用非线性M-C破坏准则计算深埋硐室围岩压力上限解

在构建深埋硐室破坏机制的基础上,采用切线法将非线性Mohr-Coulomb破坏准则运用到极限分析上限法中,推导非线性Mohr-Coulomb破坏准则下深埋硐室围岩压力的上限解析解.结果表明:非线性系数、初始粘聚力是影响围岩压力的主要因素,效果非常显著,而侧压力比例系数、硐室断面尺寸以及轴向拉应力影响效果相对较小.针对深埋硐室的支护设计,采用非线性Mohr-Coulomb破坏准则进行计算更加科学.     

水平地震力对非线性主动土压力上限解的影响

大多数关于主动土压力的计算都是基于线性摩尔库仑准则.然而,实际上几乎所有的土体材料均遵循非线性关系,线性只是其中一个特例.根据非线性破坏准则,运用拟静态法考虑地震作用,利用极限分析上限定理求得主动土压力上限解.通过切线法原理引进中间变量,对墙后土体建立相容速度场,根据外力功率与内部能量耗散率相等的原理求出土压力的目标函数与约束条件,最后采用序列二次规划算法对该问题进行优化,得出主动土压力的最大值.将结果与已有文献进行分析比较,证明了该方法的可靠性.数值分析结果显示:随着水平地震系数的增加,主动土压力有非线性增大的趋势;非线性系数对主动土压力也有明显影响.     

根据非线性屈服准则计算隧道粘弹塑性位移

根据非线性Mohr-Coulomb破坏准则和非关联流动法则推导出圆形隧道位移解,并考虑围岩的剪胀特性、蠕变特性、弹塑性等影响。与线性屈服准则的比较得出：在软弱的围岩中,线性Mohr-Coulomb破坏准则过低地估计隧道的位移。通过与前人的研究成果比较得出,本的结果是正确的。     

基于可靠度理论的硐室顶部稳定性研究

基于硐室的顶部破坏模式, 考虑地下水的渗透效应, 将非线性Mohr-Coulomb破坏准则引入到极限分析中, 根据虚功率原理进行了能量耗散计算。考虑岩土参数的不确定性, 运用可靠度理论分析了维持硐室顶部稳定所需的支护力; 同时分析了周围土体参数对硐室顶部稳定性及维持硐室顶部稳定所需支护力的影响。研究结果表明: 孔隙水压力系数和非线性系数越大, 维持硐室顶部稳定所需的支护力也越大。同时, 土体参数的变异系数也会影响硐室顶部的稳定性, 因此建议加强对岩土参数随机性的研究。     

三峡库区兴山县某挡土墙变形破坏成因机制分析

简要介绍兴山县某挡土墙的的基本现状,阐述挡土墙主要变形破坏形式。针对挡土墙的变形破坏特征,结合边坡地质条件,分析了挡土墙的变形破坏的成因及形成机制,认为挡土墙较高,导致墙后主动土压力大,是造成挡土墙变形破坏的主要原因;工程建设后期堆载过大、墙后填土截排水措施不完善等也是影响挡土墙稳定性的重要因素。     

地震荷载作用下挡土墙加固边坡土压力上限研究

针对土质边坡工程进行横向和竖向地震荷载作用下的挡土墙加固边坡的抗震稳定性研究,借助极限分析方法和主、被动土压力作用下的边坡旋转破坏模式获得边坡稳定的能量极限状态方程,运用MATLAB软件编写的优化程序最终获得边坡的主、被动土压力系数优化上限解,并分析获得各参数对土压力系数的影响。结果表明:竖向、水平向地震荷载系数和边坡高度均对主、被动土压力系数产生显著影响,但规律不尽相同;被动土压力系数在各参数下的变化规律接近线性,而相同条件下主动土压力系数的变化则呈现较为明显的非线性。     

