脆性各向同性材料的强度准则数学形式研究

针对质量比为水泥∶河砂∶水∶减水剂=1∶0.5∶0.4∶0.002的脆性各向同性材料，探究了胡克-布朗(H-B)准则、Power Curve准则与单参数Bieniawski准则等3类岩石经典非线性强度准则与Singh抛物线型强度准则的适用性，并对Singh抛物线型强度准则数学形式进行了修正。研究结果表明，单参数Bienianski准则能较好地反映脆性各向同性材料非线性强度特征，数学形式拟合值与试验值的残差平方和(RSS)最小；H-B准则与Power Curve准则均能反映抗压强度指标的非线性特征，但两者均过高估计抗拉强度值；将Singh抛物线型强度准则数学形式等效为因变量(σ₁-σ₃)与自变量σ₃的二次多项式，试验数据拟合效果良好，并通过引入参数n表征试样进入临界状态时的围压σ_crt=nσ_c,得到了修正的Singh抛物线型强度准则数学形式。     

Hoek-Brown强度准则在深部岩体力学参数估算中的应用研究

以H-B强度准则为基础的岩体力学参数估算方法综合考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多种因素的影响,可更好地反映岩体的非线性破坏特征。以锦屏二级深埋大理岩为例,引入深部岩体完整性系数K_V改进深部岩体GSI值确定方法,在此基础上详细分析了这一估算方法对深部工程岩体的适用性。结果表明:H-B强度准则中4个参数互相独立,且与围压应力状态无关,应用于深部岩体力学参数的估算是可行的;深部岩体完整性系数K_V可反映岩体内部各种结构面的发育程度和岩体开挖受扰动程度,岩体完整性系数K_V的引入,使深部岩体GSI值的确定更加客观;采用室内常规三轴试验结果参数σ_ci和m_i的值是比较合适的。采用上述方法估算获得锦屏深埋大理岩的强度包络线表现出明显的非线性,在中高围压阶段 (15 MPa<σ₃<40 MPa),其内摩擦角降低了32%,但黏聚力则是低围压阶段的近3倍。     

基于动态非等比例双强度折减法的边坡稳定性研究

为了探究动态非等比例双强度折减法在边坡稳定性应用的可行性,基于ABAQUS软件,根据三维边坡渐进破坏的过程和强度参数在边坡中发挥作用程度的不同,通过动态非等比例的双强度折减法理论,将Mohr-Coulomb强度准则中的黏聚力c和内摩擦角φ转换为Drucker-Prager强度准则中的屈服强度σ与内摩擦角β;并利用最短路径理论确定边坡的综合稳定性系数,评价边坡的稳定性。结果表明:基于D-P强度准则的动态非等比例的双强度折减法能够更合理地反映三维边坡的渐进破坏过程及其强度参数的发挥程度;所得到的边坡稳定性系数与以M-C准则计算得到的结果非常接近,且得到的边坡稳定性系数、边坡的位移均小于传统强度折减法的模拟结果,具有更高的安全储备。该方法收敛快速,在三维边坡的稳定性计算中有一定的应用价值。     

基于Hoek-Brown强度准则的嵌岩桩极限承载力确定

考虑岩体结构的完整性、岩块单轴抗压强度及三向应力等因素的影响,引入Hoek-Brown岩石强度准则,采用Lambe变换,建立了较为实用的嵌岩桩桩侧摩阻力模型。然后基于简化的桩端岩体破坏模式,利用极限平衡原理,推导了三向压力下嵌岩桩桩端阻力的计算公式,进而获得嵌岩桩极限承载力计算公式。对公式参数分析表明：岩体质量对摩阻力影响较大,岩体质量越好,摩阻力τr越大,反之越小;岩体质量评价指标RMR值为100时,摩阻力τr可达到0.4σc;岩体质量评价指标RMR值为10时,摩阻力τr接近0.01σc。最后以2个工程实例对本文计算方法进行了验证。     

Hoek-Brown强度准则在隧道岩体稳定分析中的应用研究

Hoek-Brown强度准则适宜于描述完整岩石或节理岩体的破坏特征,并在岩体工程中得到了广泛应用。基于Hoek-Brown强度准则对某隧道工程岩体稳定进行分析,并与Mohr-Coulomb强度准则计算进行比较。结果表明:Hoek-Brown强度准则计算得到的关键点位移、塑性半径及塑性区范围均稍大于Mohr-Coulomb强度准则的结果;Hoek-Brown强度准则能够反映施工开挖扰动对岩体力学参数的影响。同时,假设施工扰动系数从隧道内向外逐渐减小,应用Hoek-Brown强度准则研究了开挖扰动程度对隧道塑性半径的影响规律。研究表明:随着扰动的增大,塑性半径非线性增大。     

