考虑围压效应的冻土三阶段强度准则

冻土抗剪强度的围压效应是寒区工程建设与冻结法施工工程承载能力分析的基础与前提。随着围压的增大,现有冻土抗剪强度试验结果既有先增大后减小的两阶段试验规律,也有先增大后减小再增大的三阶段试验规律。为描述冻土抗剪强度的特殊规律,该文对土与冰的特性分别进行了分析,认为冻土的抗剪强度所呈现的多阶段发展规律,不仅因为其继承了未冻土的强度特征,还由于冻土中孔隙冰的存在对抗剪强度有特殊的贡献。基于此,该文将冻土抗剪强度分解为反映黏聚摩擦特性的基准强度与由于存在孔隙冰而表现出的特殊贡献强度。通过利用幂函数强度表达式作为冻土的基准强度,并进一步构建描述冻土强化弱化规律的贡献强度,从而发展得出考虑冻土复杂围压效应的三阶段强度准则。对不同类型冻土的两阶段与三阶段试验结果进行的预测表明,所建立的冻土三阶段强度准则能够合理地描述冻土的抗剪强度变化规律。

高地应力下硬岩的本构模型研究

传统的本构模型在模拟高地应力下硬岩破坏的范围和深度方面并不理想。针对高应力下的拉西瓦花岗岩,通过真三轴压缩试验模拟了开挖时应力路径的演化。在摩尔-库仑强度准则、格里菲斯强度准则、德鲁克-普拉格准则、双剪统一强度理论和霍克-布朗强度准则的基础上,考虑十二面单元体主剪面上主剪应力、正应力和静水压力的共同作用,提出了一个有关高应力下硬岩的三剪强度准则。根据试验结果,利用遗传算法全局寻优的功能,搜索出了三剪强度准则的参数。预测样本和与摩尔-库仑强度准则、德鲁克-普拉格准则、双剪统一强度理论的比较表明,该三剪强度准则与试验结果吻合,适用于高地应力下的硬岩。根据试验得到的应力-应变关系曲线,建立了基于三剪强度准则和应变软化的弹-脆-塑性本构模型,并用FLAC3D提供的基于C++的用户自定义模型工具UDM,创建了用户自定义模型的动态链接库,嵌入了FLAC3D软件。采用遗传算法-FLAC方法,搜索得到了基于岩石试样和岩体的本构模型参数。计算结果与实测情况吻合,表明建立的本构模型适用于高地应力下的硬岩,为高地应力下硬岩地下工程的安全性和稳定性分析奠定了基础。

基于双剪强度理论的混凝土板极限冲切承载力计算方法

将混凝土板的冲切破坏简化为平面应变问题,采用双剪应力三参数强度准则对冲切破坏时的混凝土板剪压区的复合应力进行分析,得到了剪压面上的极限竖向剪应力,利用静力平衡条件求得混凝土板的极限冲切承载力计算公式。与国内外246个试件的试验数据进行比较表明,该公式的计算结果与试验结果吻合良好。计算公式的计算模式概念清晰,可供结构设计时参考。

钢筋混凝土深梁非线性有限元分析

首次将双剪统一强度三参数准则用于钢筋混凝土深梁的非线性有限元分析．采用等效单轴应力应变关系，将混凝土弹塑性破坏准则与混凝土的正交各向异性结合起来，计算结果与实验符合较好．

弹丸冲击贯穿有限厚混凝土材料靶板的背面成坑效应

弹丸冲击贯穿有限厚混凝土靶板后,靶板背面有大块的混凝土剥落,形成近似的锥形坑。为了研究背面弹坑半锥角θ这一作为混凝土靶板贯穿后破坏范围问题研究中的重要参量,将贯穿问题等效为轴对称条件下的冲切破坏问题。采用双剪应力三参数强度准则及刚塑性模型,得到了极限应力圆的包络线方程,给出了轴对称破坏机构,进而求得θ值的表达式。理论计算结果与数值模拟结果、实验数据三者之间吻合度较好。研究表明,θ值由混凝土材料抗压强度与抗拉强度比值决定。基于上述研究,提出在混凝土中掺加钢纤维以提高有限厚靶板抗贯穿能力的实际方法,并进行了弹道实验。实验结果表明,贯穿破坏后靶板碎片的数量及θ大幅降低,显示了高含量异型钢纤维混凝土在抗贯穿方面的适用性。

三峡船闸边坡岩体拉剪试验及强度准则研究

三峡永久船闸边坡开挖后,卸荷和应力重分布使得岩体出现较大范围的拉应力区,且该区岩体多呈拉剪应力状态。为研究受拉区岩体拉剪强度准则,进行了室内岩石拉剪试验,但采用现场试验进行岩体拉剪强度准则研究则较为少见。通过在船闸区开展拉剪面尺寸为50 cm×50 cm的现场岩体拉剪试验,获得了不同拉应力时的岩体拉剪强度,岩体拉剪强度与拉应力关系呈明显的曲线特征。岩体拉剪强度准则研究结果表明:三峡花岗岩岩体拉剪强度准则宜采用莫尔强度准则的二次抛物线型来描述,其次为双曲线型,而双直线型偏差较大。进行边坡变形稳定分析时,对于拉剪应力区岩体则不宜采用直线型强度准则,更不能简单地采用压剪试验取得的直线型关系向拉应力区延伸方法确定岩体拉剪强度。

