双剪统一强度理论在空间主动土压力计算中的应用

采用双剪统一强度理论,导出了空间土压力计算的双剪统一解.算例分析结果表明:随着中主应力系数b值的增大,空间主动土压力减小,主动土压力系数略有增大,土压力作用点距墙顶的竖直距离略有减小.所给出的解可以灵活运用于各种不同特性材料空间主动土压力的计算,应用双剪统一强度参数公式可以求算不同b值所对应的土体的强度参数,该值同时包含了主应力σ1、σ2和σ3对材料强度的贡献,并可将与平面问题对应的常规土工试验方法所测得的强度指标0σ、0φ换算为空间问题所需的强度指标tσ,tφ.统一解可以更好地发挥挡土墙填料的强度潜力.     

克列恩空间土压力计算理论的双剪统一解

采用双剪统一强度理论,导出了克列恩法土压力空间计算理论的双剪统一解,空间土压力随统一强度理论参数b值的增大而减小.所给出的解可以灵活适用于各种不同特性材料空间土压力的计算.应用双剪统一强度参数公式可以求算不同b值所对应的土体的强度参数,该值同时包含了主应力1σ、2σ和3σ对材料强度的贡献,并可将与平面问题对应的常规土工试验方法所测得的强度指标c0、0φ换算为空间问题所需的强度指标ci、iφ.统一解可以更好地发挥挡土墙填料的强度潜力,工程应用可获得明显的经济效益.     

薄壁圆筒在双剪统一强度理论下的统一解

采用俞茂宏统一强度理论，分析了高压薄壁圆筒在三向应力状态下的极限荷载，得出了统一解形式，常用的Tresca、Mises、Mohr-Coulomb和双剪强度理论解等均为该解的特例。利用此解可以合理地得出不同材料的相应解，它既适用于拉压强度相等的材料，也适用于拉压强度不相等的材料，并且能充分发挥材料的性能，从而减轻结构质量，取得多方面的效益。说明双剪统一强度理论对于承受内压的薄壁圆筒的理论计算有非常好的适用性，为承受内压的薄壁圆筒的分析计算提供了一定的理论依据。     

测压器保护罩强度分析

采用俞茂宏统一强度理论，对测压器保护罩进行了塑性极限荷载分析，得出了统一解，常用的Tresca,Mises,Mohr-Coulomb和双剪强度理论准则等的解均为特例，利用此解可以合理地得出不同材料的相应解，它既可以适用于拉压强度相等的材料，也可以适用于拉压强度不相等的材料，并且能充分发挥材料性能，从而减轻结构重量，取得多方面的效益。     

薄圆环极限荷载统一解

采用双剪统一强度理论,考虑材料的拉压性能差异,对薄圆环进行弹塑性分析,得出了极限荷载统一解,利用此解可以合理地得出不同材料的相应解,现有的Tresca、Mises、Mohr-Coulomb、双剪强度理论等解是本文统一解的特例。结果表明,拉压性能差异对薄圆环的极限荷载有明显的影响,利用本文解,能充分发挥材料性能,减轻结构重量,取得多方面的效益。     

考虑初应力的钢管混凝土柱轴压承载力统一解

采用双剪统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,对有初应力的钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行理论分析,引入考虑长细比影响的折减系数,建立了考虑初应力的钢管混凝土柱轴压极限承载力的统一解。将计算结果与文献试验结果进行对比,吻合良好,验证了公式的合理性。推导出一个新的初应力影响系数,并对其各参数进行分析。该结果为研究初应力对钢管混凝土轴压构件力学性能的影响提供了理论依据,具有一定的实际参考价值。     

太沙基地基极限承载力的三剪应力统一强度理论解

以往对地基极限承载力的研究通常基于Mohr-Coulomb强度准则,但此理论未考虑中间主应力的作用,所计算的地基承载力值偏保守.本文考虑三个主剪应力的效应,得出了基于三剪应力统一强度理论的太沙基地基极限承载力解,通过算例对比分析了基于Mohr-Coulomb理论、双剪强度理论、双剪统一强度理论及三剪应力统一强度理论的地基极限承载力值,并利用MATLAB软件生成了参数b、c与承载力q_u之间的关系图.本文的理论解包含了基于前三种理论的地基承载力解,可以将材料的潜力发挥的更大.     

