Mohr-Coulomb屈服准则在岩质边坡强度折减中的适用性探讨

在岩质边坡中,采用Mohr-Coulomb屈服准则进行有限元强度折减,发现软岩边坡贯通破坏,而硬岩边坡在折减系数很高的情况下也未发生破坏,说明Mohr-Coulomb准则不适用于硬岩边坡强度折减。究其原因,认为Mohr-Coulomb准则未考虑岩石受拉屈服是导致误差发生的主要原因。通过对Mohr-Coulomb准则在拉剪区进行拉伸修正,建立了剪切和拉伸复合破坏型Mohr-Coulomb准则,然后重新对岩质边坡模型进行有限元强度折减,验证了理论结果的可靠性,修正后的Mohr-Coulomb准则对于剪切屈服和张拉屈服的岩质边坡有普遍的适用性。     

基于D-P准则的巷道围岩稳定性分析

基于以D-P准则为屈服函数建立的弹塑性本构模型,利用有限元数值模拟软件COMSOL Multiphysics对巷道围岩的稳定性进行了数值模拟,分析了巷道围岩的应力、位移分布情况,对比了以Mohr-Coulomb准则和D-P准则为屈服函数时巷道围岩的塑性区分布,探讨了巷道围岩的失稳破坏形式。研究表明,以Mohr-Coulomb准则为屈服函数时可能会低估巷道围岩塑性区分布范围;巷道两帮首先发生拉伸破坏,随后发生剪切破坏,最终形成X状共轭剪切破坏。     

考虑最大线应变理论的多重破坏机制PMC强度模型

随着深部开采工程的快速发展,岩石在高应力作用下呈现出与浅埋条件下明显区别的破坏模式和破坏强度,在这个过程中岩石伸长、剪切及压密屈服等多种破坏机制共生。针对上述问题,本文以最大线应变理论、PMC过渡型准则为理论基础,提出了适合深部岩体破坏模式过渡特征的强度理论,揭示了岩体低强度破坏内在机理,并提出了广义剪应力、平均应力及应力洛德角为参量的多破坏机制影响下强度准则的不等式统一形式。同时,采用多重破坏机制PMC强度模型对砂岩和花岗岩试验数据进行拟合。研究结果表明,岩石强度表现出了较为明显的分段强度特征,符合多重破坏机制影响下强度规律,从而验证了多重破坏机制PMC强度模型对于岩石材料的适用性。     

盘形滚刀破岩过程有限元数值模拟

根据岩石Drucker-Prager塑性屈服准则和岩石的力学特性,利用ABAQUS软件建立岩石隧道掘进机(TBM)滚刀破岩的有限元模型,并模拟了滚刀的破岩过程,分析了滚刀破岩机理.模拟结果表明,不同的滚压深度对岩石破碎具有不同的效果.对于所选定的岩石力学参数,当滚压深度为4.8 mm时,岩石出现破碎.这对改进刀盘参数的设计,提高掘进效率具有一定的指导意义.     

基于PMC模型的破坏模式转化型强度准则

进入深部后,受高应力、强扰动影响,岩石岩体中拉断、剪切及压密屈服等破坏模式共生的现象凸显,深部岩石表现出明显地非线性行为,岩石破坏在多种破坏机制中转化。深部岩体强度理论需考虑中间主应力的影响,本文基于Paul-Mohr-Coulomb(PMC)准则,考虑多孔岩石破坏模式间的转化和高围压下裂隙坍塌的特征,提出了在高围压应力情况下,表征压剪屈服的Back-Paul-Mohr-Coulomb(BPMC)模型;推导了BPMC模型摩擦角包络线的表示方法,根据分段线性原则,在p-q平面中获得12边形BPMC线性破坏准则;基于应力不变量在p-q平面的转换关系,利用最小二乘法拟合获得了模型的特征参数。为了验证PMCBPMC准则及对应破坏模式转化理论的合理性,本文拟合了PMCBPMC模型,将拟合破坏面与试验数据进行对比;选用四川黄砂岩和金川大理岩,进行多组室内三轴压缩试验,研究不同围压下岩石破坏特征和强度特征,实验采用自主研发的便携式自密封岩石三轴试验高压舱加压系统。对试验数据进行拟合,获得的破坏包络线与实验数据拟合度较好;四川黄砂岩在围压达到90 MPa后出现剪应力峰值拐点,产生了孔隙坍塌型破坏,为压屈服破坏。结果表明:PMCBPMC模型能预测孔隙岩石的帽子屈服面,拟合岩石破坏模式从剪切破坏到压剪破坏的过渡,可预测不同围压下的破坏强度及对应破坏模式。     

