岩石三维强度准则的研究

结合非线性统一强度理论与Hoek-Brown强度准则,以Hoek-Brown强度准则构建子午面上的强度曲线,以非线性统一强度理论构建偏平面上的强度曲线,通过应力空间变化方法将子午面上强度曲线与偏平面上强度曲线进行结合,从而建立一种新的岩石三维强度准则。建立的强度准则在子午面上为非线性,考虑岩石材料的静水压力效应;在偏平面上强度线涵盖了从上限Drucker-Prager圆到下限Matsuoka-Nakai曲线之间的所有区域,可较好模拟岩石材料的中间主应力效应。强度面光滑、外凸,可用于建立岩石的屈服函数。强度准则共有3个材料参数m_t、σ_c、m_i,各参数可通过岩石试验数据确定且具有明确的物理意义。另外,该文提出一种m_t的近似求解公式,总的参数可退化为σ_c和m_i,与Hoek-Brown准则基本参数一致,可由岩石常规三轴压缩试验按Hoek-Brown提出的回归公式确定。与国内外学者已开展的岩石材料三轴试验结果进行对比,建立的强度准则与试验数据吻合良好,可合理描述岩石材料的非线性强度特性。其次,通过引入地质强度指标GSI,建立的强度准则可应用于较为完整的岩体（GSI>25）,对于较为破碎岩体（GSI<25）需做进一步的研究。     

用统一强度理论求解轴对称混凝土板的冲切强度

本文采用统一强度理论作为混凝土的破坏准则，求解了轴对称混凝土板的冲切破坏强度，利用上限定理求出了一组破坏荷载，得出了强度理论参数 对冲切强度的影响曲线。所得的解可以考虑材料的中间主应力效应对冲切破坏强度的影响, 可以灵活地应用于工程上的各种不同材料, 公式形式简单便于应用, 且与已有结果及试验资料符合较好。     

公路工程路堤临界填土高度一种计算方法研究

路堤临界填土高度是公路工程中一个非常重要的问题,填筑高度小于临界填土高度时,地基的变形和稳定能得到控制。依据极坐标表示的弗拉曼公式和统一强度理论,考虑中间主应力σ₂对地基承载力的影响,推导出土的静止侧压力系数K₀≠1条件下地基的临塑与临界荷载公式,提出路堤临界填土高度一种计算方法。结合算例,对中间主剪应力系数b和土的静止侧压力系数K₀取不同值时,临界荷载与路堤临界填土高度计算结果进行了对比分析,结果表明:基于统一强度理论得到的计算方法能确切地反映地基承载力的实质,使地基土体强度得到充分的发挥。     

双层组合厚壁圆筒弹脆塑性极限内压统一解

基于三剪统一强度准则和弹脆塑性软化模型,考虑材料的脆性软化和中间主应力效应,推导了双层组合厚壁圆筒弹脆塑性极限内压统一解,探讨了粘聚力、内摩擦角、半径比、强度理论参数和中间主应力系数的影响特性,克服了以往基于Tresca屈服准则、Mises屈服准则或双剪强度理论的理想弹塑性解的不足。研究结果表明:中间主应力、材料模型和脆性软化对厚壁圆筒的极限内压均有显著影响。该文所得统一解具有广泛的适用性和理论意义,不但可退化为现有公式,而且还能得到系列化的新解答,对组合厚壁圆筒的设计及工程应用有重要参考价值。     

基于统一强度理论的厚壁套管柱三轴抗拉强度

为了研究油气井厚壁套管柱的力学性能,基于统一强度理论,合理考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了厚壁套管柱三轴抗拉强度的计算公式,分析了内外压比、材料的拉压比、中间主应力和径厚比等因素对不同工况下套管柱三轴抗拉强度的影响特性。研究结果表明:强度准则的选用对套管柱的三轴抗拉强度具有显著影响;材料拉压强度不等特性(SD效应)对套管柱的三轴抗拉强度也具有显著影响,当内外压比小于或等于1时,套管柱的三轴抗拉强度随材料拉压比的增大近似线性提高,当内外压比大于1时,材料SD效应的影响与外荷载有关;考虑中间主应力效应可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能,提高套管柱的三轴抗拉强度,具有一定的经济效益;内外压比和径厚比对套管柱的三轴抗拉强度也具有一定的影响。该文计算公式适用于具有SD效应和中间主应力效应的材料,并将多种屈服准则下套管柱三轴抗拉强度的表达式统一起来,具有广泛的适用性,可为油气井厚壁套管柱的设计提供借鉴。     