刚性挡墙主动土压力的有限元分析

针对经典土压力理论的不足之处,采用有限单元法对作用于刚性挡墙上的主动土压力进行数值分析,土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型,在土与墙体结构接触面间引入接触单元,并按库仑摩擦准则定义接触关系,研究了刚性挡墙上主动土压力的大小、作用点位置及其分布规律,并对填土性质参数进行了敏感性分析。结果表明,刚性挡墙后主动土压力为凸曲线分布,作用点位置处于O.36~O.40倍墙高处;填土模量的增大将提高土压力数值,但在同时又引起作用点位置的下降;填土重度与土压力数值呈正相关,但对作用点位置的影响却较小;墙土间摩擦系数无论是对土压力大小还是作用点的位置都有较大的影响。     

水压影响下煤层底板采动破坏深度弹性力学解

准确预测采场底板破坏深度是承压水上采煤的一个关键问题,而目前常用的解析解公式没有考虑底板水压力的影响。为此,将底板视为各向同性均质弹性体,支撑压力和水压力作为均布条形荷载分别作用在底板上下面,依据弹性半空间理论的符拉芒和明德林解,推导出采场底板的应力表达式。在此基础上,分析了水压力对底板应力分布规律的影响。根据应力计算结果,利用带拉伸破坏的Mohr-Coulomb准则对底板破坏深度进行计算,并探讨了水压力和隔水底板厚度对计算结果的影响。算例显示,水压力对底板垂直应力和剪应力影响较小,而对水平应力影响较大,使其出现应力扩散现象。底板剪切和拉伸破坏深度和范围随水压力的加大而明显增大,随着隔水层厚度的增大只略微降低,表明加大隔水层厚度并不能有效降低底板破坏深度。实例应用表明,水压力影响下的底板破坏深度计算值与实测值基本吻合,较不考虑水压力的计算精度要高。     

基于Hoek-Brown本构模型的巷道围岩塑性分析

Hoek-Brown准则在岩体破坏分析中综合考虑了岩体结构、岩体强度、采动等多方面的影响,在一定程度上弥补了Mohr-Coulomb准则在岩体破坏分析时的不足,但是由于FLAC3D计算程序中没有明确给出Hoek-Brown计算模型,故无法直接调用Hoek-Brown计算模型,因此只能利用Hoek-Brown准则和Mohr-Coulomb准则转换公式,将Hoek-Brown准则应用到FLAC3D中.结合某巷道具体实例,求出理论解,然后对Hoek-Brown准则和Mohr-Coulomb准则分别进行数值模拟,通过分析结果可以得出Hoek-Brown准则与实际工程应用比较接近,这为FLAC3D在实际工程中的应用提供一个参考.     

强度准则对不同岩性破坏强度的适用性研究

对煤岩、砂岩、大理岩和花岗岩的常规三轴试验结果进行分析,以整体平方根误差最小为原则拟合确定了4种强度准则参数,比较各准则对不同岩性的整体拟合效果以及抗压强度预测值与试验值之间的差异。获得以下主要结论：从整体拟合效果考虑,直线型Mohr-Coulomb准则拟合效果最差,非线性的Bieniawski准则和指数强度准则对不同岩性强度的拟合效果具有明显优势;Mohr-Coulomb准则都高估了不同岩性的单轴抗压强度,且对煤岩和砂岩的高估程度达到50%左右,预测结果严重失真,因而不建议采用Mohr-Coulomb准则预测岩石的单轴抗压强度。不同岩性在脆性破坏阶段的非线性特性相差很大,煤岩和砂岩的非线性特性较花岗岩和大理岩的非线性特征显著,在脆性破坏阶段,直线型Mohr-Coulomb准则有低围压低估而高围压高估的特性,Bieniawski准则和指数强度准则预测结果与大量试验数据点相吻合,预测效果最佳;围压影响系数随围压增加整体呈现减小趋势,在低围压范围减小较快,随着围压升高围压影响系数逐渐趋于定值,软岩受围岩影响强度的提高较硬岩显著。     

