中间主应力对球形孔扩张的影响

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，本文利用双剪强度理论建立了球形孔扩张问题时的弹塑性解。通过算例表明：基于双剪强度理论所求的球形孔扩张的塑性区半径小于M—C准则。据此可充分发挥材料自身的承载能力，减少支护，对实际工程具有重要的理论和实际意义。     

考虑中间主应力影响时的圆筒形孔扩张问题的弹塑性解

Tresca强度理论、Mohr-Coulomb强度理论在求解圆筒形孔扩张问题时的弹塑性解并没有考虑中间主应力的影响。本文首次考虑中间主应力影响时求解圆筒形孔扩张问题的弹塑性解。计算表明考虑中间主应力时圆筒形孔的塑性区半径有明显减少。据此可以充分发挥岩土体自身的承载能力，对岩土工程有重要意义。     

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。     

考虑中间主应力的深埋圆形巷道弹塑性位移解

平面应变条件下的深埋圆形巷道一般忽略中间主应力的影响,但塑性区围岩的变形与实际情况会产生较大差异．为了充分考虑中间主应力对深埋圆形巷道的影响,基于平面应变假设与关联流动法则将Mohr-Coulomb准则精确匹配为Drucker-Prager准则,在此基础上推导了理想弹塑性材料在塑性阶段的中间主应力表达式;根据所得的中间主应力表达式结合关联流动法则．不引入任何假设,得出塑性区体积扩容的关系式;进一步推导了考虑中间主应力影响的深埋圆形巷道塑性区应力位移解析式,其中径向应力、切向应力及塑性区半径的表达式与卡斯特奈（Kastner）解完全一致,但卡斯特奈（Kastner）解无法得出中间主应力,而新的位移解析式则与以往的文献完全不同;经与以往文献的位移理论解比较分析知,新的位移解答更加合理．因此,考虑中间主应力的解答为深埋圆形巷道的计算与设计提供更为科学的理论基础．     

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.     

岩石的强度准则及中间主应力的影响

Drucker-Prager准则和Murrell准则中包含中间主应力,但并没有得到真正三轴试验结果的检验,也难以表示应力状态对岩样强度的影响.D-P准则与Coulomb准则外接时,其三轴伸长的强度可以达到无限;与Coulomb准则内接和相切时,反映最小主应力的作用偏小而中间主应力作用偏大.Murrell准则表明岩石在2个方向承载单轴压缩强度的压应力时,在第三个方向还可承载单轴拉伸强度以上的拉应力;其反映的最小主应力作用也特别低.     

岩石的强度准则及中间主应力的影响

Drucker Prager准则和Murrell准则中包含中间主应力 ,但并没有得到真正三轴试验结果的检验 ,也难以表示应力状态对岩样强度的影响 .D P准则与Coulomb准则外接时 ,其三轴伸长的强度可以达到无限 ;与Coulomb准则内接和相切时 ,反映最小主应力的作用偏小而中间主应力作用偏大 .Murrell准则表明岩石在 2个方向承载单轴压缩强度的压应力时 ,在第三个方向还可承载单轴拉伸强度以上的拉应力 ;其反映的最小主应力作用也特别低     

考虑中主应力影响的非均质土体主动土压力上限解

本文基于对数螺旋线破坏机构,同时考虑黏聚力随深度变化,推导了墙背倾斜及粗糙情况下的挡土墙主动土压力计算公式.为了更贴近实际情况,考虑了基于统一强度理论土体中主应力对土压力的影响.为了准确计算土压力,把主动土压力计算转化为优化问题进行求解,并引入万有引力算法搜索最危险滑裂面.通过与已有的均质和非均质土层中土压力研究结果对...     

考虑中主应力效应Gudehus-Bauer亚塑性模型的改进

针对Gudehus-Bauer亚塑性模型不能考虑中主应力影响,在Gudehus提出的响应包络线理论基础上,提出了在模型的非线性项乘以一个考虑中主应力的因子进行改进.这种改进增加了土体剪切时的强度,改变了土体受压时的变形.新模型对中主应力的变化在中主应力参数影响程度能够有一定反映.同时将改进后的模型与中主应力参数为常量的真三轴实验进行了比较.结果表明改进后的模型可以模拟中主应力对砂土强度和变形特性的影响,能够定量预测由于中主应力影响产生的体积应变.     

