基于弹性应变能D-P强度准则修正

针对D-P强度准则存在的拉剪区偏大及不具备应力角效应等不足之处,为使其更符合岩石的屈服(破坏)机制,从弹性应变能角度对D-P强度准则进行修正,开展如下工作:为便于研究将弹性应变能分为偏量弹性应变能与张量弹性应变能之和,并分析各能量对材料破坏影响;研究D-P强度准则的物理意义及其不足之处产生的内在原因,并基于此建立广义D-P强度准则,总体上可较好地反映岩石的破坏特性,并能较好地解决拉剪区偏大及应力角效应等问题。对4种不同岩石的破坏强度进行计算,结果表明:广义D-P强度准则计算结果较为精确,该准则突破材料破坏时泊松比恒为0.5传统假设,对于准确定量地描述岩石破坏特性具有重要意义。     

基于最大周向拉应变断裂准则的岩石裂纹水力压裂研究

通过对裂纹尖端应力场Williams展开式中非奇异应力项(T应力)的考虑,建立基于最大拉应变准则的岩石裂纹水力压裂的开裂判据,推导临界水压和起裂倾角的计算式。以此为依据计算水压致裂中的临界水压和临界偏转角的变化规律,分析裂隙倾角、围压、临界裂纹区尺寸、T应力、泊松比等因素对其影响作用。研究结果表明:随着围压、临界裂纹区半径以及泊松比的增加,起裂临界水压增大,临界偏转角逐渐减小。T应力对水压驱动型裂纹的扩展影响较小,但对外荷载作用下的裂纹扩展特征却有显著的影响。通过与试验结果的对比,考虑T应力的计算结果更为合理。     

动静组合加载下岩石破坏的应变能密度准则及突变理论分析

阐述了岩石在动静组合载荷作用下使用应变能密度定义破坏准则的适用性。分析认为，岩石破坏的应变能密度的临界值与岩石破坏之前的不可逆变形过程和外界条件有关，而不可逆变形过程主要是由于岩石的非弹性变形、损伤和其他内部耗散机制引起的，且反映静水胜力的体积变形能在某些应力状态条件下的岩石破坏中是不能忽略的。提出用机械模型来反映动静组合加载下岩石单元体弹性的劣化和非弹性变形的产生以及加载速率的影响，并以机械模型为基础，求出受一维静载岩石在动载作用下破坏应变能密度的临界值。同时，根据静力预加载结构的冲击屈曲突变模型，建立了静加载岩石系统的冲击破坏模型，进一步分析了动静组合加载下岩石的破坏。最后，采用低周疲劳加载方法在Instron电液饲服摔制材料试验机卜进行了红砂岩中心变率下的动静组合加载破坏试验，对应变能密度准则和突变理论模型进行了验证。结果表明，理论模型与试验结果有较好的一致性。     

岩石不等长裂纹应力强度因子及起裂规律研究

天然岩体中含有数量众多的裂隙且绝大多数为不等长裂隙,而那些具有一定尺度和规模的主控裂隙对岩体稳定性起决定作用。为研究不等长裂纹相互作用规律及主控裂纹起裂规律,基于Kachanov法,推导了远场受力的两条拉剪不等长共线裂纹的尖端应力强度因子表达式并从理论上分析了裂纹间距对裂纹相互作用的影响;通过最大周向应力准则,计算了单轴受拉时不同裂纹倾角的主控裂纹起裂角,绘出理论断裂准则曲线;推算滑动裂纹的应力强度因子,对含不等长裂纹的类岩试件进行单轴压缩试验。结果表明:当裂纹间距大于等于小裂纹长度时,小裂纹对主控裂纹的起裂几乎无影响;主控裂纹起裂角只与裂纹角有关,单轴受拉时,起裂角随裂纹角增大而减小,单轴受压时,起裂角随裂纹角增大而增大;当裂纹倾角小于30°时,起裂临界荷载急剧增大。     

基于弥散式裂缝模型的水力压裂研究

针对水力压裂数值模拟中传统分离式裂缝模型计算量大、需要预置裂缝及扩展路径等缺点,提出采用弥散式裂缝模型模拟水力压裂过程的解决办法,并根据流–固耦合理论,导出基于弥散裂缝的应力–渗流耦合方程,从而为实现在大尺度储层中模拟裂隙网络的演化提供参考。对混凝土试样进行水力压裂试验研究和基于弥散裂缝的数值分析,由2种方法得到的起裂值基本一致;试验和数值分析中,裂缝扩展主要受地应力影响,其方向垂直于水平最小地应力方向,最后在试件内形成主裂缝并贯穿整个试件。     