渗流作用下深部巷道分区破坏的非欧模型

深部开采过程中巷道围岩呈现分区破坏的特点。针对煤与瓦斯突出、底板破坏等实际工程问题获得了静水压力渗流作用下深部巷道的非欧模型应力分布解。新应力解由两部分组成:一部分是经典解,另一部分是非欧解。运用Mohr-Coulomb屈服准则作为判断新应力解分布引起分区裂化现象的条件。通过数值计算,获得了下列结论:当渗流压力存在时,深部围岩的分区破坏现象依然存在;远场渗透压力增加减小了靠近巷道的环向应力,且井壁渗透压力对巷道的环向应力的影响较小;在远场渗透压力作用下,孔隙度的增加降低了巷道的环向应力;运用Mohr-Coulomb屈服准则,估算了破坏区的位置和宽度;利用建立的有渗流作用的非欧模型解释了煤炭开采过程中的分区破坏现象。研究结果可为理解渗流作用下深部围岩分区破坏提供参考。     

不同地应力下水压裂隙扩展演化数值模拟分析

流-固耦合作用下岩体裂隙的萌生、扩展及相互贯通对高温岩体地热开发中人工热储的建造具有深远的理论和实际意义。依据弹性力学和流体力学理论,建立了不同应力和水压下的流-固耦合数学模型,采用修正Mohr-Coulomb强度准则作为裂隙岩体破坏的判别准则,运用有限元软件(Comsol Multiphysics)分析了水压力对裂隙岩体破环过程的作用机制。数值结果表明:不同深度对裂隙岩体破坏贯通区域形成的水压力值具有较大影响,水压力值随深度的变化规律近视服从指数关系。     

三轴试验中孔隙水压力的影响因素分析

三轴试验是测试土的抗剪强度的重要方法之一,该试验可以直接测出孔隙水压力,但由于受土的内部结构及测试技术等因素的影响,孔隙水压力值波动很大。本文重点从饱和方法、端部约束、土剪胀、土剪缩等方面分析了其对孔隙水压力的影响,并提出了应对措施,分析所得结果可供工程技术人员参考,以提高土体三轴试验精度。     

二级新型悬臂式挡土墙主动土压力计算方法

基于土的塑性极限分析理论,考虑滑裂面上填土黏聚力及填土与二级新型悬臂式挡土墙墙背接触面上的黏着力,研究了挡土墙土压力受力分析模式,取墙后滑动土体的水平薄层单元进行受力分析,建立极限状态下悬臂式挡土墙主动土压力的一阶微分方程,给出了土压力强度、土压力合力、土压力作用点的理论计算公式。研究结果表明,二级新型悬臂式挡墙上墙应力分布呈抛物线形状;下墙的应力分布类似于梯形分布,最大值出现在挡墙的底部,最小值出现在挡墙的中部。通过有限元数值分析法研究其受力变形特点,数值分析表明：二级挡土墙卸荷作用比较明显,且土自重在二级挡墙中得到了充分的利用;挡土墙主动土压力分布与模拟结果基本一致。     

钻井液滤失对煤岩井壁稳定性的影响

煤岩具有割理、孔隙等多孔特性,钻井液易侵入,导致井壁围岩失稳。考虑钻井液滤失对煤岩的物理作用,以Mohr-Coulomb塑性模型为煤岩破坏准则,建立了煤岩井壁稳定评价的流固耦合模型,通过数值模拟,对比分析了钻井液滤失对煤岩应力场和渗流场的影响。结果表明:不均匀地应力的挤压作用使钻井液容易沿着最大水平地应力方向滤失;而钻井液滤失会导致孔隙压力增大,继而使井壁煤岩的应力发生改变,应力场最大值由最大水平地应力方向转移到了最小水平地应力方向,且应力极值由15 MPa增至17 MPa,不利于煤岩稳定;在正向压差条件下,钻井液会侵入煤岩孔隙,使孔隙压力增大,导致煤岩应力增大,引起煤岩失稳;因此,钻井液密度设计时应综合考虑井筒液柱支撑井壁和孔隙增压破坏井壁的影响。     