考虑抗弯钢筋影响的混凝土板冲切承载力计算

本文采用刚塑性模型和空间问题平面化的合理假定,将复杂的钢筋混凝土板的冲切问题简单化,给出了在竖向荷载作用下无抗冲切钢筋的混凝土板的冲切破坏机构和承载力示意图,认为其承载力由混凝土部分和钢筋部分共同承担。然后采用双剪应力三参数破坏准则,利用虚功原理求得混凝土部分的抗冲切承载力,并综合考虑了抗弯纵筋的销栓作用,推导出钢筋混凝土板的冲切承载力计算公式。公式形式简洁,计算结果与试验结果吻合较好。

基于三维能量屈服准则的新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度统一计算方法

已有新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度的计算方法分为考虑正应力和不考虑正应力2类,两类方法不仅存在理论依据不充分的问题,而且计算精度也有待提高,能够考虑正应力以及正应力为0的统一计算公式还未见报道。根据剪切试验破坏特征、机理,分析新老混凝土无锚筋结合面破坏机构,基于三维能量屈服准则、虚功原理和塑性极限分析理论,详细推导新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度理论计算公式。引入考虑正应力和粗糙度的综合影响系数,基于已有剪切试验数据并借助三维曲线拟合技术对理论公式进行修正,得到新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度统一计算公式。采用不同方法对27个新老混凝土无锚筋结合面压(拉)剪复合受力试验试件以及30个新老混凝土无锚筋结合面纯剪试验试件进行抗剪强度计算,对比分析结果表明:统一计算方法理论依据充分、计算简便,既可用于压(拉)剪复合受力构件,也可应用于纯剪受力构件;对于压(拉)剪复合受力试验试件,该文方法计算值与试验值的偏差率大都在±15%以内,统一计算公式的计算精度高于已有考虑正应力的计算方法;对于纯剪试验试件,该文方法计算值的偏差率大都在±20%以内,除计算低强度混凝土试件偏差率较大之外,统一计算公式的计算精度明显高于已有不考虑正应力的计算方法。

节理的剪切强度准则和剪切分量Ⅰ:剪切强度准则

节理的峰值剪切强度受表面三维形貌和材料力学属性的影响,已有的文献着重阐述形貌参数的重要性。总结分析了材料的抗拉强度对节理剪切力学性质的影响。采用最大可能接触面积比、最大视倾角、视倾角分布参数描述节理沿剪切方向的三维形貌特征,用双曲线函数描述不同法向应力下的剪胀角,提出新的剪切强度准则,计算值与试验值保持了较好的一致性。采用其中28组岩石节理的直剪试验数据对新准则与JRC-JCS准则进行了比较,结果表明JRC-JCS准则的计算值与试验值相比差异更大。新准则采用的形貌参通过由形貌测试确定,避免了主观因素对形貌参数取值的影响,可用用于估算岩石节理的峰值剪切强度。

混凝土板受冲切承载力计算方法探讨

基于试验构件的冲切机理和受力特征,采用刚塑性模型和双剪应力三参数强度理论,对四边支承钢筋混凝土矩形板在矩形受力荷载作用下的冲切承载力进行极限分析,求得混凝土板冲切承载力的理论计算公式.在此基础上,考虑混凝土板中抗弯纵向钢筋的作用,提出混凝土板极限冲切承载力的建议计算公式.与试验数据比较表明,该公式的计算结果与试验结果吻合良好.

闸板防喷器-窜动钻杆动态剪切机理研究

针对钻杆窜动状态下的闸板防喷器剪切机理不明确,造成现场作业缺乏理论指导的现象,以窜动钻杆为研究对象,应用基于拉、压、剪耦合作用下的三参数广义强度准则,构建了适用于窜动钻杆应力计算的理论模型,详细阐述了在闸板正常切入条件下钻杆的剪切机理,主要包括钻杆断口截面变形过程、作用载荷应力规律以及断口损伤程度,并通过显式动力学仿真分析模块对理论模型进行验证。研究结果表明,相对于静态剪切工况,窜动状态下的钻杆在剪切过程中所受的应力较大,断口损伤程度较为严重,且在钻杆发生完全断裂时,闸板的行程位移量较大。由理论模型计算出的应力数值与仿真分析得到的数据相对偏差小于10%,证明了其具有较高的适用性。研究结果可为剪切闸板防喷器的现场使用及性能评估提供理论依据。

基于摩擦角修正的异性岩石结构面抗剪强度准则

异性岩石结构面在三峡库区广泛发育,准确评估其峰值剪切强度对库区岩体稳定性评价至关重要.采用类岩石材料浇筑若干具有相同形貌、不同壁岩强度组合的异性结构面试块,在0.3~3.0 MPa常法向应力下开展直剪试验,并引入“壁岩强度组合系数λ”来表征岩石抗压强度和基本摩擦角对异性结构面峰值剪切强度的综合影响.结果表明,异性结构面的峰值剪切强度随λ的增加而呈非线性降低,降低程度主要受粗糙度控制,而与法向应力关系不明显.采用简单幂函数分析了峰值摩擦角与λ之间的关系,并在此基础上建立含三维形貌参数的异性岩石结构面抗剪强度经验准则.最后,利用在三峡库区采集的天然样品进一步验证了新准则对天然异性岩石结构面峰值剪切强度评估的可靠性.新准则可在一定程度上为三峡库区含异性结构面的岩体稳定性评价提供理论依据.