考虑中间主应力影响的主动土压力计算

在平面应变条件下,分别推导了松冈元-中井照夫破坏准则、Lade-Duncan破坏准则和俞茂宏双剪统一强度准则的表达形式,并将平面应变条件下和常规三轴压缩条件下的土体抗剪强度指标联系起来.在此基础上,得到了考虑中间主应力影响的主动土压力计算公式.计算表明,只要填土的内摩擦角大于0,考虑中间主应力影响的主动土压力值都小于Rankine主动土压力值,但不同的破坏准则,其计算结果相差较大.     

广义双τ2强度理论在土压力计算中的应用

为了验证土压力计算公式的可行性,基于广义双τ²强度理论,推导了粘性土的主动土压力与被动土压力计算公式,运用三向应力计算公式克服了Mohr Coulomb屈服准则的不足,使土压力计算更符合实际.以一工程实例进行计算,并与朗肯土压力理论、双剪强度理论结果进行对比,结果显示,基于广义双τ²强度理论计算的主动土压力能充分考虑土体的粘性,克服了朗肯主动土压力值偏大的缺点;被动土压力计算中考虑了土体的屈服变形,所得结果比其他方法的计算结果小,但可直接应用于工程不需考虑变形较大时的被动土压力折减.此外,探讨了中间主应力系数对土压力的影响.研究结果对复杂应力状态下土压力的计算和挡土墙的设计具有参考价值.     

重力式挡土墙主动土压力平面与空间算法的对比分析

计算重力式挡土墙主动土压力的传统方法如郎肯理论、库伦理论均将挡土墙视为平面问题来研究,但实际上挡土墙墙背填土主动土压力具有空间特性。文中对重力式挡土墙主动土压力的计算从平面问题和空间问题两方面进行了理论分析。实例的数值计算结果表明,按平面问题计算的重力式挡土墙的主动土压力比按空间问题计算的主动土压力较为保守,但按空间问题计算的主动土压力较按平面问题计算的主动土压力也存在安全富余量偏小的问题。     

刚性挡土墙绕墙顶转动时的被动土压力分布

为了能够用较简单的数值公式模拟挡土墙变位后的土压力分布,并能较好地反映试验实测结果,根据土体微分单元体的静力平衡条件,建立了挡土墙绕墙顶转动情况下被动土压力分布的计算表达式;同时进行了被动土压力合力、作用点与库仑土压力及实测结果的分析比较．公式很好地反映了实测曲线的非线性分布,同时被动土压力合力与库仑被动土压力基本相同,合力作用点接近于0.27倍墙高处．可以供设计参考使用。     

考虑中主应力影响的非均质土体主动土压力上限解

本文基于对数螺旋线破坏机构,同时考虑黏聚力随深度变化,推导了墙背倾斜及粗糙情况下的挡土墙主动土压力计算公式.为了更贴近实际情况,考虑了基于统一强度理论土体中主应力对土压力的影响.为了准确计算土压力,把主动土压力计算转化为优化问题进行求解,并引入万有引力算法搜索最危险滑裂面.通过与已有的均质和非均质土层中土压力研究结果对...     

砂土各向异性对挡土墙抗震性能影响数值分析

指出相同砂土在不排水三轴拉伸条件下测得的临界状态强度远低于在三轴压缩条件下的强度,这归因于土的各向异性.挡土墙在地震作用下变形与破坏的程度与填土的临界状态强度密切相关.正确估计土的强度对于评价挡土墙的抗震性能具有重要意义.对于受被动土压力作用的挡土墙,如果不考虑土的各向异性,可能会过高估计土的临界状态强度,即土液化后能够提供的被动土压力的大小,从而过高估计挡土墙的安全储备.对挡土墙抗震性能进行完全耦合有效应力分析,计算结果表明:对于受被动土压力作用的挡土墙,砂土内在各向异性对其抗震性能影响显著;对于受主动土压力作用的挡土墙影响轻微.     

非饱和土广义有效应力三剪强度准则及验证

基于非饱和土广义有效应力原理和三剪强度准则,用广义有效应力对三剪强度准则中的有效应力进行替换,推导得到新的基于广义有效应力的非饱和土三剪强度准则。根据新准则的表达式画出它在π平面上的极限线和p′-q平面上的子午线,并对其极限线和子午线进行特征分析,得到它的外凸型π平面极限线和非外凸型π极限线分界b0值。分析不同的中间主应力影响系数、净平均主应力、饱和度和基质吸力对π平面极限线的影响。新准则不仅能考虑中间主应力影响效应,还能考虑拉压不等效应,它是一系列准则的统一表达形式。当中间主应力影响系数取不同的值时就成为不同的准则,可以向其他准则作非线性逼近。最后为了确定所得到的新的非饱和土强度准则是否正确,采用文献结果验证的方法。验证表明新的基于广义有效应力的三剪强度准则计算结果能够很好地预测文献中的试验结果。     

