压实黄土平面应变方向的主应力特性

对不同含水率压实黄土进行等小主动主应力σ_x的平面应变三轴试验,研究了含水率w及小主动主应力σ_x对加载过程中平面应变方向主应力σ_y特性的影响,根据试验结果提出了描述平面应变方向与其它方向主应力双线性关系的表达式,验证了基于典型强度准则的中主应力公式描述压实黄土σ_y变化的适用性。研究结果表明:在等向固结及初始加载阶段,平面应变方向主应力不是中主应力σ_2,而是小主应力σ_3;平面应变方向主应力比σ_y/σ_x随着主动主应力比R的增大先平缓后快速增大,转折点前后主应力之间分别呈线性和非线性关系;转折点处的主动主应力比Rz大于平面应变方向主应力由小主应力转变为中主应力临界点处的主动主应力比Rc,w及σ_x对Rz的影响较大,对Rc的影响很小。R较小时,w及σ_x对加载过程中σ_y/σ_x几乎没有影响。主应力参数K(=2σ_y/(σ_x+σ_z))与主动主应力比R之间呈双直线;前段为水平直线,K近似为常数Kc;后段为倾斜向上的直线;Kc及直线斜率m与w及σ_x的大小无关。提出的双线性函数能较好地预测压实黄土加载过程中σ_y的变化特性,而仅在土样破坏时,基于Lade-Duncan及SMP准则的中主应力公式的预测值与试验值比较接近。     

土体平面应变条件下的主应力关系

平面应变条件下土体中主应力之间的关系，其实质是特定应变路径条件下土的应力-应变关系，为土的一个重要力学特性。在平面应变条件下将土体的变形和强度特性简化为二维问题处理时，其关键就在于如何简单、合理地确定平面应变方向上的主应力大小。基于弹塑性理论及土的试验规律，在平面应变的简单加载条件下，假定主应力之间的关系为双线性函数，并利用一维固结和破坏时的主应力状态，确定双线性函数的系数，得到平面应变方向上主应力计算公式的一个较合理形式，为应力状态和材料性质的函数。建议的主应力关系体现土体在平面应变条件下的变形机制，在b-R坐标内通过3个关键点：初始点（1，1）、一维固结应力状态点（bc，R）、破坏应力状态点（bps, Rps）。通过与试验数据的比较证明所提双线性主应力函数的合理性，它可合理地描述平面应变方向上主应力的变化趋势，并且形式简单，易于工程应用。     

平面应变条件下主应力轴旋转产生的应变

以平面应变条件下的无粘性土为例 ,提出了一个确定主应力轴旋转条件下主应变增量与主应力方向之间非共轴角的简单方法 ,推导出了主应力轴旋转产生的应变增量的计算公式 ,通过试验验证了方法和公式的适应性。     

平面应变状态下基于统一强度理论的土压力计算

运用统一强度理论,推导了在平面应变状态下的极限应力状态平衡方程,并将其引入Rankine土压力理论并加以改进,提出了基于统一强度理论的主、被动土压力系数及土压力公式。得出基于Mohr-Coulomb强度理论的Rankine土压力公式是该公式的特例。运用工程实例,计算了在不同权系数b值下的土压力沿深度分布曲线,论证了中间主应力σ2对土压力的影响。实例证明考虑中间主应力σ2的土压力计算结果更符合实际情况。     

材料的强度理论

本文从摩尔库伦理论出发,认为材料的抗剪强度包络线为直线,建立数学模型导出材料在极限状态下破坏的理论公式。从而已知微元体在平面应力状态下大主应力、小主应力和切应力后带入公式后就可以计算此应力状态下材料是否破坏,不用再画图计算莫尔圆是否超出包络线。这样计算简便直观。本强度理论有别于材料力学中的第一、第二、第三和第四强度理论,只要材料的破坏遵循摩尔库伦抗剪强度包络线就可以应用。     

Lade-Duncan破坏准则在地基承载力计算中的应用

基于Lade-Duncan破坏准则及一个平面应变条件，推导出了无粘性材料的平面应变破坏公式，通过引入粘结应力σ0，将其推广到c-φ材料。将该公式运用于地基承载力的计算，推导出了基于Lade-Duncan破坏准则的地基承载力计算公式，将计算结果和试验数据比较，结果表明所推导的地基承载力公式是合理的。所得平面应变破坏公式对其他的平面应变问题具有同样的参考价值。     

