基于M-C准则的D-P系列准则在岩土工程中的应用研究

通过适当的变化,D-P系列屈服准则便可与能够很好地描述岩土材料的强度特性的Mohr-Coulomb准则相匹配。文中对系列D-P系列屈服准则进行了比较系统及深入的研究,指出了D-P系列屈服准则的应用条件、相互之间的关系,并给出了一种D-P系列屈服准则的相互转换的方法。最后通过平面应变条件下的地基进行了有限元分析,通过与Prandtl经典理论解的对比,得出了大量有益的结论。数值分析结果有力的验证了本文有关理论的正确性。     

方底钢筋混凝土球扁壳基于双剪屈服准则的极限分析

利用双剪屈服准则建立了用机动法计算钢筋混凝土球扁壳的塑性屈服线理论,给出塑性屈服线求极限荷载的方法,使其更加合理。建立了矩形底的钢筋混凝土扁壳的屈服条件,并用无矩和有矩理论求解出方形底周边铰支的球扁壳的极限载荷。     

屈服准则对土质边坡稳定安全度计算的影响分析

分析了在应用有限元强度折减法计算土质边坡稳定安全度时,屈服准则对计算结果的影响。Mo-hr-Coulomb准则和Drucker-Prager准则是岩土工程中较常用的屈服准则,计算结果表明Mohr-Cou-lomb准则得出的安全度偏小,Drucker-Prager准则与参数α和k的选取直接相关,其中用Mohr-Cou-lomb内接圆及等面积圆得出的安全度比较合理;统一强度理论可以考虑岩土材料的中间主应力效应及拉压差效应,在边坡稳定分析中可以发挥材料的承载潜力。     

广义Hoek-Brown准则中强度折减系数的确定

 稳定性系数是边坡安全性评价的关键指标,但对适用于岩体特性的Hoek-Brown准则的折减存在标准不统一或计算复杂的特点,有必要确定合适的强度折减方案和系数。将广义Hoek-Brown准则(2002)与强度折减原理相结合,以三峡库区狮子包高边坡为模型,通过改变坡高、坡角和参数,以7种对岩石单轴抗压强度?ci、地质强度指标GSI和岩石材料常数mi的简化折减方案,研究狮子包高边坡的稳定性,并对稳定性系数和抗剪强度进行误差分析,确定广义Hoek-Brown准则的最优强度折减方案。研究结果表明,对广义Hoek-Brown准则的强度折减可通过同比折减参数?ci和GSI获得,此时数值计算与极限平衡法(Morgenstern-Price)确定的高边坡稳定性系数相对误差平均值为6.9%,方差为6.9%,抗剪强度相对误差为4.98%。这对广义Hoek-Brown准则在岩质边坡稳定性数值计算中的广泛应用有一定理论意义和价值。     

摩尔-库仑等面积圆屈服准则及工程应用

将Mohr-Coulomb等面积圆屈服准则和有限元强度折减系数法相结合,提出了在平面应变条件下有限元分析模型的选取、边界条件的处理方法、收敛条件,以及采用大型通用有限元程序ANSYS分析边坡稳定时c、φ值的替换原则,最后用于分析某工程深基坑复合边坡的稳定问题,给出该工程边坡的安全系数。     

具有非线性强度包络线的双剪双参数统一强度准则改进式及其特征分析

通过应力莫尔圆分析证明现有的双剪双参数统一强度准则采用的强度包络线为线性包络线,在此基础上对原有准则作了改进,改进后的双剪双参数统一强度准则采用了抛物线和双曲线形强度包络线,能够更好地表征岩石的强度特性,特别是抗拉强度特性。对改进式所作的π平面极限线和子午线分析表明,采用抛物线和双曲线形强度包络线基本上不会改变原准则在π平面上的极限线形状,但子午线由直线改为曲线,极限面在主应力空间内分别为抛物面和双曲面,其锥顶距坐标原点也比采用线性强度包络线的要小。从锥形极限面的大小来看,具有双曲线形和抛物线形强度包络线的双剪双参数统一强度准则改进式要小于直线形的,且抛物线形的最小。     

基于双剪屈服准则钢筋混凝土轴对称圆球壳有矩理论的极限分析

基于双剪屈服准则,导出了钢筋混凝土轴对称圆球壳的有矩理论的屈服条件,并应用塑性理论,对钢筋混凝土圆球壳进行了极限分析,并用机动法求出壳体在竖向均布荷载下的极限载荷。计算结果与根据塑性屈服线理论计算的结果相符,可供工程技术部门参考。     

西南某铁路便道边坡稳定性的有限元分析

结合西南某铁路便道边坡的工程概况,采用ABAQUS有限元分析软件,对铁路便道边坡的稳定性进行了有限元分析,并基于强度折减法,获得了该边坡的安全系数,确定了滑动面位置,进而为边坡防护与加固设计提供了参考,并给出了相应的加固处治建议。     