不同岩石破坏准则下水平井井壁失稳分析

在井壁失稳分析过程中,Mohr-Coulomb准则和Drucker-Prager准则是目前运用较为广泛的岩石破坏准则,但2种岩石破坏准则都存在一定的缺陷,从而造成井壁失稳分析的不准确。为此,在引入考虑中间主应力的Mogi-Coulomb准则的基础上,对比计算了不同岩石破坏准则下水平井的井壁坍塌压力值,同时就地应力对水平井坍塌压力值的影响进行了分析。研究结果表明,MohrCoulomb准则下所计算的坍塌压力值最大,Mogi-Coulomb准则下所计算的坍塌压力值次之且更接近实际,而Drucker-Prager准则下所计算的坍塌压力值最小;地应力机制对当量坍塌密度最大值随相对方位角的变化规律影响较大。     

基于MC准则的DP系列准则的巷道围岩塑性分析

考虑不同屈服准则对塑性区的影响,以Mohr-Coulomb屈服准则和Drucker-Prager屈服准则作为巷道围岩的塑性条件,推算出巷道围岩塑性区半径和位移的解析解。研究表明,不同屈服准则对塑性区半径和位移的大小的分布均有重要影响;同时分别考虑不同内聚力、内摩擦角、原岩应力和支护阻力情况下,塑性区半径和位移的Mohr-Coulomb准则解和Drucker-Prager系列准则解的变化规律并对其进行比较。分析表明,相同条件下,塑性区半径及位移的DP3准则解最大,DP1准则解最小,DP2准则解接近于Mohr-Coulomb准则解。     

基于Drucker-Prager屈服准则的圆形巷道围岩弹塑性分析

考虑不同程度的中间主应力对屈服的影响,以Drucker-Prager屈服准则作为巷道围岩的塑性条件,推算出巷道围岩弹塑性区应力、塑性区半径和位移的解析解。研究表明,中间主应力对塑性区半径和位移的大小以及围岩应力的分布均有重要影响,并且验证了中间主应力效应的区间性。用单因素分析法,分别考虑不同内聚力、内摩擦角、原岩应力和支护阻力情况下,塑性区半径和位移的Drucker-Prager准则解、Mohr-Coulomb准则解和统一强度准则解的变化规律并对其进行比较,分析表明：相同条件下,塑性区半径及位移的Drucker-Prager准则解比Mohr-Coulomb准则解和统一强度准则解大,并且在较高内聚力、较低内摩擦角或较低原岩应力情况下Drucker-Prager准则解接近于Mohr-Coulomb准则解。采用Flac3D进行数值模拟,模拟结果与理论分析结果较为吻合。因此,适当的应用 Drucker-Prager屈服准则将更能保证工程实践的安全性,更具实践价值。     

基于Mogi-Coulomb强度准则的竖井井壁压力计算

合理选择岩土强度准则,对竖井井壁的土压力计算和支护设计具有重要意义.基于Mogi-Coulomb强度准则,对竖井围岩主动极限平衡状态开展分析,推导出了竖井井壁结构主动土压力新解,并将所得结果进行比较验证,得到了中间主应力系数对井壁结构主动土压力分布规律的影响情况.分析表明:竖井井壁结构主动土压力随竖井深度的增加,呈幂函...     

厚表土薄基岩钻井井筒突水溃砂次生竖向受压破坏机理研究

以淮南矿区板集煤矿副井为背景,分析厚表土薄基岩钻井井筒因突水溃砂引发竖向受压次生破断过程与特征,采用Mohr-Coulomb准则建立井筒底部含水层巨量水砂快速流失引发上覆土层沉降力学模型,推导负摩擦力解析解。分析表明,含水层巨量水砂流失引发井筒周围土体发生剪切破坏产生作用于井筒之上的负摩擦力,该负摩擦力产生的作用于井筒之上的竖向压应力与自重应力超过井壁竖向极限承载力时,井筒发生受压破坏,其后,竖向作用力依次向上传递导致多节钻井井筒发生受压次生破坏。土的抗剪强度指标对井筒竖向受力影响较大,黏聚力c和内摩擦角φ越大,井筒负摩擦力越大。对比分析突水溃砂与疏水沉降情况下井筒负摩擦力特征,表明突水溃砂情况下负摩擦力具有增长迅速及数值大,对井筒安全威胁大的特点。