Coulomb、Rankine理论在扶悬臂式挡土墙计算中的应用

扶悬臂式挡土墙的土压力计算一般采用库仑模型和朗金模型.由于两种计算模型的前提条件不完全相同,所以其适用条件也不相同.以天津软土地区某工程为例,分别采用两种计算模型进行了计算,并对计算结果进行了比较,指出了两种模型在整体稳定性和构件强度验算方面的差异,而了解这些差异对扶悬臂式挡土墙的设计具有重要的参考价值.

Coulomb土压力理论的两种解法

采用极限平衡变分法和Culmann分析方法,对土压力问题进行了研究。在极限平衡变分法中,以滑动体静力平衡的2个力的平衡方程为基础,引入Lagrange乘子,将以变分学观点来描述的主动土压力和被动土压力问题,转化为确定含有2个函数自变量的泛函极值问题。依据泛函取极值时,必须满足Euler方程,得出了主动土压力和被动土压力取极值时墙后土体沿平面滑动破坏的结论。在Culmann分析方法中,沿用了Coulomb土压力理论关于平面滑动破坏的假定,而在推导土压力计算公式的过程中,仅利用了滑动体沿某一特定方向的一个力的平衡方程。与目前通行的Coulomb土压力公式的证明过程相比,Culmann分析方法更为简洁。

饱和填土Rankine被动土压力计算

从理论上分析了饱和填土分别处于无渗流和稳定渗流状态时Rankine被动土压力的计算问题。对填土面无超载的情况,当填土中存在稳定渗流时,挡墙仅受被动土压力作用,其大小取填土饱和重度计算;当饱和填土中无渗流时,挡墙同时受被动土压力和水压力作用,土压力取填土浮重度计算。对填土面作用均布荷载情况,当墙背为排水边界时,除荷载作用瞬间外,挡墙仅受被动土压力作用;当填土底面为排水边界时,只有当荷载在墙背引起的超静孔隙水应力完全消散后,挡墙才仅受被动土压力作用。在超静孔隙水应力完全消散前,挡墙同时受被动土压力和水压力作用,其大小和分布随固结度的不同而异;当填土中无渗流时,挡墙同时受被动土压力和水压力作用。

谷物储藏中静态载荷的几个理论的分析与比较

谷物储藏中的结构载荷是粮食储藏工程、粮仓设计与制造中的重要问题。本文概述了适用于浅仓中谷物静态载荷的两个理论;Rankine理论和Coulomb理论:适用于深仓中谷物静态载荷的Janssen方程和Reimbert理论。并进行了分析与比较。

墙后填土有超载情况下朗肯与库仑土压力理论的比较分析

朗肯土压力理论和库仑土压力理论是计算土压力问题的基本理论 ,在工程中应用非常广泛。在应用时应当注意针对实际情况进行合理选择 ,否则将会造成不同程度的误差。

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。

经典土压力理论及其应用的合理性分析

对朗金土压力理论和库伦土压力理论这两个经典土压力理论及其应用的合理性进行了详细的分析.分析结果表明:朗金理论和朗金型理论在事实上是不成立的;库伦理论是不严密的,需增加土体均质、无附加荷载及土体表面为平面的3个条件,由于通过墙踵的破裂面不可能是平面,因此,在现实条件下,用库伦理论和库伦型理论计算土压力是一种近似计算;传统土压力概念不适用于边坡支护结构设计.

基于势流理论的双艉船型阻力计算研究

双艉船型是一种高效节能船型,为了评价其阻力性能,以势流理论为基础,采用Rankine源法来计算带双尾川江2000吨级成品油船的兴波阻力,根据三因次换算法获得总阻力,通过与试验值相比较表明,数值计算得到的阻力系数、波高和波形图能够较好地反映实际船体的兴波情况。

形如Coulomb势的本征值微扰计算

用超位力定理(HVT)和赫尔曼-费恩曼(Hellman-Feynman)定理(HFT)计算了Coulomb势加上径向线性项和常数项的本征能量的微扰系数,这种计算方法优于通常的瑞利-薛定谔微扰理论,不需要计算本征函数系数,并且用这种方法可以既快捷又有效地计算大量本征能量的微扰系数.

经典土压力理论的一般形式

基于挡土墙墙背俯斜、粗糙且填土表面倾斜的情况,以粘性填土为研究对象,用静力平衡方法研究了挡土墙后滑动土楔体达到极限平衡状态时作用于墙背的土压力,提出了主动土压力和被动土压力的一般形式.一般形式的提出,使朗肯土压力理论和库伦土压力走向统一,使经典土压力理论得以完善,使挡土墙工程设计时的计算更加便捷.

平面应变状态下基于统一强度理论的土压力计算

运用统一强度理论,推导了在平面应变状态下的极限应力状态平衡方程,并将其引入Rankine土压力理论并加以改进,提出了基于统一强度理论的主、被动土压力系数及土压力公式。得出基于Mohr-Coulomb强度理论的Rankine土压力公式是该公式的特例。运用工程实例,计算了在不同权系数b值下的土压力沿深度分布曲线,论证了中间主应力σ2对土压力的影响。实例证明考虑中间主应力σ2的土压力计算结果更符合实际情况。

