关注的一个重要问题,直接影响到上部煤层开采对下部煤层顶板的影响。根据弹塑性理论,建立了底板塑性破坏的滑移线场计算模型,分析了底板破坏范围内主动极限区、过渡区和被动极限区的理论求解方法。

基于ABAQUS的土质边坡渐进性破坏数值模拟

具有裂隙性、膨胀性等特性的土质边坡稳定性研究需要考虑渐进性破坏问题。采用基于ABAQUS的有限元强度折减法,进行变形局部化和滑动面渐进式形成过程的有限元数值模拟,获得土质边坡稳定性的安全系数,及边坡坡角和土的剪胀角对边坡安全系数的影响。

下颌第一磨牙静力与冲击下的三维有限元力学分析

目的:研究人体下颌第一磨牙在分别承受静载和冲击载荷下的力学响应。方法:结合三维激光扫描、逆向工程、三维有限元分析等技术,建立了人体下颌第一磨牙的三维有限元模型。研究其在不同加载方案下的全场应力分析,并通过Mohr强度理论对牙体进行了校核。结果:下颌第一磨牙在两种不同载荷下的应力分布基本相同。最大静载荷下牙体硬组织的最大Mohr应力值小于拉伸极限强度。冲击载荷下的牙体硬组织的最大Mohr应力值相当于静载荷下的应力值乘以大于1的冲击系数。结论:对于牙体,冲击载荷下的力学响应比静载荷下的更显著,但牙周膜可以起到缓冲冲击载荷的作用。

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。

基于对数正态分布的岩石损伤统计分析方法研究

以Mohr强度理论为基础,利用岩石微元强度服从对数正态随机分布的特点,得到了三轴压缩条件下的岩石损伤统计本构模型,并根据试验曲线采用最小二乘法确定出模型参数.与试验结果比较,该模型可以很好地模拟岩石破裂过程的全应力应变关系,真实反映了岩石软化特性、岩石强度随围压变化等特性.在此基础上,讨论了对数正态参数F0,S0对岩石应力应变全过程曲线的影响.结果表明,参数F0值的变化对岩石的强度有影响;参数S0值的变化对岩石的脆性有影响.

下颌第一磨牙远中缺损牙体修复后的力学性能分析

本研究结合了三维激光扫描、逆向工程、三维有限元分析等技术,建立了下颌第一磨牙远中牙体缺损修复后的三维有限元模型,研究了其在不同加载方案、修复材料及修复洞型下的全场应力分析,并通过Mohr强度理论对修复体进行了校核。结果表明,临床上制备壁厚1mm的预备牙体进行充填修复在力学上是可行的;而对大面积缺损牙体的修复,桩核全冠修复并未显示出明显优势。

地基承载力确定的一种方法

根据三轴和直剪试验的特点并以Mohr强度理论为基础建立了Mohr包线的曲线形式。基于弹性理论导出了条形地基在均布荷载作用下塑性区方程,根据方程可以确定临塑荷载及塑性区的范围。与基于直线型Mohr-Coulomb准则建立起来的塑性区方程相比,该方程能反映土体抗剪强度增长随正应力增加逐渐趋缓的特点。算例分析表明:按两种方法计算得出的临塑荷载相差不大,塑性区连成一片时的荷载也基本一致;两种方法得出的塑性区的形状极为相似;随荷载增加,塑性区向下发展的速度比按传统方法得出的结果稍慢。

Conversion factor analysis of self-balanced loading test of cast-in-situ piles based on analogue test method

Based on the characteristics of pile-soil interaction and the Mohr-Coulomb strength theory,a new method of determining the side friction at a pile-soil interaction is proposed.Combined with the actual engineering cases,the effectiveness of the analogue test method is verified by comparing it with the traditional anchor pile method and self-balanced method.Taking the self-balanced test of the bridge pile foundation in the Songhua River as an example,the conversion factor of sandy soil and weathered mudstone are confirmed by the analogue test method.The results show that the conversion factor of sandy soil and weathered mudstone in the Songhua River area should consider the geological conditions and the construction technology,etc.The standard values are relatively conservative.It is suggested that the engineering application should be properly revised.The recommended range of the conversion factor of sandy soil in this area is 0.65 to 0.85,and that of weathered mudstone is 1.0.