结构性黄土劈裂注浆力学机理分析

为了在塑性力学与大变形理论基础上分析黄土地区劈裂注浆力学机理,将注浆初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,将孔周围的土体应力分布分为3个区域:弹性区、塑性区及破坏区。结合结构性黄土修正剑桥模型,在弹性区采用小变形理论,在塑性区、破坏区采用大变形理论。根据应力平衡方程、应力应变连续边界条件,推导了考虑排水和大变形时塑性区、破坏区半径及竖向、水平劈裂注浆压力的理论解答,最后结合工程算例进行论证。结果表明:该解答综合考虑了黄土的结构性参数、压缩模量、泊松比、内摩擦角、塑性破坏参数、剪胀系数、扩孔形式k及屈服准则等因素;同时,还分析了浆泡周围土体的应力应变分布解及在参数影响下的递变规律;经对比分析发现,该文的劈裂注浆压力理论计算值与工程实测值比较接近,初步证实了理论的可靠性,在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值。     

K_0固结饱和土体柱孔扩张问题一种相似解法

采用能够考虑原状土体实际K_0固结特性弹塑性本构模型的屈服面方程为屈服准则,根据柱孔扩张基本平衡方程和相似解方法,对处于天然状态下的饱和土体柱孔扩张问题进行求解,推导出从零初始孔径柱孔扩张问题在小应变情况下塑性区的有效应力、超静孔隙水压力半解析解答。同时,通过算例对比分析表明:饱和土体在柱孔扩张后其塑性区超静孔隙水压力沿径向呈衰减趋势变化,其大小随着超固结比的增大而增大,孔壁周围土体有效应力下降明显,随着超固结比的增大,有效应力的减小趋势有所降低;考虑K_0固结影响的本文解答所得到的超静孔隙水压力大于修正剑桥模型的解答,扩孔完成后其周围土体有效应力下降大于后者。     

超固结黏土中不排水柱孔扩张弹塑性解及应用

为求得超固结黏土中考虑K₀影响的柱孔不排水扩张精确解，该文基于黏土和砂土模型(CASM)屈服准则，采用经典的应力剪胀关系，充分考虑土体静止土压力参数K₀和重度超固结比，运用非相关联流动法则进行应力空间转换，进而建立超固结黏土中考虑K₀影响情况下柱孔不排水扩张问题的一阶偏微分方程组求解模型。根据弹塑性边界已知的应力和位移条件，通过数值求解方法确定柱孔扩张模型的精确解。对比修正剑桥模型(MCC)解，基于SMP准侧改进的修正剑桥模型(SMP-MCC)解及黏土和砂土统一硬化模型(CSUH)解进行参数分析表明：当土体OCR≤2时，该文方法较好地模拟土体单元屈服应力和破坏应力；当土体OCR>2时，该文方法克服了超固结黏土高估屈服应力和破坏应力；当K₀由1.0变化到2.5时，归一化极限扩孔压力由5.4变化到3.2，归一化极限超静孔隙水压力由2.4变化到1.0。并通过现场实测数据验证了该文方法的实用性与正确性。     

饱和粘土中挤土桩球形孔扩张的弹塑性分析

将桩体的贯入模拟为球形孔扩张过程,基于球形孔扩张理论,在大变形假定情况下,结合修正剑桥模型及水力压裂理论,由最小耗能原理从能量的角度推导出了饱和粘土中挤土按球形孔扩张后,土体整个范围内,包括弹性区、塑性区、破坏区内的应力、位移及超孔隙水压力分布的解析解,并分析了土的超固结比对结果的影响,和其他文献的比较结果证明了理论解析解的准确性。其结论可为饱和土地区的静压桩、打桩等岩土工程问题提供理论依据。     

应变软化岩土材料内扩孔问题解析解

依据试验结果,本文对岩土材料的剪胀和应变软化特性进行了恰当的简化后,利用弹塑性理论和体积平衡原理,推导出能反映岩上体的剪胀和应变软化的岩土体内扩孔问题的全部解析解,讨论了岩土的扩容和剪胀对扩孔结果的影响,并对一些工程现象进行了解释。     