平面应变条件下土的强度准则在黄土工程问题中的应用研究

文章依据Mohr-Coulomb、Matsuoka-Nakai、空间滑动面、Lade-Duncan、AC-SMP强度准则所建立的平面应变条件下的中主应力公式和土的平面应变强度准则,对黄土工程中常见的平面应变问题进行分析和计算,包括黄土基坑直立开挖平面应变问题、挡土结构土压力问题和条形基础地基承载力问题。研究结果表明,平面应变条件下Lade-Duncan准则和空间滑动面强度准则对于各种黄土工程的计算结果是基本相同的,进一步说明Lade-Duncan 强度准则描述土单元剪切破坏时的空间滑动面近似为空间滑动面;平面应变条件下所推导的各个强度准则在进行黄土工程具体问题分析时与常用的Mohr-Coulomb准则有较大的差异,Mohr-Coulomb准则趋于保守,未能充分发挥黄土的强度。在进行平面应变问题的黄土工程设计时,可选择适合黄土的强度准则,考虑平面应变条件下中主应力对土强度的贡献,充分的发挥黄土的原生结构特性,在工程建设中提高经济性。     

不同应力路径下饱和粘性土CU试验研究

利用GDS多功能三轴仪对饱和粘性重塑土分别进行了不同K0状态下的CU试验和K0=0.7时不同围压状态下的CU试验,探讨不同应力路径下粘性土的变形和强度特性。试验表明:不同应力路径下的土的应力—应变关系都呈曲线形态相似的非线性应变硬化型;随着固结应力比K0的增加,应力—应变关系曲线初始坡度逐渐由缓变陡;饱和粘性土不排水试验中:ε3=(1/(1-ε1))~(1/2)-1。     

整体破坏型土洞平衡时覆盖层厚度计算公式

当土洞在上部荷载作用下发生整体失稳塌陷时,根据莫尔—库仑破坏准则,土层将形成与最大主应力面夹角为α=45°+Φ/2剪切破裂面(共轭剪切面)。通过确定潜在破裂面上的法向应力σ,从而求得对应处抗剪强度τ_f,再根据整体平衡条件确定土洞整体破坏的上覆土层临界平衡高度,并根据工程实例对该公式进行验算,证明该公式的计算结果与实际情况符合程度较高。     

平面应变条件下无粘性土的破坏准则

基于空间滑动面理论,本文提出了一种平面应变条件下无粘性土的破坏准则.该准则将平面应变和三轴条件下土的有效内摩擦角联系起来,只需通过三轴试验就可以确定平面应变条件下土的有效内摩擦角和破坏准则.此外,本文还证明,平面应变条件下无粘性土的破坏条件,就是三维应力条件下等效内摩擦角达到极大值的条件.试验结果验证了该准则的正确性.     

基于广义非线性强度准则下地基承载力的计算

Mohr-Coulomb理论应用于土体分析时的两大缺陷,即未考虑中主应力的影响,也未考虑土体材料的SD效应,因而对于土体材料的潜能未充分考虑。为了考虑上述两种效应,本文基于广义非线性强度准则(GNST)及平面强度理论,推导出了可应用于砂土及粘土类材料的平面应变破坏条件。将上述推导结果应用于地基承载力的计算,推导出了基于GNST准则的地基承载力计算公式。通过与实际载荷试验数据比较,本文计算结果与实验数据吻合较好。表明推导出来的α公式对于计算砂土的强度特性是可行的,同时也可应用于其他平面应变问题有同样的参考意义。     

基于统一强度理论朗肯土压力的计算研究

 采用双剪统一强度理论主应力型表达式和平面应变假设,首先将挡土墙土压力问题视为平面应变问题,通过广义虎克定律确定出中主应力 ,并根据朗肯土压力分析原理确定出另外一个主应力,最后结合双剪统一强度理论主应力型表达式分别推导朗肯主动土压力和被动土压力的计算公式。该公式除了引入考虑中主应力影响的系数b,还通过广义虎克定律把材料的泊松比 引入朗肯土压力计算公式中。经典的朗肯土压力计算公式仅为该统一解的特例。该统一解可以灵活地运用于各种不同特性填土材料的土压力计算。最后通过一算例讨论不同权系数b对计算结果的影响。分析表明：采用经典的朗肯被动土压力理论所得到的结果是偏小的,而采用经典的朗肯主动土压力理论所得到的结果是具有一定的安全储备;双剪统一强度理可以更好地发挥材料的强度潜力,可取得一定的经济效益。     