层状复合岩体的改进Hoek-Brown强度准则研究

Hoek-Brown强度准则是岩土工程领域应用最为广泛的强度准则之一,但其最初只适用于各向同性岩体。通过将层状复合岩体考虑为横观各向同性材料,引入各向异性状态参数(被定义为材料微观结构偏张量与标准化偏应力张量之间的联合不变量),并将该参数与Hoek-Brown强度准则耦合,建立了层状复合岩体的强度准则。结合干燥和饱和状态下的千枚岩、板岩和沉积石英岩的三轴试验结果对计算结果进行验证,结果表明改进的Hoek-Brown准则能较好地预测层状复合岩体的破坏强度。     

岩体三轴强度,破坏准则及参数研究

根据岩体三轴试验结果，确定了Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则中的ｍ、ｓ值。再根据ｍ、ｓ值，分别确定了岩体的强度参数和变形参数，得到了满意的结果。     

Hoek-Brown准则参数对边坡稳定性影响的敏感性分析

Hoek-Brown经验强度准则具有能够反应岩体的固有特点和非线性破坏特征,解释低应力、拉应力区及最小主应力对强度的影响等特点,已成为岩体工程中应用最广泛的准则之一。但是,在确定Hoek-Brown准则参数时主观因素影响较大。分析了Hoek-Brown准则中完整岩石经验常数mi、完整岩体单轴抗压强度σci、地质强度指标GSI、岩体弱化因子D等参数对内摩擦角φ、粘聚力c以及边坡安全系数F影响的敏感性,以期对Hoek-Brown准则参数取值提供帮助。     

基于工程岩体内摩擦系数等效模型数值试验

岩体是由许多结构面组成的复杂结构体,受到剪切破坏时常有裂隙产生。为了研究裂隙岩体在滑落时的规律,深入讨论工程岩体内摩擦系数等效参数,基于摩尔库伦强度准则,假定最小主应力与最大主应力σ1～σ3为线性关系,以内摩擦系数为核心推导摩尔库伦强度准则情况下的等效模型。在此基础上,利用ABAQUS有限元分析平台,嵌入所提的等效模型,模拟试验中不同倾向、倾角的楔形块体滑落时的状态,深入讨论和分析了相关参数,并与实验室模型试验结果进行比较,得出所提等效模型可用于表征裂隙力学特性分析,验证了该模型适用裂隙岩体稳定性分析的结论。更多还原     

基于统一强度理论的高强混凝土强度准则

通过对几种双剪强度准则破坏面特征的分析,发现双剪剪应力型材料四参数统一强度理论和非线性统一强度理论具有描述高强混凝土多轴强度特性能力,在此基础上利用现有的多组高强混凝土的单轴抗拉强度、单轴抗压强度、双轴等压强度或常规三轴压缩强度试验结果确定以上两种强度准则中的材料参数,对二轴受力、常规三轴受力和真三轴受力状态的高强混凝土试验数据进行拟合分析,并与其他破坏准则进行了比较。结果表明:上述两种强度理论中剪应力型材料四参数统一强度理论与试验数据吻合较好,可描述常规三轴压强度随着围压增加的非线性特性,以及真三轴强度随中间主应力变化的整体趋势。该准则较其他常用混凝土准则描述效果也相对理想,参数b在[0,0.3]范围取值可获得较小的拟合偏差。此外,利用归一化方法对现有大量试验数据进行处理,以准则破坏面与所有试验点的偏差最小为优化判据,为该准则确定了一套普遍适用于高强混凝土的材料参数值。在缺少标定参数的试验成果时,可采用该普适参数初步确定高强混凝土的强度准则。     

三种Mohr强度准则的对比分析

简述了Mohr-Coulomb强度准则、抛物线型Mohr强度准则和双曲线型Mohr强度准则,并采用3种高应力下岩石的真三轴试验结果对这3种强度准则进行对比分析。研究结果表明在高应力条件下,硬岩的试验值与Mohr-Coulomb强度准则和双曲线型Mohr强度准则的预测值均比较接近。Mohr-Coulomb强度准则是线性强度准则,双曲线型Mohr-Coulomb强度准则是非线性强度准则,因此,可认为双曲线型Mohr强度准则更适合用于描述高应力条件下岩石的强度变形特征。     

Hoek-Brown强度准则在高应力场判别中的应用

确定围岩初始应力场的状态是岩土工程设计与施工的关键技术。利用Hoek-Brown强度准则估算岩体力学指标,分析处于破坏极限平衡状态的岩体强度与岩体中最大主应力在不同摩擦系数下的关系,提出估算岩体强度的方法和高应力场判定的标准。将该高应力场的判定方法应用于具体的工程实例,发现该方法评价效果良好,可较为快速、准确的分析围岩初始应力状态,同时为工程设计与施工提供可靠的依据。     