饱和软粘土中沉桩后桩周土体固结分析

假定沉桩过程是一个平面应变圆孔扩张问题, 采用了修正剑桥模型, 给出了软粘土中沉桩过程后初始时刻超孔隙水压力沿桩径分布的解析函数, 并与Cao 等人的数值解以及Gibson 提出的公式进行了比较。根据土骨架的弹性位移特性以及水流的连续性条件, 得到了桩周土体固结的控制方程。运用分离变量法并结合边界条件以及初始条件得到了桩周土中超孔隙水压力消散的级数解答, 该解答可以作为孔压静力触探反求固结系数的一个理论依据。通过2 个算例分析了土体的应力历史以及刚度对桩侧超静孔压消散的影响;算例分析表明, 随着超固结比的增大, 归一化后的塑性区半径以及桩侧超孔隙水压力均在减小;桩侧的超静孔压消散前期较快, 后期较慢。     

不同拉压模量及软化特性材料的球形孔扩张问题的统一解

对于具有不同的拉压模量及软化特性的岩土类材料,提出了不同拉压模量及软化特性的控制参数,采用双剪统一强度理论推导了球形孔扩张问题的应力及位移的统一解。分析了模量、模型和软化等控制参数对球形孔扩张时的扩张压力、塑性区开展规律及应力场的影响。结果表明:圆孔极限扩张压力,塑性区的发展规律,应力场,位移场等均随着模量控制参数、模型参数及软化参数的变化而变化,因此若采用经典的弹性理论、单一的模型参数及传统的不考虑应变软化来对岩土类的工程材料进行设计计算,必会带来较大的误差。     

不同拉压模量及软化特性材料的柱形孔扩张问题的统一解

对于具有不同的拉压模量及软化特性的岩土类材料,提出了不同拉压模量及软化特性的控制参数,采用双剪统一强度理论推导了柱形孔扩张问题的应力及位移的统一解。分析了模量、模型和软化等控制参数对柱形孔扩张时的扩张压力、塑性区开展规律及应力场的影响。结果表明:圆孔极限扩张压力、塑性区的发展规律、应力场、位移场等均随着模量控制参数、模型参数及软化参数的变化而变化,因此若采用经典的弹性理论、单一的模型参数及传统的不考虑应变软化来对岩土类的工程材料进行设计计算,必会带来较大的误差。     

适用于黏土的分数阶应力诱导剪胀方程

建立了适用于黏性土的分数阶下加载面模型,该模型所采用的分数阶塑性流动法则能够在不引入塑性势函数的情况考虑塑性流动方向与土体物理屈服面之间的非正交特性,进而统一地描述相关联和非相关联塑性流动法则。基于该流动法则可以得到一个新的应力诱导分数阶剪胀方程以考虑超固结比对黏性土剪胀特性的影响。理论分析结果表明,在相同的应力水平下,土体剪胀量会随着超固结比增大而逐渐减小。相比较修正剑桥模型,该文模型仅额外地引入一个与土体剪胀特性相关的模型参数,并且能够对超固结黏土的应变软化和剪胀特性进行合理的描述。模型计算结果与试验结果对比分析结果表明,该文模型能够准确地描述黏性土在超固结状态下的应力-应变响应和剪胀特性。     

考虑中间主应力和剪胀特性的深埋圆巷弹塑性应力位移解

平面应变条件下的深埋圆形巷道问题一般忽略中间主应力的影响,但这会与塑性区围岩的实际情况产生较大差异。为了充分考虑中间主应力对深埋圆形巷道的影响,基于平面应变假设与非关联流动法则将Mohr-Coulomb准则精确匹配为Drucker-Prager准则,在此基础上推导了考虑剪胀特性的理想弹塑性材料在塑性阶段的中间主应力表达式,中间主应力与剪胀角密切相关;根据所得的中间主应力表达式结合非关联流动法则,不引入任何假设,得出深埋圆巷塑性区由于剪胀角而发生体变的关系式;进一步推导了考虑中间主应力和剪胀特性的深埋圆形巷道塑性区应力位移解析式,其中径向应力、切向应力及塑性区半径的表达式与卡斯特奈(Kastner)解完全一致,但卡斯特奈(Kastner)解无法得出中间主应力,而新的位移解析式则与以往的文献完全不同;经与以往文献的位移理论解比较分析知,新的位移解答更加合理。因此考虑中间主应力和剪胀特性的解答为深埋圆形巷道的计算与设计提供一定的理论基础。     