岩坡稳定的三维强度折减法分析

目前，强度折减法基本上用于边坡的二维稳定分析。为研究其在岩石边坡三维稳定分析中的适用性，选择平面滑动和楔形体滑动2个经典算例，运用强度折减法求解其安全系数，并与E．Hoek和J．W.Bray给出的解析解进行对比。计算结果表明，数值解与解析解非常接近，模拟的滑动方向与理论假定也基本一致。算例中，结构面使用实体单元模拟，为此进一步探讨结构面单元厚度和网格密度对计算精度的影响；结构面均为甲面，其厚度为块体高度的1／10～／200，厚度与单元数对安全系数的计算结果影响不大。对特征点位移准则和塑性区贯通准则进行比较分析，认为结构面塑性区贯通收敛准则在理论上与极限平衡理论较为吻合，实际应用上也易于操作．作为收敛准则较为合理。三滑面五面体滑动算例进一步验证该方法的适用性。     

有限元强度折减法分析边坡稳定性的判据研究

利用有限元理论知识及ANSYS有限元分析软件建立二维均质高边坡和二维共结点含有两种岩土体材料边坡模型,运用ANSYS有限元程序中弹塑性大变形的分析功能,结合强度折减法,模拟边坡的塑性应变区从坡脚向坡顶贯通的过程。通过传统的边坡失稳三大判据判断何时边坡发生失稳,以此来求得模型边坡的安全系数,进而研究边坡失稳判据的可靠性。     

岩石工程中屈服准则应用的研究

<正> 以莫尔-库仑(Morh-Coulomb)定律为基础的摩擦型屈服准则是在实践中久经考验,至今在岩石工程中仍被广泛采用的一个屈服准则。鉴于莫尔-库仑准则在计算上存在的困难,目前国内编制的岩土平面弹塑性有限元程序,对理想塑性情况大都采用德鲁克-普拉格(Drucker-Prager)屈服准则。但是这一准则在π平面上与莫尔-库仑不等角六边形出入较大,难以保证在计算中有足够的精度。近年来,随着岩土塑性理论的发展,使用的屈服准     

基于MSDP准则的岩质边坡稳定性分析

为考虑岩石拉压强度对岩质边坡稳定性的影响,首先,建立MSDP(Mises-Schleiche Drucker-Prager)准则强度包络线与莫尔应力圆之间的几何关系,并推导MSDP准则在τ-σn(其中,τ和σn分别为破坏面上剪应力和法向应力,空间的表达式;然后,针对平面滑动型边坡破坏模式,基于极限平衡分析提出岩质边坡安...     

考虑压剪耦合特性的岩土材料广义非线性屈服准则

针对岩土材料的压剪耦合特性,将原广义非线性强度理论(GNST)扩展为可合理考虑岩土材料屈服与破坏特性的广义非线性屈服准则。在偏平面上,屈服准则表达式采用SMP准则与广义Mises准则的插值表达式;在子午面上,屈服准则表达式采用可考虑压剪耦合特性的封闭曲线表达式。由于在过渡空间中建立相应的屈服准则表达式,因此与已有的Matsuoka-Nakai准则与Lade-Duncan准则的插值准则(MNLD准则)相比,新准则描述屈服时采用非线性强度曲线,同时能够更合理地考虑静水压力对于偏平面以及子午面上屈服特性的影响,模型参数均具有物理意义,且通过常规试验可以确定。通过不同岩土材料的破坏以及屈服特性的试验预测对比,验证了新准则在描述岩土材料压剪耦合特性方面的合理性。     

强度储备安全系数不同定义对稳定系数的影响

在极限平衡的双安全系数分析中,安全系数有c、tanφ的安全储备（定义1）和岩土参数α、k的安全储备（定义2）2种定义,分析了在应用有限元强度双折减系数法计算边（滑）坡安全系数时,强度储备的不同定义对计算结果的影响。2种安全系数定义得到的安全系数是不一样的,但是,强度参数c,tanφ按一定比例折减的同时,岩土参数α,k同时也在按相同的比例进行折减。Drucker Prager准则与参数α和k的选取直接相关,若采用外接D P准则,对于各种土体定义1和定义2得到的边（滑）坡的安全系数比较接近;若采用平面应变匹配D P准则及等面积圆D P准则,对于结构性黏土,定义2得到的安全系数略小于定义1,但对于滑体和滑带土为很粗的碎石土时,定义2得到的安全系数与定义1得到的安全系数要小得多。     