基于虚强度参数的塑性硬化模式

 塑性理论中常采用等向硬化、随动硬化和混合硬化的假定来描述硬化函数的演化规律,这需要在屈服函数上增加相应的函数项,但这些关于硬化模式的假定不是必须的。提出了利用虚强度参数来描述介质塑性硬化规律,即在不改变屈服/破坏函数形式的条件下,只将其中的强度参数替换为塑性硬化参量的函数,便可以实现既避免硬化规律的先验假设,又可体现介质的硬化过程。采用一组煤岩的三轴加卸载试验数据研究了基于Coulomb-Mohr准则和基于Drucker-Prager准则及其强度参数的塑性硬化函数。结果表明,这2个函数的塑性硬化面子午线在应力空间中以平移和旋转2种方式体现介质的塑性硬化过程,并与已有煤岩试验数据一致。所提出的虚强度参数的概念为破坏准则中真实强度参数替换后作为硬化函数提供了一个逻辑的桥梁。     

冻融环境下引气混凝土双轴拉-压强度和破坏准则的试验研究

本文对掺引气剂混凝土进行了不同次数快速冻融试验，用电子显微镜观察了经受不同次数冻融循环后混凝土微观结构的变化，并进行了6种应力比下的双轴拉-压试验，观察了试件破坏形态，测得了混凝土试件的抗拉强度和抗压强度。试验发现，掺引气剂混凝土在双轴拉-压荷载作用下，其抗拉强度和抗压强度均随冻融循环次数的增加而明显降低。在此基础上，分析了双轴拉-压极限强度随冻融循环次数的变化规律，并在主应力空间和八面体应力空间建立了同时考虑冻融循环次数和拉压比的破坏准则。     

基于有限元强度折减理论的边坡稳定分析方法探讨与改进

随着计算机技术的发展,强度折减法在边坡稳定分析中的应用越来越广泛。首先介绍其原理,推出DP1和DP3准则的转化公式;然后分析强度折减法的缺陷:c和φ在边坡发生滑动渐进过程中折减速度不同,强度折减法采用同一折减系数不能反映各自的实际安全储备。由此提出双折减法,对c、φ采用不同折减系数,分析边坡坡比及坡高变化对双折减系数的影响,同极限平衡法、强度折减法进行对比,得出一个更加可靠、合理的边坡稳定性分析评价体系。     

有限元强度折减法进行土坡稳定分析的精度研究

有限元强度折减法分析土坡稳定性的结果受到有限元单元类型、网格密度和土坡边界范围的影响。为了得到上述因素合理的确定方法以提高计算精度,借助ABAQUS结合强度折减法进行了分析,结果表明采用二阶四边形单元,对土坡滑动区域的边界进行网格加密可以获得很好的精度,土坡边界范围建议取稍大于坡体破坏区即可,同时评价了三种失稳判据的优劣。更多还原     

有限元强度折减法边坡失稳判据

有限元强度折减法分析边坡稳定性的一个关键问题是根据有限元计算结果来判别边坡是否处于整体破坏状态。目前,判别失稳的依据主要有三个,即依据计算的收敛性、特征部位位移的突变性和塑性区的贯通性。为考查目前各种失稳判据的合理性及其适用性,借助ADINA有限元软件分别用三种失稳判别标准对二个典型算例进行了稳定分析,并将安全系数与Spencer极限平衡法所得到的总体安全系数进行了对比,进而对三者的适用性、一致性等进行了分析研究。     

强度准则和失稳判据对有限元强度折减法结果的影响

本文主要研究有限元强度折减法的强度准则和失稳判据问题,从强度折减法基本原理出发,将边坡强度参数进行折减,利用理论分析与数值计算相结合的方法,通过对比分析研究了强度准则与失稳判据的影响。研究表明:在π平面上强度准则围成的圆的半径越大,所得的安全系数则越大。与传统的极限平衡方法的安全系数结果相对比,等面积圆强度准则结果与之相近。3种边坡失稳判据中塑性区贯通判据判断的安全系数偏保守,与Bishop法计算结果较为一致,收敛标准的安全系数偏大。     

土坡稳定分析有限元强度折减法的失稳判据探讨

基于土坡的变形破坏特点,并结合一算例,研究了强度折减过程中最大等效剪应变ε qmax等三个变量随折减系数F sr的变化规律,提出以F sr～ε qmax曲线发生"突变"作为土坡失稳的判据,并通过与极限平衡法计算结果的比较验证了判据的可靠性.