刚性挡土墙被动土压力的计算及影响分析

动力决于、体力,体位、．在总结被动土压力研究成果的基础上,假定土体为库仑材料,根据极限平衡理论和库仑破坏准则,提出被动土压力的计算通式,并分别用郎肯和库仑土压力理论对该通式进行验证．分析被动土压力的影响因素,认为非饱和土含水量的变化、饱和土中地下水的运移、土的应力历史、挡土墙的刚度和位移、时间等对被动土压力均有很大影响．     

横观各向同性土体挡土墙被动土压力研究

大多天然土体具有横观各向同性的特点,在同一个模型中,采用分块处理的方法来讨论横观各向同性土的被动土压力变化;基于最小二乘法原理和组构张量理论,研究位移一次和分步多次施加两种方法,计算土体大主应力方向与沉积面法线方向之间的夹角变化,得到模型分块后各分块新的土体强度参数c_i和φ_i,进而分析各向异性下的被动土压力变化。研究表明：考虑土体横观各向同性后,达到极限平衡时土体经多次位移施加得到的被动土压力比一次位移施加要小,且接近库伦土压力理论解;土体沉积面倾斜对被动土压力的影响要比沉积面水平时引起的影响更为显著;4种屈服准则下得到的被动土压力的差异大小与理论分析相符合。     

刚性挡土墙平动模式下中间被动土压力的计算

为了准确地设计挡土墙,研究非极限位移时的土压力计算.将非极限状态下的被动土压力定义为中间被动土压力,分析土体的破坏机理,建立内外摩擦角与位移之间的关系公式.改进库仑土压力理论,根据静力平衡条件,推导出在刚性挡土墙平动模式下中间被动土压力强度、中间被动土压力合力和中间被动土压力系数的理论公式.分别计算分析填土为干砂及填土为饱和砂土的模型试验,与实测数据进行对比,发现两者结论比较吻合.在平动模式下,中间被动土压力与被动土压力系数均随着位移的发展而增大,且在任一位移时中间被动土压力沿墙高近似成线性分布.     

Elasto-plastic analysis of the surrounding rock mass in circular tunnel based on the generalized nonlinear unified strength theory

The present paper aims to establish a versatile strength theory suitable for elasto-plastic analysis of underground tunnel surrounding rock. In order to analyze the effects of intermediate principal stress and the rock properties on its deformation and failure of rock mass, the generalized nonlinear unified strength theory and elasto-plastic mechanics are used to deduce analytic solution of the radius and stress of tunnel plastic zone and the periphery displacement of tunnel under uniform ground stress field. The results show that: intermediate principal stress coefficient b has significant effect on the plastic range,the magnitude of stress and surrounding rock pressure. Then, the results are compared with the unified strength criterion solution and Mohr–Coulomb criterion solution, and concluded that the generalized nonlinear unified strength criterion is more applicable to elasto-plastic analysis of underground tunnel surrounding rock.     

一种考虑主应力空间的岩石非线性真三轴强度准则

为评估岩石的真三轴强度特性,首先根据常规三轴试验岩石强度的变化规律,提出基于偏应力极值的非线性强度准则,并与12种岩石试验强度和4种典型岩石强度准则进行对比,发现该强度准则的预测值与试验强度非常接近,相关性系数R~2均在0.98以上,平均相对误差(MAPE,E_(MAP))均小于4%(除7号岩石为6.83%);该强度准则、指数准则、H-B准则、MM-C准则和D-P准则对所有12种岩石预测E_(MAP)的平均值分别为2.32%、2.43%、5.28%、7.39%和13.74%,说明该强度准则能够很好地预测不同类型岩石的强度,其预测精度略优于指数准则(岩石力学界认为预测精度较高的强度准则),远好于其他3种强度准则。在上述所建常规三轴强度准则的基础上,通过引入中主应力参数和罗德应力参数,构建考虑中主应力效应的真三轴强度准则,并与8种岩石的真三轴试验强度进行对比,该强度准则很好地反映了大主应力随中主应力的增加呈先增大后减小的变化规律,所得R~2均在0.9以上,其中5种岩石的R~2大于0.96;除了13和14号岩石(E_(MAP)分别为7.79%和4.84%),其余6种岩石的平均相对误差E_(MAP)均小于4%,说明该强度准则能够较好地预测岩石的真三轴试验强度,很好地反映了中主应力效应,具有良好的普遍适用性。子午面和偏平面的应力空间特征也说明该强度准则很好地反映了岩石的静水压力效应和中主应力对大主应力的影响规律。     