带形介质内SH型导波对圆柱孔洞的动力分析

弹性板壳的反平面运动中由缺陷引起的应力集中问题可以按照带形介质中圆柱孔洞对SH型导波的散射问题来分析。首先,构造带形介质中相容导波的形式,即其满足上、下边界应力自由条件。之后,由波函数展开法给出圆柱孔洞散射波的级数表示,根据累次镜像叠加的方法构造由上、下边界反射所形成的相容的散射导波。最后,给定入射导波,由圆柱孔洞边界应力自由的条件来定解波函数级数的系数。数值算例求解了特定导波对圆柱孔洞的散射,给出了圆柱孔洞边沿的动应力分布,讨论了导波阶数、频率以及孔洞位置的影响。     

考虑材料的拉压模量不同及应变软化特性的柱形孔扩张问题

建立了拉压模量不同及应变软化特性材料的柱形孔扩张理论。对于岩土类材料,提出用a及b分别作为拉压模量不同和软化特征的控制参数,运用不同模量弹性理论及应力跌落软化模型推导了Tresca和Mohr-Coulomb材料柱形圆孔扩张问题的应力及位移解。分析了不同模量及软化特性材料对柱形孔扩张的影响,结果表明:圆孔极限扩张压力,塑性区的发展规律,应力场,位移场等均随着模量参数a和软化系数b的变化而变化,因此若采用经典的弹性理论及传统的不考虑应变软化来对岩土类的工程材料进行设计计算,必会带来较大的误差。     

7050铝合金激光冲击强化形貌光学表征与表面残余应力分布的研究

本研究涉及7050铝合金激光冲击强化形貌的定量光学表征和表面残余应力分布的测定。研究表明，随着激光脉冲能量的增加，冲击凹陷深度与冲击区表面粗糙度均有所增加；冲击区径向残余应力的分布与横截面凹陷深度的分布相似。冲击区径向残余应力分布与激光冲击产生的弹一塑性波分布有关；弹一塑性波产生的塑性变形越大，残余应力也越大。较大的激光脉冲能量可产生中心对称的塑性变形和相应的残余应力分布。     

Elastic/plastic indentation hardness and indentation fracture toughness: The inclusion core model

A new model for determining elastic/plastic indentation is presented. This model generalizes Johnson's incompressible core model to a compressible material and allows the indentation pressure to be transmitted via a misfitted inclusion core beneath the indenter which is surrounded by a hemispherical plastic zone. The internal stress field inside the core is obtained by applying Eshelby's spherical inclusion problem together with Hill's spherical-cavity expansion analysis. The plastic deformation considered here exactly ensures compatibility between the volume of a material displaced by the indenter and that accommodated by expansion. The analysis explains the essential relationships between the dimensions of the indentation and plastic zone and the dominant material properties; yield stress, hardness and elastic modulus. The solution is extended to evaluate the indentation fracture toughness by taking into account the reduced half-space constraint by the image force.     

Application of a thermoelectric method in studies of deformation of cylindrical and flat specimens

The temperature distribution in flat and cylindrical metal specimens (with and without notches) deformed in uniaxial tension and compression was studied. An attempt was made to relate temperature variation in the zone studied to changes in loads corresponding to the elastic and plastic deformation stages.     

单根水平旋喷桩施工引起周围土体变形的实用计算方法研究

水平旋喷桩施工期间,大量高压流体（水或水泥浆）注入土层,引起土层内部产生较大的膨胀作用,致使施工周围一定区域的土体发生变形。通过将水平旋喷桩施工过程模型化,基于Verruijt提出的半无限平面内圆孔扩张引起变形的弹性解答,提出了单根水平旋喷桩施工引起土体变形的实用计算方法。研究分析了单根水平旋喷桩施工引起土体应力状态的变化特性,给出了塑性区边界应力的计算公式;考虑水平旋喷施工参数和土性参数,应用能量原理提出了塑性区半径的计算公式。应用所提出的计算方法对水平旋喷桩施工实例进行计算分析,计算值与实测数据的对比结果验证了该计算方法的合理性。     

Effect of a temperature cycle on a rotating elastic–plastic shaft

Summary The stress distribution in a rotating solid shaft with temperature dependent yield stress subject to a temperature cycle is investigated. It is presumed that the shaft is in a state of generalized plane strain and obeys Tresca’s yield criterion and the flow rule associated with it. Even in an initially purely elastic shaft two plastic regions with different forms of the yield condition may emerge simultaneously at the centre. However, the expansion of the plastic zone ceases soon thereafter, and an unloaded region spreads into the plastic core; the latter process is treated in an approximate way. It is shown that the stress distribution is altered significantly by the temperature cycle, hence also leading to non-zero residual stresses at stand-still. Dedicated to Professor Franz Ziegler on the occasion of his 70th birthday