考虑剪胀和软化的巷道围岩弹塑性分析

在应力跌落模型的基础上引进软化阈值,建立了弹塑脆性模型,模拟岩土材料的脆性软化性质。基于Mohr-Coulomb准则,考虑了岩土材料屈服后的塑性软化和体积膨胀,推导了圆形巷道围岩的软化区半径、塑性区半径、洞周位移及围岩内应力表达式,最后通过算例分析了剪胀、软化程度和弹模劣化对破裂区范围的影响,为巷道的稳定分析以及支护设计提供理论依据。     

线性软化土体中球孔扩张问题的解析解

采用三折线线性软化模型描述了土体应力－应变关系，以Mohr-Coulomb为屈服准则，同时考虑塑性区弹性变形、土体剪胀以及土体软化的特性，推导了孔扩张后孔周各个区域的应力、应变及位移解析解，讨论了剪胀角、应变软化系数、是否考虑塑性区弹性变形对解答结果的影响.结果表明，最终扩张压力、塑性区半径都随剪胀角的增大而增大；软化系数对塑性区半径影响很小，但对最终扩张压力影响较大，随着软化系数的增大，最终扩张压力增大；考虑塑性区弹性变形对扩张问题解答的影响随扩张半径的增大越趋明显；考虑塑性区的弹性变形，最终扩孔压力偏小.     

应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题解析

采用应力跌落模型模拟土体的应变软化,以Mohr-couloub屈服准则和不相关联的流动法则考虑土体屈服塑性流动和剪胀特性,引进对数应变考虑土体的大变形,给出了应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题的弹塑性解析解,为了对比,还给出了小应变情况下位移的解析表达式.分析了大、小应变理论、不同剪胀特性、不同软化程度和考虑塑性区弹性变形与否对结果的影响.结果表明:在孔扩张压力较大时,用小应变理论会引起很大误差,必须考虑大应变;在相同扩张力作用下,土体的软化程度越高,扩张率越大,土体的剪胀角越大则扩张率越小.土体的软化和剪胀特性还影响极限扩张压力,软化越严重,极限扩张压力越小;剪胀角越大,极限扩张压力越大.     

应变软化与扩容特性极弱胶结围岩弹塑性分析

极弱胶结岩体具有显著的峰后应变软化与体积扩容变形特性,这是造成极弱胶结地层巷道围岩产生大变形的主因.基于极弱胶结岩体应变软化与扩容特性,建立了考虑岩体应变软化与扩容特性的围岩弹塑性力学模型,分析了力学计算模型、扩容系数、软化系数及支护抗力对围岩塑性区范围与位移的影响规律.将巷道围岩塑性区及位移的理论解答与数值计算结果进行了对比分析,验证了极弱胶结岩体扩容大变形本构模型的适用性.结果表明:考虑极弱胶结岩体的扩容和应变软化特性使得分析更加合理准确,研究成果对极弱胶结地层巷道支护设计与施工具有一定指导意义.     

支护阻力对不同岩性围岩变形的控制作用

在理论分析和数值计算的基础上,研究了不同岩性条件下支护阻力对围岩变形的作用和机理。阐述了硬岩巷道中支护要是控制塑性区的范围,软岩道中支护阻力提供围压,影响周力岩体的软化笥,遏制围岩破碎区的发展,从而控制围岩的变形。结果表明,岩性质越差,支护阻力控制围岩变形的作用越大,巷道位移量与支护阻力呈负指数函数关系。     

采用总荷载不变法的非静水压隧道摄动拓展解

为描述实际地应力场下隧道塑性区演化规律和支护设计原则,基于Mohr-Coulomb准则和弹-脆-塑性模型,采用总荷载不变法并引入弹性区应力摄动解,建立了非静水压力下圆形隧道水平轴和竖向轴处的塑性区半径方程,继而利用几何相似原理拓展至其他方位角处,并与文献总荷载不变法(以应力基尔希公式为基础)、Kastner法、复变函数法和实测数据进行对比,结合非关联流动法则推导塑性区位移解析解,探讨侧压力系数与脆性软化对隧道塑性区边界线、塑性区位移分布和围岩特征曲线的影响特性。结果表明：相比文献总荷载不变法和Kastner法,2阶摄动解作为非静水压圆形隧道的弹性区应力表达式更合理,且得到复变函数法的正确性验证;侧压力系数对隧道塑性区边界线的形状和范围均有明显影响,需针对具体方位角选择支护类型和尺寸以调控收敛约束交点处的支护压力与围岩稳定变形;隧道塑性区半径和洞壁位移随围岩峰后强度的降低而显著增加,宜使用弹-脆-塑性模型构建围岩特征曲线。     