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。

基于库伦理论的桥面混凝土动态力学特性分析

在桥面水泥混凝土铺装层病害日益增加的背景下,为了分析在车辆动荷载作用下桥面水泥混凝土的力学性能,改善桥面铺装层使用效果,基于Coulomb理论的剪切破坏条件,通过室内试验制作圆柱水泥混凝土试块,采用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置对试块施加不同的冲击荷载,研究不同强度水泥混凝土试块的破坏形态、动态抗压强度和应力应变特征。结果表明:冲击荷载引起的水泥混凝土试块由块状失效破坏到粉碎状失效破坏;冲击荷载能够增强混凝土的抗压强度,对强度较低的水泥混凝土增强效果更明显,且动态抗压强度增强率最高为143.7%;在动态力学作用下水泥混凝土应力应变曲线也呈现四个阶段,随着应变的增加水泥混凝土应力应变曲线斜率变小,从应变硬化转变为应变软化特性。对水泥混凝土动荷载作用下的物理力学特征分析能为工程桥面水泥混凝土铺装层强度提高和性能改善提供一定参考价值。

基于Rankine理论支挡结构主动土压力的近似分布

Rankine理论土压力的计算简单方便,常应用于实际工程的设计,但当填土较深时由于计算主动土压力值偏大而使支挡结构的设计不经济。在Rankine假设的基础上采用水平条分法推导了主动土压力的分布。以内摩擦角φ=15°为例,分析了忽略支挡结构与土体间摩擦时主动土压力系数沿填土深度的变化,得出了土压力呈非线性分布的原因。通过算例总结了砂性填土和粘性填土主动土压力的分布特点,提出了主动土压力近似分布图式,为支挡结构的设计提供一定的参考。

主动与被动状态下墙体侧向位移近似计算

极限状态下墙体侧向位移对土压力计算和支挡结构设计影响显著。根据Rankine变形体和Coulomb刚塑体模型,将墙后土体变形分别当作单剪和直剪试验中试样的剪切过程,以达到极限剪切变形(剪应变或单位长度剪切位移)作为进入主被动状态标准,构建了土体变形与墙体位移的几何关系,提出了反映土体变形与强度特性,同时考虑静止时初始应力状态影响的墙体极限侧向位移近似计算模型。分析表明:土体极限剪切变形、滑移区范围、初始应力状态是影响墙体极限位移的核心要素,其中极限剪切变形占据主导作用,是导致不同颗粒组成及密实程度土体进入极限状态所需墙体位移差异显著的主要原因,而主被动区范围不同和因静止土压力系数k_0<1引起的初始剪切变形,则是被动状态墙体位移远大于主动的关键因素;算例中主动与被动状态下墙体位移与墙高之比分别介于0.5‰～13.2‰和-0.4%～-5.2%,且主动状态下细粒土墙体位移大于粗粒土,计算结果与工程经验及相关文献模型试验基本一致。

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 。

基于ABAQUS平台的四渡河悬索桥隧道锚围岩稳定性分析

隧道锚在实际工程中应用不多，目前对其稳定性的研究相对较少。基于大型通用非线性有限元分析软件ABAQUS的计算平台，利用该软件提供的用户材料子程序UMAT接口，将基于Rankine准则的Mohr-Coulomb模型添入ABAQUS中，采用Foamn语言开发了接口程序，并在此基础上对四渡河悬索桥隧道锚进行二维弹塑性有限元分析，计算了初始地应力场，模拟了隧道锚与公路隧道的新奥法施工过程，并考虑了开挖过程中隧洞周边接触软弱层的形成。将锚碇围岩的稳定性和锚固系统的整体安全度作为主要研究内容，其计算结果和长江科学院采用FLAC3D的分析结果比较，二者具有一致性。研究结果表明，所研制的接口程序开发思路正确，计算精度满足要求，所完成的工作为隧道锚设计提供了依据，具有相当重要的工程价值。

考虑岩体节理分布特性的各向异性强度准则研究

针对岩体节理分布的特性,以Mohr-Coulomb和Rankine准则为基础,引入结构面网络模拟计算所得的岩体连通率和强度参数,研究岩体在各向异性强度准则下的理论方法。在此基础上,对岩体各向异性强度准则及其数值实现方法进行研究,并编制相应的计算程序对坝体–岩基系统的深层滑动面进行动力分析。分析结果表明,岩体在各向异性强度准则下的破坏面不一定与最大剪应力面重合;综合考虑Mohr-Coulomb和Rankine准则可改进Mohr-Coulomb准则对岩体抗拉强度过高估计的缺点,更符合工程实际;所建立的各向异性强度准则能真实地模拟各向抗力与响应的相互关系所反映的节理裂隙岩体的破坏特征。

基于复合屈服准则的混凝土塑性损伤模型

引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量来共同描述损伤对混凝土宏观力学性能的劣化,采用带拉断的Mohr-Coulomb准则作为塑性损伤模型的屈服准则以及非关联的Drucker-Parager塑性势函数,在热力学和连续损伤理论的框架内建立损伤准则和损伤演化方程,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型,并采用基于完全隐式的向后Eu-ler积分算法进行应力更新。在ABAQUS平台上,采用UMAT进行改进的塑性损伤本构模型的二次开发,并进行了单轴和多轴数值验证。计算结果表明:数值结果和理论曲线及试验成果吻合很好,验证了本构模型的合理性。

有限范围填土的土压力计算模式

在挖方工程中,如果开挖面较陡,墙后填土受到限制不可能出现库仑土压力破坏面时,不能用库仑土压力理论计算主动土压力,而应按有限范围填土情况计算主动土压力。若开挖面较缓,未限制填土中出现库仑破坏面,就可以按传统的库仑土压力理论计算土压力。《建筑地基基础设计规范》给出的临界破裂角计算公式,只适合于朗肯土压力情况,并不符合库仑土压力情况,因此必须正确计算临界破裂角的大小。文中提出了建议计算方法。