岩土材料最大主剪应变破坏准则的推导

屈服和破坏是2个不同的概念,是材料变形过程中的2个不同阶段。在应力空间中,理想塑性的屈服面在材料变形过程中始终保持不变,而在应变空间中,后继屈服面与初始屈服面大小相同,但中心位置随着塑性变形的增大而移动。所以传统的基于应力空间的各种准则无法判断材料破坏与否,而基于应变空间进行表述则能克服这一局限。据此,建立基于最大主剪应变的岩土材料延性剪切破坏应变准则;根据正常固结饱和土排水和不排水三轴试验结果,分析应力和体积应变（排水）或孔隙水压力（不排水）随应变的变化规律,并利用ANSYS对上述三轴试验进行数值模拟,计算结果与试验结果所得规律一致,表明取试样进入临界状态起始点的应变作为破坏极限应变容许值是合理的。最后,详细推导出最大主剪应变的计算公式,并针对几种常用屈服准则给出计算示例。     

Rock failure with weak planes by self-locking concept

In order to investigate failure of a rock mass having planes of weaknesses, a three-dimensional model is proposed based on the self-locking concept in friction analysis. In the case of two-dimensional problems, the model gives the same results as that of the Mohr–Coulomb criterion. The three-dimensional model can be reduced to the two-dimensional model, if the weak plane is parallel to the intermediate principal stress and/or the intermediate stress is equal to the minimum principal stress. The results indicate that the influences of three principal stresses and mechanical parameters of the weak plane on spatial failure region are remarkable, in terms of shape and range, that the spatial failure region becomes smaller as the mechanical parameters increases, and the weak plane will never fail when some threshold of mechanical parameters is reached, no matter what values of weak plane strike and dip will be. The spatial failure region becomes smaller with increased values of the intermediate and minimum principal stresses, conversely it becomes larger with the maximum principal stress increased. Additionally, the influence of bottom hole pressure on the failure range of weak plane is analyzed, for bore holes in naturally fractured formations, with the help of a local coordinate system.     

基于三剪统一强度准则的太沙基地基极限承载力

基于三剪统一强度准则考虑中间主应力影响的特点,对太沙基地基极限承载力计算公式进行了修正。在修正式中,强度准则中的中间主应力效应参数b对地基极限承载力有影响。算例分析表明:当地基土的内摩擦角较大,b取其较大值时;当地基土的内摩擦角较小,b取其较小值时,修正式都能较好地反映地基极限承载力的真实情况。     

三向应力作用下的Rankine被动土压力公式

基于Mohr-Coulomb理论推导的Rankine被动土压力计算公式,只考虑大小主应力的影响,没有考虑中间主应力的影响,而三向应力作用的双剪强度理论克服了Mohr-Coulomb屈服准则的不足,使被动土压力公式在三向应力作用下推导出来,更加符合实际,实例演算表明三向应力状态下的被动土压力值大于经典Rankine被动土压力值,计算结果用于设计更偏于安全。     

粗粒料变形特性的大型真三轴试验研究

三维应力状态下粗粒料的变形性状对土石坝的沉降尤为重要。通过大型真三轴试验系统,对粗粒料开展了等小主应力等中主应力系数加载试验。试验结果表明:小主应力较小时,粗粒料的剪胀性较强,随着小主应力的增大,粗粒料的剪缩性逐渐增强。中主应力系数从0增大到0.5时,粗粒料的剪胀性基本上是逐渐减小的,而当中主应力系数增大到0.75时,剪胀性又有所增强。大主应变均表现为压缩变形,小主应变均产生膨胀变形,中主应变在一般三维应力状态下表现为压缩变形,而在常规三轴应力状态下中主应变则产生膨胀变形。     

基坑土体卸荷剪切模量真三轴试验研究

通过对基坑土体真三轴卸荷不排水试验结果的分析,研究了由广义虎克定律推导出的土体广义剪应力与广义剪应变的关系,并根据土体实际应力路径定义了中主应力系数,推导了基坑土体卸荷切线剪切模量计算公式。研究表明:土体广义剪应力与广义剪应变关系曲线呈明显的非线性,中主应力对土体强度的影响存在区间效应。在中主应力σ2的数值由σ3逐步增加到σ1的过程中,土体的强度逐步提高到一定峰值后,再逐步减小。