挡土墙后土体拱效应分析

考虑墙土摩擦角对挡土墙后土体滑裂面倾角的影响,对小主应力拱形状进行了理论分析.根据土拱形状计算平均竖直应力,由此得到了对应不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧土压力系数,将其用于水平微分单元法求解挡土墙主动土压力,得到了挡土墙主动土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,并与库仑土压力理论和模型试验数据进行了比较分析.结果表明,挡土墙主动土压力强度为非线性分布,与模型试验结果基本吻合;土压力合力与库仑土压力合力相等.     

Generalized non-linear strength theory and transformed stress space

It is very important to describe the strength behavior of various materials undergeneral stress states. Present strength theories can be classified into two kinds: one islinear strength theory, such as Tresca criterion, Mohr-Coulomb criterion etc. By linearstrength theories, which have been widely used, some concrete solutions can be got inthe application of limit equilibrium theory. However, the Tresca criterion and theMohr-Coulomb criterion etc. cannot reflect the influence of intermediate…     

基于双剪统一强度理论的刚性结构物竖直土压力计算

采用双剪统一强度理论,考虑中间主应力的影响,对沟内埋管的竖直土压力进行计算,得到了刚性结构物的竖直土压力的统一解。该统一解具有普遍性,既适用于拉压强度不同的材料,也适用于拉压强度相同的材料。计算结果表明,当拉压比一定时,随着填土厚度的加深,竖直土压力随着中间主应力系数的增大而减小,即沟壁向上的摩阻力对管顶上土压力的卸荷作用更加明显。应用双剪统一强度理论可以得出更符合土体性质的竖直土压力,可以更好地发挥材料的强度潜能,使其在工程应用中取得显著的经济效益。     

基于Mogi-Coulomb强度准则的隧道围岩理想弹塑性解答

合理选择岩石强度准则对隧道应力及位移预测和支护设计都具有重要意义,基于Mogi‐Coulomb强度准则和理想弹塑性模型,通过中间主应力系数反映中间主应力的影响,推导了圆形隧道围岩应力和位移的解析解,并对所得结果进行比较与验证,得到了中间主应力和围岩抗剪强度参数的影响特性。研究表明：具有广泛的适用性和较好的可比性,Mohr‐Coulomb强度准则解答和Matsuoka‐Nakai准则解答均为其特例;结果关于中间主应力系数 b＝0.5对称,较好地反映了岩石强度的中间主应力效应及其区间性;粘聚力及内摩擦角对围岩塑性区半径和隧道洞壁位移的影响显著,应充分考虑中间主应力影响及围岩抗剪强度参数变化对隧道设计与施工的影响。     

考虑中间主应力的深埋圆形巷道弹塑性位移解

平面应变条件下的深埋圆形巷道一般忽略中间主应力的影响,但塑性区围岩的变形与实际情况会产生较大差异．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,在此基础上推导了理想弹塑性材料在塑性阶段的中间主应力表达式;根据所得的中间主应力表达式结合关联流动法则．不引入任何假设,得出塑性区体积扩容的关系式;进一步推导了考虑中间主应力影响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,考虑中间主应力的解答为深埋圆形巷道的计算与设计提供更为科学的理论基础．     

Critical embedment depth of a rigid retaining wall against overturning in unsaturated soils considering intermediate principal stress and strength nonlinearity

The overturning stability is vital for the retaining wall design of foundation pits, where the surrounding soils are usually unsaturated due to water draining. Moreover, the intermediate principal stress does affect the unsaturated soil strength; meanwhile, the relationship between the unsaturated soil strength and matric suction is nonlinear. This work is to present closed-form equations of critical embedment depth for a rigid retaining wall against overturning by means of moment equilibrium. Matric suction is considered to be distributed uniformly and linearly with depth. The unified shear strength formulation for unsaturated soils under the plane strain condition is adopted to characterize the intermediate principal stress effect, and strength nonlinearity is described by a hyperbolic model of suction angle. The result obtained is orderly series solutions rather than one specific answer; thus, it has wide theoretical significance and good applicability. The validity of this present work is demonstrated by comparing it with a lower bound solution. The traditional overturning designs for rigid retaining walls, in which the saturated soil mechanics neglecting matric suction or the unsaturated soil mechanics based on the Mohr-Coulomb criterion are employed, are special cases of the proposed result. Parametric studies about the intermediate principal stress, matric suction and its distributions along with two strength nonlinearity methods on a new defined critical buried coefficient are discussed.