不同初始状态软黏土在主应力轴耦合旋转下的孔压及3维变形规律

土体在受波浪、地震及交通荷载等荷载作用时,其相应的应力状态较为复杂,因此,在实际工程中偏应力和主应力轴方位角同时变化的情况普遍存在.目前,关于这种应力条件下原状软黏土的物理力学特性的研究尚处于起步阶段.主应力轴耦合旋转是指在主应力轴方向旋转的同时,偏应力不断增大,平均主应力、中主应力系数均保持不变.为研究主应力轴耦合旋...     

Effect of intermediate principal stress on strength of soft rock under complex stress states

A series of numerical simulations of conventional and true triaxial tests for soft rock materials using the three-dimensional finite difference code FLAC3D were presented. A hexahedral element and a strain hardening/softening constitutive model based on the unified strength theory（UST） were used to simulate both the consolidated-undrained（CU） triaxial and the consolidated-drained（CD） true triaxial tests. Based on the results of the true triaxial tests simulation, the effect of the intermediate principal stress on the strength of soft rock was investigated. Finally, an example of an axial compression test for a hard rock pillar with a soft rock interlayer was analyzed using the two-dimensional finite difference code FLAC. The CD true triaxial test simulations for diatomaceous soft rock suggest the peak and residual strengths increase by 30% when the effect of the intermediate principal stress is taken into account. The axial compression for a rock pillar indicated the peak and residual strengths increase six-fold when the soft rock interlayer approached the vertical and the effect of the intermediate principal stress is taken into account.     

定向剪切应力路径下冻结黏土强度特性试验

为探索考虑主应力轴方向变化等复杂应力路径下的冻结黏土强度特性,采用冻土空心圆柱仪,在温度为-10℃条件下,对重塑冻结黏土开展一系列主应力轴方向固定不变的定向剪切试验,探讨大主应力轴方向角a、中主应力系数b和平均主应力p值变化对冻结黏土强度特性的影响.通过对广义剪应力-广义剪应变曲线的分析,发现a角和p值变化对冻土的强度及破坏应变都有较大影响,随着a角的增加,破坏时的广义剪应力qJ值先增加后减小,最小值出现在a=75°处,随着p值增加,qJ值先增加后减小;b值变化对强度的影响较小,而对破坏应变有较大影响;广义剪应力-广义剪应变曲线均为弹性塑性应变硬化曲线,且初始线性段的极限应变值在0.5%左右,不受应力路径变化的影响.分析应力与应变之间的关系,建立了定向剪切应力路径下冻结黏土的强度模型方程,进而求得广义剪切模量随应变发展的关系表达式,并发现初始广义剪切模量对冻结黏土应变的发展及破坏应变值有较大影响,且存在一临界值,对于冻结黏土,该临界值为6×105k Pa.a角、b值和p值的变化都会对冻结黏土的强度及变形产生较大影响.     

不同平均主应力条件下重塑黄土的应力应变特性

利用GDS空心圆柱扭剪仪,在不同平均主应力条件下对青海重塑黄土进行一系列定向剪切试验,研究平均主应力对青海重塑黄土应力应变特性的影响。试验保持中主应力系数b不变,在不同平均主应力条件下,将重塑黄土试样分别进行主应力轴未发生旋转和旋转45°两种剪切破坏应力路径的剪切试验。结果表明：平均主应力和主应力方向角对重塑黄土的强度和变形有着显著影响;重塑黄土在大主应力方向角等于45°剪切破坏时峰值八面体剪应力与平均主应力呈线性关系,重塑黄土破坏时所产生的八面体剪应变发展趋势基本相同;剪切过程中,重塑黄土的大主应变和小主应变成对称发展,破坏时中主应变只有小幅度增长。当八面体剪应力-应变曲线没有出现峰值时,建议采用八面体剪应变为15%对应的八面体剪应力作为重塑黄土的破坏标准。     

主应力方向和中主应力系数对冻结黏土性状的影响

为研究复杂应力路径下冻土的力学特性,利用冻土空心圆柱仪对饱和冻结黏土开展了定向剪切试验,重点研究了大主应力方向和中主应力系数对饱和冻结黏土应力应变性状的影响.试验结果表明:定向剪切路径下饱和冻结黏土应力-应变曲线基本呈现应变硬化特征,且广义剪应力-应变曲线受扭剪分量的主导.不同大主应力方向下冻结黏土应力-应变曲线水平存在一定差异,当中主应力系数b为0.5和1时广义剪应力-应变曲线水平随着大主应力方向角α的增加而降低.中主应力系数b对冻结黏土扭剪分量的应力应变性状影响相对较小,而对轴向分量与广义剪应力应变性状影响显著.     

