干燥-饱和循环作用下砂质泥岩抗剪性能劣化试验研究

西部生态脆弱矿区煤炭开采过程中的地下水资源保护与利用是实现该区域煤炭绿色开采的前提和必要条件。其中,保水开采与地下水库技术的广泛应用为解决煤水共采问题提供可能。本文以煤矿地下水库煤岩边界在水反复浸入条件下稳定性变化为研究背景,以神东矿区乌兰木伦矿3-1号煤层顶板砂质泥岩为研究对象,通过无损浸水试验获得试样的自然吸水性规律,获得试样含水率到达饱和状态的浸水时间。根据浸水时间,对试样进行干燥-饱和反复浸水,得到不同循环浸水试样含水率随浸水次数呈指数增加关系,而试样抗剪强度和浸水次数呈指数降低关系。黏聚力随浸水次数的增加呈下降趋势,而内摩擦角先增加后减小,表明材料的均一性以及破裂面的形态及裂隙发育的形态、尺寸、方向变化造成了内摩擦角增加,而后期循环浸水占主导因素,表现为内摩擦角减小。根据黏聚力、内摩擦角与干燥-饱和循环次数的关系,建立了基于干燥-饱和循环次数的Mohr-Coulomb准则。声发射计数曲线与剪应力曲线有较强的对应性,在试样破坏时刻声发射事件明显增加,对应声发射累计计数曲线的明显上升阶段。试样在破坏过程中以低RA值为主,破坏时刻对应高RA值,即试样破坏过程中的基础裂隙类型是张拉裂隙,破坏时刻对应明显的剪切裂隙。研究结果表明,地下水库边界煤岩柱在地下水库蓄水-抽水过程中,在浸水-失水作用下其强度发生显著变化,建议在构建地下水库时应考虑水作用引起的边界煤岩柱强度弱化作用。     

摩尔-库仑强度准则计算冻结壁应力场和位移场

将冻结壁视为无限长轴对称厚壁圆筒,利用摩尔-库仑强度准则对冻结壁进行弹塑性分析,得到了平面应变状态下应力场和位移场分布特征,对充分发挥冻结壁承载力和深井冻结壁设计具有一定的参考意义。     

基于ABAQUS软件的大直径桩承载力-变形分析

土的弹塑性本构模型分别采用扩展Drucker-Prager模型和Mohr-Coulomb模型,桩-土接触面采用主从接触面模型,利用ABAQUS软件,对两根大直径桩的静载荷试桩结果进行了三维有限元数值模拟,结果表明:当土的内摩擦角Φ≤22°时,采用扩展Drucker-Prager模型较Mohr-Coulomb模型更好地模拟出大直径单桩竖向荷载作用下的荷载-沉降关系曲线;但当Φ＞22°时,Mohr-Coulomb模型也能很好地模拟出大直径单桩的荷载-沉降关系曲线.     

考虑σ2作用的加筋土挡墙筋材设计计算

通常加筋土挡墙筋材拉力和锚固区长度的设计计算是基于莫尔-库仑准则得到的，没有考虑中主应力σ2的影响，而双剪强度理论克服了莫尔-库仑准则的不足，并利用双剪强度理论的φ1，Ct参数替代莫尔-库仑抗剪强度指标。基于双剪强度理论（m=1）计算分析了挡墙筋材拉力大小及其锚固区长度，并将该结果与基于莫尔-库仑准则计算的结果进行了对比，结果表明墙高较小时两者结果基本一致，而墙高较大时，双剪强度理论计算结果大于莫尔-库仑准则计算的结果。     