条带开采中条带煤柱塑性区宽度分析

根据煤的变形破坏特点，对煤变形采用弹塑性应变软化模型，根据条带开采的特殊性，用三维受力单元模型来分析。通过数学运算推导出条带煤柱塑性区应力及宽度的表达式。最后，对影响塑性区宽度的几个主要因素作了分析。     

深部大规模松软围岩巷道破坏分区理论分析

综合考虑巷道破坏特征及典型软岩应力应变曲线特征,对深部巷道松软围岩进行破坏分区,提出了适合破坏分区的四线段本构模型,建立了深部大规模松软围岩巷道应力分析的力学模型,推导了不同破坏分区应力解,得出了界定各破坏分区范围的表达式,结合具体工程验证了巷道破坏分区划分的正确性和合理性.研究表明:深部松软巷道围岩自巷道向外分别为塑性流动区、应变软化区、塑性硬化区和弹性区4个分区,各分区临界应力满足Mohr-Coulomb准则;围岩塑性区的范围随支护阻力、应变硬化系数、应变软化系数以及内摩擦角的增大而减小,随扩容系数的增大而增大;各分区范围的理论解能够有效指导支护设计,实现对深部大规模松软围岩巷道的长期稳定.     

考虑岩石应变软化特征的井筒稳定性分析

弹性-应变软化-塑性变形是岩石压缩过程中典型的力学行为,考虑岩石应变软化特征有助于正确评价井筒的稳定性.通过开展岩芯的三轴压缩实验获取岩样的全应力-应变曲线,结合Mohr-Coulumb强度屈服准则对岩石的强度参数进行反演分析和数值验证,获得岩样的强度参数随塑性变形的变化规律.运用FLAC3D有限差分软件建立井眼模型,应用应变软化模型计算了井周塑性区分布,通过与理想弹塑性模型对比,表明考虑岩石应变软化情况下的井周塑性区范围更大,井筒更易发生失稳.研究对于确定钻井液密度安全窗口和指导钻井施工具有指导意义.     

土体应软化特性的桩孔张弹塑性解析

从土的基本工程性质出发,提出了考虑土的应变软化特性的线性弹塑性模型,并用以解析桩孔扩张条件下桩孔周边土体的应力应变及位移,分析了应变软化状态到塑性流动的残余状态的强度准则的变化特征以及两个塑性区的存在方式,从理论上分析了桩孔扩张的反例──桩孔开挖应力释放条件下的桩孔壁土体状态与存在条件。     

基于孔隙压力黏结单元的准脆性材料水力劈裂模拟

传统数值方法对水力劈裂的模拟一般采用预设裂缝扩展路径,且将水流作用等效为压力荷载,难以反映裂缝渗流-开裂耦合效应. 采用自编程Python脚本程序批量插入孔隙压力黏结单元,考虑裂缝渗流-开裂耦合作用模拟准脆性材料水力劈裂随机扩展全过程. 在对经典理论模型及试验结果模拟验证的基础上,开展含多裂缝均质模型的水力劈裂全过程分析,并进一步建立混凝土细观尺度水力劈裂模型,分析骨料、界面过渡区和基体渗透性对混凝土劈裂全过程的影响. 结果表明,本研究模型可以有效模拟准脆性材料水力劈裂失效过程,准脆性材料多缝开裂过程伴随微裂缝的分叉扩展而非光滑的裂缝扩展路径,骨料及界面过渡区影响劈裂扩展路径造成裂缝分叉出现,混凝土基体的渗透性对其抵抗水力劈裂不利并影响失效软化过程.     