基于破坏准则的岩石压剪断裂判据研究

在分析压剪复合型裂纹尖端应力场的基础上，利用最小J2准则得到压剪裂纹的起裂角。把岩石压剪断裂问题与岩石的破坏准则联系在一起，利用岩土材料中广泛应用的Mohr-Coulumb准则和Drucker-Prager准则分别建立两个岩石压剪断裂判据。计算结果表明，基于强度准则建立的岩石压剪断裂判据比较合理；纯Ⅱ型裂纹的断裂韧度与纯Ⅰ型裂纹的断裂韧度的比值与泊松比和内摩擦角的取值有关系（纯Ⅱ型裂纹的起裂角是某个定值时），而与其他岩石力学参数没有关系。     

基于应变能密度映射的黄土结构性参数研究

岩土体结构的破坏是由于施加能量超过变形能阈值所造成,基于能量的结构性参数更有利于反映结构性的本质特征.对不同含水状态,不同干密度的延安桃花山原状与压实重塑黄土进行了侧限压缩试验,发现孔隙比e与竖向压力P在ln(1+e)-lgP双对数坐标系内有良好的分段线性关系.在此基础上,基于应变能密度理论,推导提出了侧限压缩条件下的...     

考虑T应力的最大周向应变断裂准则研究

岩石的裂纹扩展问题需要确定所采用的断裂准则。为克服最大周向应力准则与材料参数以及平面应力和平面应变无关的不足,该文基于最大周向应变准则思想,推导既包含裂纹尖端r1/2奇异应力项,又考虑非奇异项的应变型断裂准则。通过在KII中考虑摩擦的影响作用,进而实现不同摩擦系数条件下裂纹的起裂角度和起裂强度的研究。运用文中所提出的断裂准则,分别研究含单裂纹的无限板在双轴拉伸和双轴压缩两种条件下的断裂特征,进一步揭示泊松比、侧压系数、摩擦系数等材料参数对裂纹扩展的影响作用,计算结果与相应的试验及理论结果具有较好的一致性。     

基于SBFEM任意角度混合型裂纹断裂能计算的J积分方法研究

混合型裂纹断裂能(GF)是裂纹扩展的判据之一,是裂纹扩展方向分析的基础。以往平面问题断裂能J积分方法的研究只是局限于Ⅰ型或是Ⅱ型,裂纹方向为水平方向。推导了Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹任意角度时线弹性材料J积分与应力强度因子(SIF)K之间的关系,提出将比例边界有限元法(SBFEM)用于J积分的求解。在数值计算中,通过用SBFEM、有限元法(FEM)和用推导公式计算J积分的对比,验证推导公式的正确性,同时也说明SBFEM计算J积分是精确的、方便的。根据数值计算的结果,对计算边界与裂纹的距离、计算单元的尺寸以及积分路径等诸因素对精度的影响进行一定分析。     

基于证据理论的岩爆预测

岩爆是高地应力地区岩石开挖中的一种动力破坏现象,其机理复杂、影响因素众多,单一的评价指标无法准确描述岩爆发生的可能性。基于信息融合思想,提出一种能够综合考虑多指标共同作用的岩爆预测方法。该方法以证据理论为基础,以岩爆等级为识别框架,根据岩爆发生所需条件,选取最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值、岩石单轴抗压强度与抗拉强度比值、岩石弹性能量指数为证据体,采用粗糙集理论客观确定了各证据体的确定信度,建立了基于证据理论的岩爆烈度预测模型。12组工程实例的预测结果表明该模型具有较好的预测精度。将该模型应用于苍岭隧道和锦屏二级水电站探硐岩爆预测,预测结果与实际情况完全吻合,说明该模型具有较好的实用性。     

A nonlinear strength criterion for rock-like materials based on fracture mechanics

A nonlinear strength criterion for rock-like materials is developed in this paper. Taking α as an angle of micro-failure orientation in rock-like materials, a formulation between α and load is derived from a mixed-mode fracture criterion based on linear elastic fracture mechanics. According to micro-failure experimental phenomena of rock-like materials, a failure characteristic parameter under triaxial compression condition is chosen, which is relevant to confining pressure and is an invariant. A theoretical nonlinear strength criterion is also derived, which is exactly in the same mathematical form as the original Hoek–Brown empirical strength criterion. In addition, it is also found that the coefficient m in the Hoek–Brown criterion has physical meaning which is related to the ratio between the uniaxial compressive strength and the uniaxial tensile strength.     