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.     

正常固结饱和黏性土的三剪次加载面模型

以三剪统一强度准则为破坏准则,采用坐标平移法推导出能够反映中间主应力效应、土体拉压差效应和区间效应的三剪破坏应力比,来替换修正剑桥模型的原本破坏应力比从而得到三剪统一屈服函数。基于该屈服函数,并结合次加载面理论,提出适用于循环荷载条件下的正常固结饱和黏性土的三剪次加载面本构模型。对模型参数u,C和χ做了敏感性分析,发现参数u,C和χ大小都会影响对循环荷载条件下饱和黏性土的棘轮效应和曼辛效应;为验证所提模型的正确性,将该模型的计算结果、文献中两种饱和黏土动三轴试验结果以及饱和Kaolin黏土的双面模型预测结果做了比较,结果表明所提模型能够较好地反映正常固结饱和黏土的应力应变关系,随着循环次数的不断增加,所建模型的模拟结果能不断产生累计塑性应变和累积孔隙水压力,且能够形成滞回圈。通过真三轴数值模拟分析可知,饱和黏性土的塑性偏应变在加载前期发展较快,之后相对减小;单一变量下,分别增大最小主应力和中间主应力,均会增大土体的抗剪强度。     

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。     

基于统一强度理论和稳定蠕变准则的软岩巷道最优支护

巷道最优支护可以实现新奥法安全经济的最佳支护状态,本文根据软岩流变控制原则和统一强度理论,合理考虑中间主应力与强度准则选取的影响,推导两种稳定蠕变准则下巷道最优支护力和围岩允许最大位移的理论解答,给出公式适用条件、应用步骤,并进行两个工程实例验证,分析中间主应力、岩石长期强度以及围岩抗剪强度参数等对巷道最优支护力与围岩允许最大位移的影响规律。研究结果表明：本文理论解答可退化为文献已有结果,具有较好的可比性;所得公式表达简洁、参数易于确定,具有良好的工程应用前景;两种稳定蠕变准则的巷道最优支护参数的变化规律一致且整体差异较小,但应力偏张量第三不变量准则相应解答的适用范围更广;中间主应力效应和强度准则选取对巷道最优支护参数的影响显著,Mohr-Coulomb准则的结果过于保守,难以发挥围岩的强度潜力;岩石长期强度是巷道最优支护设计的关键参数,围岩黏聚力相比内摩擦角对巷道最优支护参数的影响更为明显,应充分考虑岩石强度参数的变异性。所得结果可为软岩巷道的最优支护设计与施工提供理论指导和建议。     

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.     

平面应变条件下基于Lade-Duncan强度准则中主应力条件的土压力及其适用性

针对实际工程中大量存在的挡土墙、基坑开挖等平面应变问题,考虑中主应力对强度的影响,将平面应变条件下Lade-Duncan强度准则的中主应力关系代入SMP、Lade-Duncan、AC-SMP和广义Mises强度准则中得到新的平面应变强度准则。据此建立基于各强度准则的主、被动土压力计算公式,进而推广至黏性土,并将主、被动土压力理论计算值与实测值进行对比分析。结果表明,Mohr-Coulomb强度准则因其未考虑中主应力的影响,致使计算结果相比实测情况偏保守;SMP强度准则、Lade-Duncan强度准则考虑到中主应力对土压力大小的影响,计算结果相比Mohr-Coulomb强度准则更接近实测情况;AC-SMP强度准则、广义Mises强度准则在一定内摩擦角范围内可以描述挡土墙的土压力大小,但超出适用范围时,二者均不再适用于描述挡土墙的土压力大小;广义Mises强度准则在适用范围内的计算结果相比SMP强度准则、Lade-Duncan强度准则更接近实测数据。     

