基于非关联流动法则的盾构隧道掌子面稳定性上限分析

采用非线性破坏准则并结合非关联流动法则,基于构建的对数螺旋破坏机制,对深埋盾构隧道掌子面的稳定性进行了极限分析,并推导了支护力的上限解。利用数值优化方法,计算得到了特定参数下支护力的最优解。结果表明:剪胀系数和非线性系数对支护力和破坏机制有较大影响,建议在实际工程中考虑岩土材料的非线性和非关联特性。     

基于Drucker-Prager准则的深部巷道破裂围岩弹塑性分析

基于Drucker-Prager屈服准则和非关联流动法则，考虑中间主应力、塑性区弹性应变及岩体剪胀性的影响，推导了深部圆形巷道围岩应力、变形及塑性区半径的封闭解析解。结合工程实例，对比分析了不同屈服准则和围岩参数对围岩状态变化的影响，研究结果表明：中间主应力对围岩破裂范围和表面位移均具有重要影响，且表现出明显的区间效应；剪胀角越大，扩容系数越大，围岩破裂范围与表面位移也就越大；围岩参数(残余黏聚力、残余内摩擦角、初始黏聚力)和支护阻力越大，围岩塑性区及破裂区范围均越小；D-P准则解分别与统一强度准则解、双剪强度准则解和M-C准则解相比，围岩破裂范围及表面位移均偏大，但与M-C准则解最为接近；在满足相同围岩变形条件下，D-P准则解所需支护阻力较其他3种准则解均较大，更偏向于刚性支护形式，分析结果可为巷道围岩稳定性评价与支护设计提供重要理论依据。     

双层隧道施工方案比选与研究

采用二维弹塑性有限元法,分析了在该施工方案下伏龙平双层隧道各个施工阶段围岩和衬砌的受力状态,考虑材料的非线性特征,采用Mohr-Coulomb屈服准则及其关联流动法则,采用切线刚度迭代法求解平衡方程,对超过屈服点的应力进行应力调整.     

大断面铁路隧道施工模拟与研究

采用二维弹塑性有限元法,分析了在应用CRD方法的情况下,秦东隧道在Ⅳ围岩段内各个施工阶段混凝土衬砌的受力状态,考虑材料的非线性变化特征,采用Mohr-Coulomb屈服准则及其关联流动法则,应用切线刚度迭代法求解该平衡方程,对于超过结构屈服点的应力进行应力重新调整。     

考虑剪胀角对煤壁内塑性破坏区宽度的确定

根据非关联流动法则和Drucker-Pranger屈服准则,考虑剪胀角对煤壁内塑性破坏区宽度的影响,理论推导出煤壁内塑性破坏区的应力分布的解析式和塑性破坏区宽度的计算公式。并采用单因素分析法,与Mohr-Coulomb准则导出结果进行比较,探讨影响塑性破坏区宽度的相关因素。结果表明:剪胀角对煤壁内塑性破坏区的宽度具有一定的影响,而且在相同情况下考虑剪胀角计算出解比根据Mohr-Coulomb准则计算出的解大。因此,适当的考虑剪胀角可以确保工程实践的安全性。     

基于双屈服面模型的圆形软岩巷道围岩变形弹塑性解

软岩巷道过大的径向位移对煤矿生产有较大影响。基于双屈服面模型,利用某种泥岩材料的常规三轴实验数据,分别拟合了以第一、第三塑性主应变(ε_1~p,ε_3~p)为硬化参量的加载面,根据对完全加载假设的验证,推导了此泥岩材料的非关联流动法则,得到了围岩塑性区范围和径向位移的解。研究结果表明:该泥岩材料的2个加载面形式为二次函数,各项系数均可表示为ε_1~p或ε_3~p的一次函数,由此确定塑性应变增量分量的大小;推导出的非关联流动法则中含有常数项,其原因为:在加载过程中,会先达到以ε_3~p为硬化参量的加载面,当ε_1~p恰好为0时,ε_3~p即为该常数的值;考虑了岩石的非线性应变软化特征,排除了"人为假定流动法则"等主观因素的干扰,求解了塑性区范围和径向位移的解析解,得到了在一定地应力和该岩性条件下二者与开挖半径的线性拟合公式。     