基于断裂准则的隧道衬砌裂缝稳定性分析

基于混凝土断裂准则,提出了隧道衬砌裂缝稳定系数,采用大型非线性有限元软件ABAQUS,分析了裂缝的深度、宽度、位置、分布密度等参数对隧道衬砌结构稳定性的影响规律。结果表明:裂缝深度对衬砌的稳定性影响最为明显,其次依次是裂缝位置、裂缝分布密度及裂缝宽度;随裂缝深度增大、裂缝位置从拱顶变化至边墙,衬砌的稳定性降低。     

基于湿能理论的空气能量转换方法和实践

运用湿能理论探讨了利用自然空气,在无需外界能量输入的情况下实现制冷与制热,包括直接蒸发冷却、间接蒸发冷却、多级间接蒸发冷却、液体除湿蒸发冷却,以及利用自然空气的能量实现液体再生等.该方法突破了传统的蒸发冷却露点温度的限制,同时将自然空气的利用由制冷拓展到制热.     

净剪应变比能强度理论研究

将剪破面及潜在剪破面上的剪应力与摩擦力之差定义为净剪应力,由净剪应力产生的剪应变能定义为净剪应变能。基于剪切破坏假设,针对岩土类材料提出净剪应变比能强度理论,该理论认为当净剪应变比能达到一定值时材料破坏。净剪应变比能理论在π平面上的破坏曲线为光滑的曲边三角形,这个特性有利于将其推广用作屈服准则,以构建弹塑性本构模型。根据文献中提供的混凝土真三轴试验资料,对净剪应变比能理论进行初步检验,并与双剪强度理论和Mohr-Coulomb强度理论进行比较。结果表明,净剪应变比能理论的误差相对较小。此外,当单轴抗压强度与单轴抗拉强度相等时,净剪应变比能理论退化为Mises强度理论。     

基于RS理论的建筑工程成本预测研究

基于Rs理论，利用Rosetta软件对决策表进行完备化、离散化、属性约简等处理，确定影响建筑工程成本的6个关键因素，根据决策分类规则进行了建筑工程成本预测，获得了简单、易于理解的分类规则，为建筑工程成本预测提供了依据。     

A new approach to energy consumption prediction of domestic heat pump water heater based on grey system theory

This paper presented a new approach to energy consumption prediction from a domestic air source heat pump water heater (ASHPWH) based on grey system theory. An improved GM (1, 1) (i.e. a single-variable first-order grey model) applied in domestic hot water system was developed and its prediction accuracy was tested. Comparison of the measured and predicted values of heat from hot water and electricity consumed by the ASHPWH for two typical families (with 4 members and 2 members) were done. Results showed that, the prediction accuracy of the improved GM (1, 1) increased with increase in the data sample interval. The data sample interval of four weeks produced the best prediction accuracy. Based on the improved GM (1, 1) and weather data of Shanghai, the electricity cost saving, the monthly average heat and electricity consumption and the annual carbon emission reduction related to the use of the ASHPWH for the two typical families were evaluated and compared with those of the conventional electric resistance water heater.     

基于COD断裂准则的土体干缩裂隙萌生扩展力学机制

为探究土体干缩裂隙演化力学机制,基于单向干燥开裂试验规律概化了裂隙演化物理模型。在弹塑性断裂力学EPFM理论框架内,考虑裂隙顶端张开位移表征断裂临界参数,建立了裂隙扩展过程中的损伤本构关系,并对其物理过程进行了数值分析。研究表明：容器边界处产生的裂隙仅是边界效应,并非土体开裂自然现象,且边界约束会降低裂隙扩展速率;土体天然缺陷会导致干燥过程中出现收缩应力的集中,优先萌生裂隙;裂隙顶端阻力过大会降低裂隙扩展规模和发展速率,残余收缩阶段的土体干燥裂隙扩展规模有限;基于COD张开位移断裂准则的土体干缩裂隙演化物理模型能很好的反映裂隙扩展过程,单元试验内矩形试样的裂隙角度分布在30°～135°;数值试验中因天然缺陷随机发育较多形成的裂隙分岔较多,且最初萌生裂隙的区域总位移通常较大,为2.573×10-3～4.512×10-3m,分支衍生裂隙周边土体位移较小,仅为1.073×10-3～1.526×10-3m。工程实践中,若能采取合理的约束或保湿控裂措施可适当降低裂隙扩展速率和裂隙规模。