Theoretical analysis of a new segmented anchoring style in weakly cemented soft surrounding rock

According to the tensile failure of rock bolt in weakly cemented soft rock, this paper presents a new segmented anchoring style in order to weaken the cumulative effect of anchoring force associated with the large deformation. Firstly, a segmented mechanical model was established in which free and anchoring section of rock bolt were respectively arranged in different deformation zones. Then, stress and displacement in elastic non-anchoring zone, elastic anchoring zone, elastic sticking zone, softening sticking zone and broken zone were derived respectively based on neural theory and tri-linear strain softening constitutive model of soft rock. Results show that the anchoring effect can be characterized by a supporting parameter b. With its increase, the peak value of tangential stress gradually moves to the roadway wall, and the radial stress significantly increases, which means the decrease of equivalent plastic zone and improvement of confining effect provided by anchorage body. When b increases to 0.72, the equivalent plastic zone disappears, and stresses tend to be the elastic solutions. In addition, the anchoring effect on the displacement of surrounding rock can be quantified by a normalization factor δ.     

长江三峡大坝混凝土双K断裂参数试验研究

对长江三峡工程泄洪坝段原材料制成的大坝混凝土及其湿筛混凝土试件做直接拉伸试验,得到大坝混凝土及其湿筛混凝土断裂过程区的本构关系.结合标准三点弯曲切口梁试验,运用双K断裂模型,得到大坝混凝土和湿筛混凝土的双K断裂参数.试验结果表明,三峡大坝混凝土的起裂和失稳韧度均大于其湿筛混凝土,前者分别为后者的1.14和1.19倍.     

Estimation of compaction grouting pressure in strain softening soils

A new method was proposed to predict the limited compaction grouting pressure for the soft soils. Theoretical basis of the method considered the conical shear failure above the grout bulb. Using the Mohr-Coulomb yield criterion as the initial yield function, the limited compaction grouting pressure was determined, according to the softening elastic-plastic model based on the conventional triaxial compression tests to simulate the strain softening soils. The small strain in the elastic zone and large stain in the plastic zone and the rational yield function for the strain softening phase stage, the analytical solutions to the compaction grouting pressure were presented. The results indicate reasonable agreement and show a good potential of the proposed method for rationally optimizing the design of compaction grouting operations. Foundation item: Project (200550) supported by the Foundation for the Author of National Excellent Doctoral Dissertation of China; Project (09JJ1008) supported by Hunan Provincial Natural Science Foundation of China     

纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型

普通混凝土梁柱节点由于节点区配箍率大、钢筋拥挤而施工不便.纤维增强混凝土材料（FRC）开裂后具有较强的桥接能力因而抗拉性能较好,可以替代部分或全部箍筋.基于前人对钢筋混凝土梁柱节点抗力机制的研究,提出了节点核心区采用FRC材料节点的计算模型,即斜压杆机制和软化桁架机制承担的水平剪力按一定比例组合的计算模型.将该计算模型节点受剪承载力计算值与试验值进行比较,结果表明：对低轴压比的试件,稍有保守,对高轴压比的试件,二者吻合较好.基于该计算模型的节点受剪承载力计算方法既可以进行节点核心区受剪承载力计算,还可以分别验算节点核心区FRC抗压强度和水平配箍率是否满足设计要求,具有较好的实用性.     

电液比例系统鲁棒自适应动态表面控制

对基于语义网络的产品建模及配置方案的搜索方法进行集成研究,以提高产品配置设计的效率.在相关本体的基础上,建立了基于语义网络的产品模型结构,并据此解析用户所输入的查询语句.基于语义网络的产品模型提供一种定量与定性相结合的一致化的设计实例与需求的表达方式.进一步通过产品的语义网络模型可以获取设计需求的隐含条件,使得需求在设计方案的搜索匹配过程中被更充分地考虑.配置设计方案的搜索则首先利用基于语义网络的推理技术与本体语言RDFS构造待求配置设计问题的语义网络片断,然后通过语义搜索与匹配度计算排序从设计实例库中获取符合当前需求配置设计方案.同时,通过注塑机螺杆为实例的应用证明了基于语义网络的产品模型在支持配置选型设计方案搜索方面的有效性与实用性.相对于传统的产品模型而言,基于语义网络的产品模型更关注属性之间的内部联系,经实例验证基于语义网络的产品模型使得配置设计过程更符合用户的实际需求.