一种考虑主应力空间的岩石非线性真三轴强度准则

为评估岩石的真三轴强度特性,首先根据常规三轴试验岩石强度的变化规律,提出基于偏应力极值的非线性强度准则,并与12种岩石试验强度和4种典型岩石强度准则进行对比,发现该强度准则的预测值与试验强度非常接近,相关性系数R~2均在0.98以上,平均相对误差(MAPE,E_(MAP))均小于4%(除7号岩石为6.83%);该强度准则、指数准则、H-B准则、MM-C准则和D-P准则对所有12种岩石预测E_(MAP)的平均值分别为2.32%、2.43%、5.28%、7.39%和13.74%,说明该强度准则能够很好地预测不同类型岩石的强度,其预测精度略优于指数准则(岩石力学界认为预测精度较高的强度准则),远好于其他3种强度准则。在上述所建常规三轴强度准则的基础上,通过引入中主应力参数和罗德应力参数,构建考虑中主应力效应的真三轴强度准则,并与8种岩石的真三轴试验强度进行对比,该强度准则很好地反映了大主应力随中主应力的增加呈先增大后减小的变化规律,所得R~2均在0.9以上,其中5种岩石的R~2大于0.96;除了13和14号岩石(E_(MAP)分别为7.79%和4.84%),其余6种岩石的平均相对误差E_(MAP)均小于4%,说明该强度准则能够较好地预测岩石的真三轴试验强度,很好地反映了中主应力效应,具有良好的普遍适用性。子午面和偏平面的应力空间特征也说明该强度准则很好地反映了岩石的静水压力效应和中主应力对大主应力的影响规律。     

Failure criterion for soft rocks considering intermediate principal stress

The significant differences between hard rocks(more brittle) and soft rocks(more ductile) may suggest the use of different failure criteria. A strength criterion for soft rocks that includes intermediate principal stress was proposed. The new criterion includes two independent parameters: the uniaxial compressive strength(rci), which can be obtained from common laboratory tests or indirectly estimated by alternative index tests in the laboratory or field; and f(joint), which is used to characterize the rock mass quality and can be easily estimated. The authors compared the predictive capabilities of the new criterion with other criteria using the database of soft rocks under two conditions: with and without triaxial data. For the estimation of triaxial and true-triaxial strengths, the new criterion generally produced a better fit. The proposed criterion is practical for an approximate first estimation of rock mass strength, even without triaxial data, as it balances accuracy(lower prediction error) and simplicity(fewer independent parameters).     

带有中间支骨环肋圆柱壳应力修正系数的研究

本文主要研究了带有中间支骨的环肋圆柱壳在均匀静水压力作用下，应力计算时所出现的一些问题。由于高强度钢材的屈服极限不断地增大，下潜深度的不断增加，弯曲微分方程解的形式将不仅限于复数解。随着不同的结构尺寸及外载荷的变化，将会出现实数解及虚数解。本文分析了各种形式解的力学意义，推导了各种解的具体形式，确定了应力计算中各取值范围应力修正系数。通过与现有计算方法计算结果的比较发现，当肋骨尺寸较小时，其结果差异较大。同时论证了中间支骨是考虑到稳定性因素而加设的，但是它对结构的强度也起到了加强作用。     

Investigation of the influence of intermediate principal stress on the dynamic responses of rocks subjected to true triaxial stress state

Precisely understanding the dynamic mechanical properties and failure modes of rocks subjected to true triaxial stress state(σ_1 σ_2 σ_3, where σ_1, σ_2, and σ_3 are the major principal stress, intermediate principal stress, and minor principal stress, respectively) is essential to the safety of underground engineering. However, in the laboratory, it is difficult to maintain the constant true triaxial stress state of rocks during the dynamic testing process. Herein, a numerical servo triaxial Hopkinson bar(NSTHB) was developed to study the dynamic responses of rocks confronted with a true triaxial stress state, in which lateral stresses can maintain constant. The results indicate that the dynamic strength and elastic modulus of rocks increase with the rise of intermediate principal stress σ_2, while the dynamic elastic modulus is independent of the dynamic strain rate. Simulated acoustic emission distributions indicate that the intermediate principal stress σ_2 dramatically affects dynamic failure modes of triaxial confined rocks. As σ_2 increases, the failure pattern switches from a single diagonal shear zone into two parallel shear zones with a small slant. Moreover, a recent triaxial Hopkinson bar experimental system using three bar pairs is also numerically established, and the measuring discrepancies are identified between the two numerical bar systems. The proposed NSTHB system provides a controllable tool for studying the dynamic triaxial behavior of rocks.