钢纤维混凝土方形板的冲切强度统一解

该文基于统一强度理论对钢纤维混凝土方形板的冲切承载力进行了理论分析,推导了冲切破坏强度的计算公式。所得的解考虑了板的抗弯能力、纵向钢筋以及材料的中间主应力效应对冲切破坏强度的影响,可以灵活地应用于各种不同材料。将该文的理论计算值与试验值进行了比较,二者吻合较好。     

基于统一强度理论的大型浅圆筒仓侧压力计算

为合理计算大型浅仓贮料的侧压力,该文基于统一强度理论,采用静力平衡分析法,综合考虑了中间主应力、仓壁与贮料间的摩擦力以及由于锥堆产生的超压等影响,推导出大型浅仓侧压力计算公式,并与试验实测、Rankine公式和Coulomb公式进行了对比验证,探讨了统一强度理论参数、内摩擦角和贮料与仓壁间摩擦系数等影响特性。结果表明:该文计算值与试验实测值吻合较好,且计算简练;锥堆时Coulomb公式结果偏大,Rankine公式结果偏小,平堆时Coulomb公式和Rankine公式的结果均偏保守;统一强度理论参数、内摩擦角对侧压力的影响显著,贮料与仓壁间摩擦系数的影响较小。     

基于双剪统一强度理论的圆板塑性极限分析

通过对轴对称弯曲圆板在塑性极限状态下应力和弯曲内力的分布研究,建立了双剪统一强度理论下用弯矩表示的屈服条件,即广义双剪统一屈服条件。该广义双剪统一屈服条件是一条对称的外凸闭合折线,可应用于由各种拉压强度比及剪压强度比材料构成的圆板和环板的塑性极限分析。对均布荷载作用下的简(固)支圆板进行了塑性极限分析,得出了圆板的塑性极限荷载、塑性极限状态时的内力场和速度场,分析了拉压强度比α以及中间剪应力影响系数b对塑性极限承载力的影响。     

基于线性强化模型的双层厚壁圆筒极限内压统一解

基于双剪统一强度理论与双线性强化模型,考虑材料拉压强度的不同及中间主应力效应的影响,推导了均匀内压作用下双层厚壁圆筒的弹、塑性极限内压解,分析了强化模量系数、拉压强度比、统一强度理论参数、内外半径比及分层半径对弹、塑性极限内压统一解的影响。结果表明:随着外径与内径之比的增大,弹、塑性极限内压增加,随着统一强度理论参数的增大,其值增加,随着拉压强度比的增大,其值减小;弹性极限内压与强化模量系数的取值无关,塑性极限内压随着强化模量系数的增大而增加;内外筒的分层半径对弹性极限内压有显著影响,而对塑性极限内压的影响较小。工程应用中,应选择较为合理的壁厚,使其在安全的基础上承受更大的内力;应充分考虑材料中间主应力及拉压强度比的影响,更准确的计算其受力情况,充分发挥材料的潜能。     

砌体填充框架结构极限承载能力计算的一种新方法

为合理地评估砌体填充框架结构的极限承载能力,针对工程中常见的破坏模式,基于双参数统一强度理论提出了一种新型计算方法。该方法考虑了填充砌体与外围框架构件之间的剪应力、填充块材的单边效应及中间主应力效应、几何高宽比、框架构件与砌体相对强度等因素的影响。报道了砌体填充钢筋混凝土框架结构模型试验结果,理论计算值与试验数据吻合较好。最后,对文献建议的多种极限承载能力计算方法进行了分析与探讨。     