岩体剪胀对巷道围岩塑性区位移的影响分析

为研究巷道围岩塑性区的力学性质,考虑岩体剪胀特性及巷道塑性区的弹性变形,采用H-B准则和非关联的流动准则对圆形巷道进行理论分析,通过在弹塑性交界处的应力连续条件,得到了塑性区半径和位移的H-B新解;结合算例分析了剪胀特性对围岩塑性区位移的影响,并与M-C准则解作对比。分析结果表明:岩体剪胀系数越小,M-C与H-B准则计算出的塑性区位移吻合度越好;随着剪胀系数的增大,吻合度下降,围岩塑性区的位移也会增大,在弹塑性交界处,文中H-B准则解在不同剪胀系数条件下塑性区位移相等,而M-C准则解不等,理论上证明了本文解的准确性。     

岩土承载力新公式

本文提出计算岩土承载力的新公式，它是根据岩土试验实践，结合摩尔理论和弹性力学原理推演出来的。应用该公式可准确地速算出在荷载和岩土自重作用下，岩土从弹性压密到塑性剪切破坏范围内的极限应力和承载力。     

根据非线性屈服准则计算隧道粘弹塑性位移

根据非线性Mohr-Coulomb破坏准则和非关联流动法则推导出圆形隧道位移解，并考虑围岩的剪胀特性、蠕变特性、弹塑性等影响。与线性屈服准则的比较得出：在软弱的围岩中，线性Mohr-Coulomb破坏准则过低地估计隧道的位移。通过与前人的研究成果比较得出，本的结果是正确的。     

围岩应变软化巷道锚杆支护作用的计算

从围岩应变软化巷道弹塑性力学计算出发,引入软化模量与非关联流动法则,用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响;在锚固围岩体力学性质的黏结力和内摩擦角不变的情况下,建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型.通过计算,得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力、巷道位移、围岩应变软化区半径及破碎区半径的理论计算公式;分析了围岩应变软化巷道锚杆支护的应变软化区、破碎区及巷道周边位移变化趋势,并在巷道锚杆支护的参数选定中进行了应用.     

围岩应变软化巷道锚杆支护作用的计算

从围岩应变软化巷道弹塑性力学计算出发,引入软化模量与非关联流动法则,用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响;在锚固围岩体力学性质的黏结力和内摩擦角不变的情况下,建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型.通过计算,得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力、巷道位移、围岩应变软化区半径及破碎区半径的理论计算公式;分析了围岩应变软化巷道锚杆支护的应变软化区、破碎区及巷道周边位移变化趋势,并在巷道锚杆支护的参数选定中进行了应用.     

轴力对混凝土管片极限承载力影响的计算模型

针对混凝土管片受压区高度小和受压区钢筋未达到屈服极限问题,提出了混凝土管片极限承载力计算模型。在轴力和弯矩共同作用下,将混凝土管片简化为偏心受压柱,建立了管片截面力平衡和弯矩平衡表达式。基于管片截面平面变形假定,建立了受压区钢筋应力与受压区高度和混凝土极限应变之间的关系。通过2个地铁隧道管片工程算例,分析讨论了轴力对受压区高度、受压区钢筋应力和管片极限承载力的影响。研究表明,混凝土管片的极限弯矩随着轴力的增加而增加;混凝土管片的最不利荷载组合为最大弯矩与最小轴力的组合。混凝土管片受压区的钢筋往往没有达到屈服极限,有时甚至处于受拉状态;现有模型假设受压区的钢筋屈服与钢筋的实际应力状态差异较大,新的计算模型能够准确计算受压区的钢筋的应力。     

软岩地基中基桩承载力分析

讨论软岩地基中基桩极限承载力问题，在圆形荷载作用下，根据地基中任意一点的应力大小、以及桩顶的沉降，求解基桩的极限荷载。同时根据试桩结果，对照理论计算，分析误差产生的原因。     

均布荷载下抛物线形FGM冻结壁弹塑性解

通过求解弹性状态下材料性质呈抛物线变化的FGM厚壁圆筒受均布荷载的解析解，并结合摩尔-库伦强度准则对冻结壁塑性状态下的应力分布进行了分析。将所得结果与均质冻结壁进行比较，总结出该类FGM冻结壁的受力特性。最后提出对冻结壁设计施工的建议。     