考虑应变软化和扩容的圆形巷道围岩强度准则效应

为了研究强度准则效应对圆形巷道围岩稳定性的影响,首先对Mohr-Coulomb(MC)准则、Drucker-Prager(DP)准则、统一强度理论和Mogi-Coulomb(MO)准则等4种岩石材料常用的强度准则进行归纳总结,得到了平面应变条件下统一形式的屈服方程;然后将巷道围岩划分为破碎区、塑性软化区和弹性区,同时引入强度参数软化模量和扩容系数,考虑中间主应力效应、岩石峰后应变软化和扩容特性,推导了巷道围岩应力、位移和塑性区半径统一解,并对新解的各影响因素进行了对比分析。分析结果表明:本文所提出的新解不仅形式简洁,而且可以灵活匹配不同的岩石强度准则;不考虑中间主应力效应的强度准则相对偏于保守,考虑中间主应力效应时,MO准则和权系数<0.5的统一强度理论计算得到的塑性区半径和位移处于中间水平,而外接圆DP准则和权系数>0.5的统一强度理论对中间主应力效应考虑较多,选用时需谨慎;应变软化会使塑性区内围岩的性质得到进一步劣化,出现更大范围的破碎区,提高破碎区残余强度是一种有效的支护方法;巷道围岩的扩容特性不仅与剪胀角有关,而且还与塑性势函数有关,不考虑扩容将会低估围岩的真实变形。研究结果可为巷道围岩稳定性评价和支护设计提供重要理论参考依据。     

条采煤柱宽度的确定

以岩石力学的应力平衡方程和强度准则为理论基础，导出了条采煤柱屈服区的应力分布及其宽度表达式，最终给出了条采煤柱的宽度计算公式和表格计算方法，获得了较满意的效果。     

岩石强度理论研究

岩石强度理论是研究岩石在各种应力状况下的强度准则的理论,它表征岩石在极限应力状态下的应力状态和岩石强度参数之间的关系.由于强度理论在解决岩体工程实际问题的重要作用,所以,强度理论或强度准则是工程力学界的一个热门课题.数百年来,尽管提出了各式各样的岩石强度准则及其修正理论,但是,由于岩石材料力学性质的复杂性和非确定性,仍有许多问题没有很好地解决,各种观点之间的争鸣一直没有停止过.对于各种各样的强度理论,重要的不是公式的形式和计算,重要的是强度准则的基本思想和解决什么样的工程问题,即这个强度准则用于何处;如何应用强度准则更准确地解决工程实际问题.     

似静态锥体压入岩石的极限分析

引言本文利用极限分析的上限定理对锥形压头侵入岩石进行了近似分析。设岩石满足有小的张力破坏区的莫尔-库伦屈服条件。为了预测几何变化,根据非连续流变准则提出两种可能变形过程的运动学机理。实验观察了岩石中的某些现象,为了近似分析而估算了岩石变形时的膨胀及强度的下降。对锥体压入时岩块分裂问题进行了极限分析的运动     

基于Drucker-Prager准则下的深部软岩巷道粘弹塑性分析

通过建立深部巷道的力学模型,针对深部软岩巷道的流变问题,利用德鲁克-普拉格强度准则作为岩石塑性屈服条件进行粘弹塑性解析,避免了以往使用库仑强度准则没有考虑中间主应力影响的缺点,用于更全面描述巷道围岩的屈服和塑性破坏.结合粘弹塑性流变模型进行粘弹性区和粘塑性区的应力、位移分析,并且考虑塑性区扩容效应,最终得出结论:粘塑性区的应力解比经典解大,巷道周边位移是一个随时间变化的量,若不及时支护,巷道将破坏.     

承压水下开采顶板突水细观机理研究

为研究承压水下开采顶板突水的细观机理,应用断裂力学、弹塑性力学相关理论建立承压水下开采顶板力学分析模型,分析顶板岩体裂纹尖端塑性区应力场、位移场,并结合Mises屈服准则,得到裂纹尖端塑性区范围、裂纹尖端竖直方向的屈服区长度与剪应力、裂纹长度以及岩石的拉压极限应力强度相关。运用MATLAB数学软件编程分析,得到可以降低工作面顶板突水的可能性的方法。研究成果为预防顶板突水提供理论依据。     

Mises屈服准则及其在钻探工具强度设计中的应用

在地质钻探工具设计和使用过程中,需要用到强度理论或屈服准则对遇到的钻采设备、工具失效等问题进行分析。为帮助人们对Mises屈服准则(应力)的理解,从理论上阐述了Mises屈服准则与畸变能密度理论的关系,其实质就是第四强度理论。在弹塑性范围内,Mises屈服准则统一了单向拉压状态的第一强度理论、复杂应力状态的第三强度理论和第四强度理论。Mises屈服准则在有限元数值分析中获得了更为广泛的应用。     

全长注浆岩石锚杆与围岩体相互作用下的锚固机理研究

首先根据锚固体与围岩体界面遵循莫尔-库仑屈服准则建立了注浆岩石锚杆的剪应力的分布函数。在此基础上,根据围岩体与注浆岩石锚杆相互作用机理,建立了围岩体中注浆岩石锚杆的实际受力下的剪应力的分布函数和轴向载荷的分布函数。同时,根据中性点的概念,建立了中性点的计算公式。最后,详细分析了影响锚杆实际受力的各种因素对其受力的影响,为分析其锚固机理提供了一定的理论基础。     