混凝土结构I型裂纹裂尖塑性区研究

应用双剪统一强度理论,研究了I型裂纹的塑性变形问题。给出了包含反映材料拉压性能差异的参数拉压比及反映中间主应力效应的参数b的I型裂纹裂尖塑性区形状和大小的统一解。已有的Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb准则解均是本文的特例或线性逼近。针对混凝土结构,画出了不同参数b情况下的裂尖塑性区半径变化图。得出了材料拉压比对I型裂纹裂尖塑性区影响很大。b对I型裂纹裂尖塑性区影响随拉压比的不同而不同,拉压比较大时,b对塑性区影响大,拉压比较小时,b对塑性区影响小的结论。该统一解可以适应于各种不同材料,能充分发挥材料潜力,具有普遍性和广泛的适应性,有一定的工程应用价值。结论对于研究各种材料的断裂问题有参考作用。     

基于统一强度理论的密肋复合墙体开裂荷载计算

通过对密肋复合墙体进行水平低周反复加载试验研究,介绍墙体的主要破坏过程和受力特点;采用考虑中间主应力σ2影响、拉压性能不同且适用于各种材料复杂应力状态下的双剪统一强度理论,推导出墙体初始开裂荷载的实用计算公式,并与采用最大拉应力理论所得到的计算值进行对比分析。结果表明:采用双剪统一强度理论得到的开裂荷载值与采用最大拉应力理论的计算值相比更接近试验值,对于实际工程,具有一定的准确性、经济性与适用性。     

中低速长杆弹侵彻半无限岩石靶的动态响应研究

该文将统一强度理论与岩石材料动力强度依赖应变率效应的物理模型相结合,建立了岩石材料在侵彻等动力荷载作用下的率型动态统一强度准则。基于修正的土盘浮动锁应变模型,考虑应变率效应、中间主应力效应、强度准则差异和弹头滑动摩擦的影响,推导了土盘整体平均锁应力和整体平均锁应变的表达式。采用MATLAB数值计算软件和四阶Runge-Kutta算法编制计算程序,求解了中低速（V ≤ 900 m/s）长杆弹侵彻条件下弹体的侵彻深度,研究了侵彻过程中弹体的运动规律及靶体的动态响应,分析了各参数对弹体侵深的影响特性。研究表明:该文计算方法可以较好地描述整个侵彻过程中弹、靶的动态响应,还可以得到一系列基于不同强度准则的侵彻深度的解析解,有效地预测弹体侵深的上限值和下限值;中间主应力效应、强度准则差异和弹头滑动摩擦对岩石靶的抗侵彻性能具有重要影响。     

基于常规三轴试验的岩石双剪强度准则

基于岩土体的双剪强度理论和已有的一些岩石真三轴强度试验资料,提出了一个岩石双剪强度准则的推广型式,探讨了该强度准则相关参数的选取问题,验证了该强度准则的合理性,并指出双剪强度准则有一个)()(8mfgsqts=的函数表达型式。研究表明岩石的tc88/tt随平均主应力ms的变化而变化,当ms较小时tc88/tt比值较大,而当ms较大时tc88/tt比值较小。这种现象一方面论证了随着ms的增大,岩石有逐步向着均质化方向发展的趋势;另一方面也说明了在较低的ms应力水平下,Drucker-Prager强度准则对岩石类材料是不适合的。     

基于统一强度理论的生态复合墙体等效斜压杆宽度计算

结合前期框格和复合墙体的试验研究结果,分析生态填充砌块与框格的受力特性;采用考虑中间主应力σ2影响、拉压性能不同且适用于各种材料复杂应力状态下的双剪统一强度理论,推导简化计算模型中等效斜压杆的宽度表达式,并与试验值进行对比,验证理论计算结果的精确性。此表达式可为复合墙体中填充不同生态块材计算等效宽度提供统一解;有限元数值结果和试验值吻合较好。该模型可用来分析生态复合墙体的动力反应特性。