稳态渗流下非饱和土涵洞竖向土压力的迭代解与简化

为描述稳态渗流下不同类别非饱和土涵洞的竖向土压力变化,应用圆弧小主应力轨迹法和Mohr应力圆获得考虑土拱效应的滑移面土压力系数,继而基于非饱和土的有效应力强度公式与吸应力理论,由水平薄层单元的竖向力平衡分别建立稳态渗流下上埋式/沟埋式非饱和土涵洞竖向土压力的迭代解,给出应用步骤并开展对比验证与方法拓展,最后结合吸应力沿深度分布规律提出涵洞竖向土压力的简化实用公式。研究结果表明:涵洞竖向土压力迭代解能合理反映土体类别、水分蒸发、降雨入渗和土拱效应的综合影响,并得到文献现场实测和理论公式数据的正确性验证以及对非饱和土涵洞的适用性;涵洞竖向土压力实用公式可显式表达且精度良好,方便估算不同稳态渗流下涵洞主要荷载;砂土涵洞可忽略非饱和特性影响而按饱和土计算竖向土压力,粉土和黏土涵洞可简化吸应力沿深度为线性分布;上埋式涵洞土拱负效应使得竖向土压力增大,而沟埋式涵洞土拱正效应使得竖向土压力减小。     

三向应力状态下球形孔扩张问题的弹塑性解

基于Mohr-Coulomb理论推导的球形孔扩张问题的弹塑性解,没有考虑中间主应力的影响,因而与实际结果有误差.为此,本文利用统一强度理论建立了球形孔扩张问题的统一解形式.利用此解可以合理地得出不同材料的相应解,并且能充分发挥材料自身的承载能力,对实际工程具有重要意义.     

考虑中间主应力的非饱和土刚性挡墙抗倾覆稳定性

现有基于Mohr-Coulomb强度准则的饱和土基坑挡墙抗倾覆设计过于保守,本文基于非饱和土的平面应变抗剪强度统一解,考虑土体强度的非饱和特性与中间主应力效应,推导了满足不同抗倾覆稳定系数的刚性挡墙埋置深度方程,并探讨了中间主应力、基质吸力和稳定系数对埋置深度的影响特性。推求的闭合解为有序新解答的集合,可供不同类型和特点的基坑工程选择与优化。结果表明,中间主应力和基质吸力对埋置深度有影响,表现在随中间主应力效应和基质吸力的增加,埋置深度相应减小且显著;挡墙抗倾覆设计的强度理论效应明显,稳定系数越大对应要求的埋置深度越大,且埋置深度也与基坑开挖深度相关。研究成果为非饱和土基坑挡墙工作性能和安全储备的分析与评价提供了理论基础。     

岩石中间主应力效应及强度理论研究进展

综述岩石中间主应力效应试验和强度理论的研究进展,总结了岩石中间主应力效应的基本规律和现有岩石强度理论的特点与不足,最后介绍了统一强度理论及其对岩石真三轴试验的预测与在岩土工程中的应用。研究结果表明：中间主应力效应及其区间性是岩石强度的重要特性,且已是目前岩石强度准则建立所必须考虑的基本问题之一;应用统一强度理论并考虑更多复杂因素的综合影响,可得到更符合实际情况的较理想解答。     

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。     

非饱和土诱导减载涵洞的竖向土压力研究

为准确计算诱导减载涵洞的主要荷载,采用圆弧小主应力轨迹描述诱导减载涵洞上方回填土拱效应,以推导考虑土拱效应的滑移面土压力系数表达式,继而基于非饱和土的双应力状态变量强度理论确定滑移面摩擦切应力,建立诱导减载涵洞顶部的竖向土压力解析解,结合等沉面高度求解给出应用步骤,最后对比文献现场实测进行正确性和适用性验证,并定义减载率分析基质吸力及分布形式、吸力角、减载材料厚度和变形模量等因素的影响特性。结果表明：所得涵顶竖向土压力解析解可合理反映基质吸力及分布形式、土拱效应、减载材料性能和等沉面高度的综合影响,完善了诱导减载涵洞设计理论;非饱和土强度提升使摩擦作用增强与等沉面下降同时发生,基质吸力和吸力角对减载率具有双重影响,表现为减载率均先增大后减小,且均布吸力下双重影响更为明显;减载率随减载材料厚度增加而非线性增大并趋于稳定,但随减载材料变形模量增加非线性减小。