钢骨混凝土井壁水平极限承载特性的试验研究

针对600～800 m巨厚冲积层中煤矿立井井筒的支护问题,提出了采用钢骨钢纤维高强混凝土井壁结构型式.为了研究该种井壁结构的水平极限承载特性,根据相似理论,采用物理模拟试验的方法,开展了2个模型井壁的破坏性试验,研究了该种井壁结构的水平极限承载特性和变形破坏特征.试验研究表明:在竖向荷载(井壁自重应力)加载阶段,钢骨和混凝土能够协同变形;水平荷载加载阶段,钢骨应变达到屈服应变后,钢骨表现出一定的塑性流动变形能力;井壁破坏时,钢骨和混凝土的切向应变值可达-3500×10-6(压);利用厚壁圆筒的弹性、塑性极限承载力估算井壁的水平极限承载力上、下限值,试验值更接近塑性极限承载力;由于钢骨和钢纤维的加入使得高强混凝土的脆性得到改善,钢骨钢纤维高强混凝土井壁具有更好的塑性变形能力和延性,是深厚表土层中一种可行的井壁结构型式.     

地表变形对输电铁塔内力和变形的影响规律

以某塌陷区上典型输电铁塔为背景，采用数值分析方法，研究了地表变形对铁塔结构内力和变形的影响规律，获得了塔架的破坏形态、杆件承载力与位移变化关系.研究结果表明，单支座竖向位移（地表不均匀沉降）是一种比较危险的状况，在位移荷载较小时塔架即丧失了稳定性；除单支座施加竖向位移荷载的工况外，可以认为在支座位移为根开的5％以内，杆件均不会达到屈服荷载；塔架支座受压缩作用比受拉伸作用更危险.     

综放开采最大导不裂隙带高度的应力法预测

在重点模拟大采高条件下覆岩低抗拉特性的基础上，建立了“大采高ＦＥＭ－ＮＴＡ耦合模型”，选择了合适的屈服准则、流动法则及应力应变本构关系，综合优选输入参数，于淮南矿务析集矿实施了该“耦合模型”，预测裂采比为１０．６０－１０．８５倍，经钻探验证，取得了较为理想的预测精度。     

综放开采最大导水裂隙带高度的应力法预测

在重点模拟大采高条件下覆岩低抗拉特性的基础上，建立了“大采高ＦＥＭ－ＮＴＡ耦合模型”．选择了合适的屈服准则、流动法则及应力应变本构关系，综合优选输入参数，于淮南矿务局新集矿实施了该“耦合模型”．预测裂采比为１０．６０～１０．８５倍．经钻探验证，取得了较为理想的预测精度．     

砂土地貌区近水平煤层重复采动条件下围岩应力演化特征

运用FLAC~(3D),建立了陕北韩家湾煤矿砂土地貌近水平煤层开采沉陷数值模型,分析了多煤层重复开采条件下围岩移动变形与应力应变场演化特征,对覆岩体应力支撑拱形结构的演化机理进行了剖析,并采用三铰拱结构模型计算出在水平与垂向变动荷载条件下的合理拱轴线方程,利用Matlab解出拱顶均布荷载下的拱曲线形态,可为开采沉陷应力支撑层结构分析与高度计算提供一定的依据。研究表明,DP4屈服准则能较为准确地模拟砂土盖层的塑性流动特性,显示砂土盖层基本不能传递应力,可以传递几何形变但缓冲作用明显。     

基于屈服等值线模型的巷道冲击地压发生判断

为研究材料失稳型冲击地压在巷道内的发生机制,采用应力场理论分析、煤体破坏实验和有限元模拟的方法,分析围岩弹塑性转化特征,得出基于双屈服等值线模型的巷道煤壁冲击地压发生的判断条件。研究表明:运用莫尔-库仑屈服准则判定屈服函数等值线呈类双曲线分布;若竖直应力为均匀荷载,则屈服等值线数值向深部逐渐减小,巷道围岩将由浅部向深部逐渐破坏;若竖直应力向深部逐渐增大,则屈服等值线数值向深部逐渐增大,预示巷道围岩将在深部先行破裂,浅部围岩保持完整,该情况下巷道易发生冲击地压。室内单轴压缩实验和数值模拟验证了理论分析结果,证明通过屈服等值线模型可以表征巷道冲击地压发生的临界状态。