基于二阶损伤张量的节理岩体各向异性屈服准则

 为了在节理岩体的本构关系中反映岩体几何特征的影响，采用一个二阶损伤张量，将岩体各方向截面的连通率表示为其截面法向的连续函数。根据连通率将完整岩体与完全裂隙的内摩擦系数与粘聚力加权平均得到节理岩体的各向异性抗剪材料参数，从岩体的面抗剪强度准则(莫尔–库仑条件)出发，建立了各向异性节理岩体的抗 剪屈服准则隐式表达式。在主应力轴空间内，将损伤张量分解为各向同性部分和偏量部分，以损伤张量为各向同性时的临界屈服面单位法向量和显式屈服准则的解为基础，导出了一般情况下具有一阶精度的临界屈服面单位法向量的解，相应的显式各向异性屈服准则表达式为主应力的二次式，其系数是损伤张量的函数。研究了二阶损伤张量的6个独立参量：3个主值及其主轴与主应力轴的Euler角对岩体屈服各向异性的影响。针对6个参量取值的几种代表性情况，分别采用隐式屈服准则和具有一阶精度的显式屈服准则计算出屈服应力，绘出了偏平面和子午面内岩体屈服曲线的形状。研究表明，提出的节理岩体各向异性显式屈服准则具有很高的精度。     

岩石粘弹塑性本构关系及改进的Burgers蠕变模型

软弱岩石一般具有粘弹塑性共存特性,而典型的Burgers蠕变模型只能描述材料第三期蠕变以前的粘弹性规律,因此,本文基于Mohr-Coulomb准则,提出了新的塑性元件,该元件假定材料屈服后完全服从Mohr-Coulomb塑性流动规律。将该元件与典型的Burgers模型串联,形成了能模拟粘弹塑性偏量特性和弹塑性体积行为的改进型Burgers蠕变模型,推导了相应的粘弹塑性本构关系。给出了模型参数的求解方法,编制了相应的数据处理程序,并结合工程实例,对蠕变模型参数进行了拟合和加权平均取值。应用结果表明:试验曲线与理论计算曲线吻合,改进的Burgers蠕变模型能较好的描述岩石的蠕变特性。     

加竹筋三轴剪切及有限元对比试验

以攀枝花学院足球场竹筋高填方边坡为例,通过在试验室制备了重塑昔格达土、三七灰土以及加竹条三七灰土试样,并进行三轴剪切试验对比了三种试样的三轴剪切特性,获取进行有限元试验的基本物理参数,分析了竹筋和灰土对于土体的改性机理。通过在ABAQUS建立基于摩尔—库仑塑性理论的三轴剪切试验模型,模拟三轴剪切试验的全过程,对比了加竹筋灰土有限元模型分析结果和三轴试验机数据,为边坡长期稳定性和地震动荷载下的稳定性分析的有限元建模作基础。     

太沙基地基极限承载力的双剪统一解

采用双剪统一强度理论,导出了太沙基地基极限承载力公式,绘出了强度理论参数b的影响曲线。所给出的解可以灵活地适用于各种不同特性材料地基承载力的计算。已有的Mohr-Coulomb解、双剪强度理论解均为其特例。统一解大于Mohr-Coulomb、双剪强度理论解,它可以更好地发挥地基材料的强度潜力,工程应用可获得明显的经济效益。     

网格疏密对MC模型计算精度的影响

在有限元计算中,结果的精确程度在很大程度上都依赖于网格的疏密程度。因而,很有必要去研究网格的疏密程度对计算结果精度的影响。本文基于摩尔库伦模型对浅基础进行了模拟,分别测试了几种不同的网格对计算结果的影响。结果表明:网格的疏密对计算结果影响很大,不同疏密程度网格模型得到的计算结果之间的差距可达50%以上,采用具有局部加密的网格模型和适当的局部网格密度对于提高计算精度是十分必要的,这样可使模型尽量地小,从而减少计算量,提高计算效率。     

Representation of Crack-Tip Plasticity in Pressure Sensitive Geomaterials: Large Scale Yielding

We model large scale Mohr-Coulomb yielding that accompany fractures in weak rocks, by means of dislocations. The basic equations are derived from a simple model of the crack tip plasticity which represents the plasticity by superdislocations placed at the effective centres of the crack tip process zone.