不同屈服准则弹塑性本构的工程应用和比较

选择屈服准则是岩土工程数值分析重要环节。目前主流的数值分析软件主要采用MohrCoulomb准则、内接圆Druker-Prager准则、外接圆Druker-Prager准则和Zienkiewicz-Pande准则。分析了各个屈服准则的优缺点,并将其分别应用于某地下厂房洞室群开挖稳定分析,通过对比边墙位移、拱顶沉降、水平应力、垂直应力、塑性破坏区指标,研究岩土工程数值分析中采用不同屈服准则对洞室稳定性的影响。     

基于Drucker-Prager系列准则的矩形巷道塑性区宽度计算方法

基于不同屈服准则和应力平衡原理,运用DP系列屈服准则作为巷道围岩的塑性条件,推算出矩形巷道边帮的塑性区宽度的解析解,并分析了不同巷道宽度和屈服准则下的塑性区宽度的变形趋势,进一步分析了岩体内摩擦角与粘聚力对塑性区宽度的影响。结果表明,屈服准则的选取对于矩形巷道的塑性区宽度具有重要影响;相同巷道宽度下,DP1准则解最危险,DP4准则解最保守,DP3准则解DP2解准则解DP5准则解MC准则解,其中DP5准则解接近MC准则解,为巷道围岩塑性区提供了一种新算法。     

广义Hoek-Brown准则在露天矿边坡稳定性分析中的应用

Hoek-Brown屈服准则作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测和岩土工程计算领域应用最为广泛的准则。采用广义Hoek-Brown强度准则确定露天矿山边坡岩体力学参数,并结合FLAC3D对矿山露天边坡开挖进行稳定性分析,计算结果与矿山开采实际情况基本一致,现状边坡整体处于稳定状态,局部岩土体有变形破坏的可能。基于广义Hoek-Brown准则确定的边坡岩体力学参数可以用于分析和评价露天矿延伸开采边坡稳定性。     

基于粒子群算法的多剪强度准则研究

在摩尔库仑强度准则、德鲁克-普拉格强度准则、线性、非线性统一强度理论和三剪强度准则的基础上,考虑二十六面单元体上3组主剪面应力τ12、τ23、τ13及其面上的正应力σ12、σ23、σ13;八面体剪应力τoct及其面上的正应力σoct及3个主应力σ1、σ2、σ3共同作用,提出了多剪强度准则。根据已有的岩石真三轴试验结果,利用粒子群算法搜索出多剪强度准则参数并与三剪强度准则及双剪统一强度准则、摩尔库伦强度准则、三剪能量屈服准则相比较,证明该强度准则与试验结果吻合较好,适应于不同种类的岩石。另针对多数强度准则只在子午面或π平面作定性分析的情况,特别增加了σ1-σ2平面上的直接比较,结果表明,该强度准则具有非常好的适用性及推广价值。     

三轴条件下改进的Hoek-Brown准则的修正

改进的Hoek-Brown准则可以降低高围压下HB准则过高预测岩石三轴强度的偏差值。然而,该准则在实际应用中仍然存在局限:通过应用大量岩石三轴试验数据验证了该准则中岩石临界状态围压等于单轴抗压强度这个观点并不具有普适性,并得出该准则在围压高于岩石单轴抗压强度时对其预测的三轴强度与试验强度存在较大的偏差,而且该偏差随着围压的增大而增加。为克服改进的HB准则这个应用局限,通过应用岩石临界状态及岩石临界状态系数对该准则进行修正,提出了I-HB准则。应用大量岩石三轴试验数据对I-HB准则的适用性进行验证,结果显示该准则有效地解决了改进的HB准则的应用局限,并且该准则预测的岩石三轴强度与岩石试验强度更一致,证明I-HB准则优越于改进的HB准则。另外,通过与目前岩石力学界认为较好的指数型准则的比较,验证了I-HB准则对岩石三轴强度的预测具有更高的精度。     

水厂铁矿边坡开挖FLAC3D数值模拟与分析

本文在地质环境资料调研、岩石力学试验和地应力测量等工作的基础上,以Mohr-Coulomb屈服准则为力学模型,采用FLAC3D三维有限差分方法,对首钢水厂铁矿Ⅳ工程地质区开挖过程中边坡岩体应力场、位移场、破坏场进行了数值模拟计算,并对模拟结果进行了系统分析,以指导矿山安全开采。     

关于塑性岩土二次型屈服准则的研究

本文对岩土中提出采用的二次型塑性屈服准则进行了综合分析、研究,提出了二次型塑性准则的统一表达式,并在此基础上编制了二次型屈服准则的平面有限元程序。文末给出了计算实例,通过实例计算和分析,文章提供了二次型屈服准则的最佳参数范围,这些参数对于实际工程中推广应用二次型屈服准则具有较好的参考价值。