一种改进的真三轴Hoek-Brown强度准则

Hoek-Brown强度准则已经被广泛应用于岩石与岩体力学分析、岩石边坡稳定性分析、岩石隧道设计等领域中,但常规Hoek-Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响,应用上不能反映岩石的真三轴力学性能。在本研究中,通过分析岩石的真三轴试验结果,明确了岩石中间主应力对岩石强度的影响规律,引入中间主应力系数β,将一种二维Hoek-Brown强度准则改进为真三轴Hoek-Brown强度准则,采用非线性拟合方法确定了模型中的参数,通过对比8种岩石类型的真三轴实验数据,对改进后强度准则的精确性和普适性进行验证,结果表明,改进的真三轴强度准则的最佳参数m取值都能落在Hoek和Brown建议的取值区间,能够继承Hoek-Brown强度准则的优点,改进后的强度准则对8种岩石类型的均方根差（RMSE）值都低于另外三种准则,能够准确预测岩石强度,适用于大多数岩石类型,较好地体现了中间主应力对岩石强度的影响。     

一种岩石在三轴压缩条件下的非线性经验强度准则

岩石的破坏准则是岩土工程可靠性设计和稳定性分析的关键因素。为了准确地评价不同围压条件下岩石的三轴抗压强度,本文提出了一种基于莫尔-库仑准则的非线性经验强度准则。通过分析11种岩石材料三轴试验强度,探讨了所提出准则的可行性和有效性。为进一步验证,选取了6个典型强度准则,并对各准则的预测结果和试验结果进行对比分析。对比结果表明,应用本文提出的准则对11种不同岩石材料进行97个常规三轴压缩试验,预测结果与试验结果高度一致。将本文提出的准则和其他经典准则在预测岩石破坏行为中的应用效果进行统计分析和评估,表明本文建立的经验准则可以为岩石材料三轴抗压强度的确定提供新的参考和方法。     

脆性岩石真三轴能量强度准则研究

基于岩石材料拉压强度不等和中间主应力对强度影响特点,从可释放弹性能角度出发推导和建立了可考虑中间主应力对岩石破坏弹性能释放影响的真三轴能量强度准则,利用厚壁圆筒试验数据和已有文献真三轴试验数据以及从能量准则参数物理含义三方面分析验证了所建真三轴能量强度准则的合理性及可靠性.结果表明,所建真三轴能量准则能适应于厚壁圆筒及真三轴压力试验的多种复杂应力状态;花岗岩、石灰岩中间主应力影响大于红砂岩、中细砂岩;对同种岩石来说,岩石中间主应力影响系数随应力状态不同而不同,总体变化趋势随中间主应力增加而先增大后减小;岩石能量强度准则与岩石应力状态和材料物理性质密切相关.     

岩石强度和变形真三轴试验研究

为了得到岩石在3向应力条件下的强度及变形特征,通过真三轴试验对岩石强度进行试验研究.结果表明:峰值强度(σ1)随着中间主应力(σ2)的增加有所提高,峰值强度的最大增加量达到65.8%;在中间主应力较低时,岩石呈现出塑性的特征,随着中间主应力的增加,岩石逐渐由塑性向脆性转变.所以岩石破坏不仅取决于最大主应力差(σ1-σ3),而且与中间主应力密切相关.     

岩石的强度准则及中间主应力的影响

Drucker Prager准则和Murrell准则中包含中间主应力 ,但并没有得到真正三轴试验结果的检验 ,也难以表示应力状态对岩样强度的影响 .D P准则与Coulomb准则外接时 ,其三轴伸长的强度可以达到无限 ;与Coulomb准则内接和相切时 ,反映最小主应力的作用偏小而中间主应力作用偏大 .Murrell准则表明岩石在 2个方向承载单轴压缩强度的压应力时 ,在第三个方向还可承载单轴拉伸强度以上的拉应力 ;其反映的最小主应力作用也特别低     

岩石的强度准则及中间主应力的影响

Drucker-Prager准则和Murrell准则中包含中间主应力,但并没有得到真正三轴试验结果的检验,也难以表示应力状态对岩样强度的影响.D-P准则与Coulomb准则外接时,其三轴伸长的强度可以达到无限;与Coulomb准则内接和相切时,反映最小主应力的作用偏小而中间主应力作用偏大.Murrell准则表明岩石在2个方向承载单轴压缩强度的压应力时,在第三个方向还可承载单轴拉伸强度以上的拉应力;其反映的最小主应力作用也特别低.     