对“基于M-C准则的D-P系列准则在岩土工程中的应用研究”讨论的答复

非常感谢刘金龙博士等对拙文“基于M-C准则的D-P系列准则在岩土工程中的应用研究”(以下简称“原文”)的关注及讨论,现对讨论的问题进行答复:(1)讨论把中主应力系数b=(σ2?σ3)/(σ1?σ3)及大、小主应力比系数t=σ1/σ3引入到对无粘性土的D-P系列准则的控制方程中(讨论稿式(1)),对不同内摩擦角?时满足控制方程的b与t的相互关系进行分析,并在一定的?值下特定的b(t)下求得了不合理的t(b)值,以此认为D-P系列准则可能在一定的区段上不存在物理意义。要搞清这个问题,首先来看一看D-P系列准则的屈服方程与t、b在应力空间的相互关系:假设(σ2?σ3)=b′(σ1?σ3),σ1=t′     

基于广义Hoek-Brown准则的边坡稳定性强度折减法数值分析

Hoek-Brown屈服准则作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及计算领域应用最广泛的准则之一,并在边坡极限平衡法计算中得到了广泛应用,但很少应用于数值模拟计算领域。本文结合工程实例,以广义Hoek-Brown屈服准则建立数值计算模型,并基于强度折减方法计算边坡安全系数,经与等效Mohr-Coulomb屈服准则数值模拟及极限平衡计算对比,得出基于Hoek-Brown屈服准则的模拟计算结果与其它方法一致并且正确的结论。并认为不同屈服准则条件下的边坡潜在滑移面位置及变形特点存在差异,原因在于不同的屈服准则采用了不同的流动法则。与Mohr-Coulomb屈服准则相比,Hoek-Brown屈服准则采用基于应力水平的塑性流动法则更加体现了节理岩体的变形和破坏特点,可有效反映岩体的非线性破坏特征,更加接近工程实际,适于节理岩体的强度计算及稳定性分析。     

基于SPH的土质边坡稳定性及失稳后大变形数值模拟

本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)法对土质边坡稳定性及其失稳后的大变形进行数值模拟研究。该方法既可以分析边坡的稳定性系数和潜在滑移面,又可以对土质边坡失稳后的大变形过程进行模拟,从而弥补了传统数值模拟分析方法的不足,为土质边坡稳定性及失稳后滑坡大变形分析提供了一种新的方法。首先,采用Fortran语言编写了模拟土质边坡稳定性及失稳后滑坡大变形分析的SPH程序;其次,采用一个经典算例,验证了本文程序和方法在进行边坡稳定性分析时的准确性;最后,为验证该法模拟黏性土质边坡滑坡大变形的准确性,笔者自行设计了一组黏性土体滑坡大变形物理实验并与SPH模拟结果进行了对比。研究成果表明,基于弹塑性本构模型及D-P屈服准则的SPH方法可以较准确的模拟稳定性系数及潜在滑移面,并且可以较准确地模拟失稳后的滑坡大变形发展过程,弥补了目前数值模拟方法的不足,是一种值得推广的新型稳定性及滑坡大变形分析方法。     

论岩土材料屈服准则的基本特性和创新

从岩土材料的基本力学性能出发,讨论岩土材料屈服准则的基本特性和屈服准则的创新。根据国内外学者的大量实验结果,岩土材料屈服准则的基本特性为:拉压异性(SD)效应、正应力效应、静水应力效应、中间主应力效应、中间主剪应力效应、双剪应力正应力效应、双剪应力围压效应、应力角效应(应力偏张量第三不变量效应)和屈服面的外凸性。屈服准则应该满足这些基本特性,Tresca准则不符合这些条件,Mohr-Coulomb理论只能够满足部分条件,Drucker-Prager准则不能满足应力角效应。屈服准则的创新应该满足科学创新的3个要素:(1)新,前所未有;(2)比原来的准则更好;(3)能够实施、便于实际应用。总结各种力学单元体模型的发展,并以一个新的力学模型为依据,对统一强度理论补充一个拉伸破坏条件,它类似于Mohr-Coulomb准则的拉伸截断。从而将统一强度理论扩展到三向拉伸区,更能适用于岩土材料和岩土工程,也使统一强度理论在理论上更趋完整。     

应用于岩石强度的双剪准则

<正> 有关岩石强度的理论和实验研究已有许多报道。目前在岩石力学中应用较多的是莫尔-库仑理论。但这一理论只考虑了最大剪应力τ₁₃及其相应面上正应力σ₁₃的作用,而未考虑中间主剪应力τ₁₂或τ₂₃的作用,即没有考虑中主应力σ₂的影响,所以莫尔-库仑理论也可称之为单剪理论。有些实验表明这与实际不符,例如茂木清夫（Mogi,K.）经过多年研究认为σ₂对岩石破坏的影响是相当大的,因此曾建议采用修正的八面体剪应力条件,并提出了如下形式的破坏准则,τ₈=f（σ₁+σ₃+ασ₂）;此外,文献[5]给出了一个岩石的三维破坏准则,该准则以第一和第三应力不变量表达,但这似乎只是一种数学上的组合,缺乏物理意义。另外,还有许多半经验形式的准则等。