红砂岩真三轴压力试验与岩石强度极限统计

为探讨岩石的强度理论和中间主应力效应,进行了红砂岩真三轴压力试验。获得了不同应力状态下的岩石强度极限值和岩石的三向全应力应变曲线。根据本文和收集到的真三轴压力试验资料,探讨了岩石的中间主应力效应问题。统计分析表明:中间主应力一般可使最大主应力的强度极限增大30%。     

岩石中间主应力效应及强度理论研究进展

综述岩石中间主应力效应试验和强度理论的研究进展,总结了岩石中间主应力效应的基本规律和现有岩石强度理论的特点与不足,最后介绍了统一强度理论及其对岩石真三轴试验的预测与在岩土工程中的应用。研究结果表明：中间主应力效应及其区间性是岩石强度的重要特性,且已是目前岩石强度准则建立所必须考虑的基本问题之一;应用统一强度理论并考虑更多复杂因素的综合影响,可得到更符合实际情况的较理想解答。     

基于Mohr强度理论的双参数抛物线型屈服准则

从Mohr强度理论出发,对双参数强度理论进行分析,特别是对双参数抛物线型屈服准则进行研究,推导了双参数抛物线强度准则的多种表达形式,分析了该屈服准则在应力空间中的展布特征,证明了双参数抛物线准则在偏平面上分别以两种曲线形式出现,即分段抛物线和分段直线,两者在应力空间中是光滑连接的．两种曲线构成的屈服轨迹都含有角点,对角点进行了修圆处理．通过将该屈服准则嵌入有限元程序,实现了基于双参数抛物线型屈服准则的破坏计算分析．     

Effect of intermediate principal stress on strength of soft rock under complex stress states

A series of numerical simulations of conventional and true triaxial tests for soft rock materials using the three-dimensional finite difference code FLAC3D were presented. A hexahedral element and a strain hardening/softening constitutive model based on the unified strength theory（UST） were used to simulate both the consolidated-undrained（CU） triaxial and the consolidated-drained（CD） true triaxial tests. Based on the results of the true triaxial tests simulation, the effect of the intermediate principal stress on the strength of soft rock was investigated. Finally, an example of an axial compression test for a hard rock pillar with a soft rock interlayer was analyzed using the two-dimensional finite difference code FLAC. The CD true triaxial test simulations for diatomaceous soft rock suggest the peak and residual strengths increase by 30% when the effect of the intermediate principal stress is taken into account. The axial compression for a rock pillar indicated the peak and residual strengths increase six-fold when the soft rock interlayer approached the vertical and the effect of the intermediate principal stress is taken into account.     

基于Mohr强度理论的双参数抛物线型屈服准则

从Mohr强度理论出发,对双参数强度理论进行分析,特别是对双参数抛物线型屈服准则进行研究,推导了双参数抛物线强度准则的多种表达形式,分析了该屈服准则在应力空间中的展布特征,证明了双参数抛物线准则在偏平面上分别以两种曲线形式出现,即分段抛物线和分段直线,两者在应力空间中是光滑连接的.两种曲线构成的屈服轨迹都含有角点,对角点进行了修圆处理.通过将该屈服准则嵌入有限元程序,实现了基于双参数抛物线型屈服准则的破坏计算分析.     

一种改进的真三轴Hoek–Brown强度准则

Hoek–Brown强度准则已经广泛应用于岩石与岩体力学分析、岩石边坡稳定性分析、岩石隧道设计等领域,但常规Hoek–Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响,应用上不能反映岩石的真三轴力学性能,因此有必要对Hoek–Brown强度准则进行改进。通过分析岩石的真三轴试验结果,明确了岩石中间主应力对岩石强度的影响存在增强和抑制两种特征,当中间主应力大于临界值$sigma_2^*$时,岩石强度被增强;当中间主应力小于临界值$sigma_2^*$时,岩石强度被减弱。基于中间主应力的临界应力状态,引入中间主应力系数β,将一种2维Hoek–Brown强度准则改进为真三轴Hoek–Brown强度准则。采用非线性拟合方法确定了模型中的参数,通过对比8种岩石类型的真三轴试验数据,对改进后强度准则的精确性和普适性进行验证,并与其他3种真三轴强度准则做对比。结果表明：改进的真三轴强度准则的最佳参数m取值均能落在Hoek和Brown建议的取值区间,能够继承Hoek–Brown强度准则的优点。改进后的强度准则对8种岩石类型的均方根差（RMSE）均低于另外3种准则,能够准确预测岩石强度,且适用于大多数岩石类型,较好地体现了中间主应力对岩石强度的影响;Pan–Hudson准则总是在低σ₂条件下高估岩石强度值,在高σ₂条件下低估岩石强度值;Zhang–Zhu和Priest准则对岩石类型具有较强依赖性,描述精度较差。因此,改进的真三轴Hoek–Brown强度准则具有重要的应用推广价值。