用统一强度理论求解岩土材料的动力强度参数

基于俞茂宏的统一强度理论，研究了岩土材料在复杂应力状态下的强度理论及确定其动力强度参数的新方法。根据循环荷载作用的特点，把循环过程中的动态应变变化和极限平衡理论耦合起来，提出了基于统一强度理论考虑中间主应力的动态极限平衡概念，探讨了它在岩土材料中的应用，并推导出了确定有效动强度参数C′d，φ′d的方程。进一步研究了统一强度理论下的偏应力、有效固结压力和动态平衡状态线的概念，提出了确定有效动强度参数C′d，φ′d的简便方法。该方法不仅可以适用于砂土、粉土，而且还适用于沉积软岩材料。     

岩土类材料的统一强度理论及其应用

岩土类材料的强度理论是土木、水利、铁道、矿业等工程中的一个重要的基本问题。以往各种强度理论一般只适用于某一类特定的材料。本文对材料强度理论不作任何假设（如外凸性等），直接根据材料单向拉伸和单向压缩强度极限（也可用岩土工程中常用的材料强度参数Ｃ＿０和φ），从一个统一的单元体模型出发，考虑所有应力分量以及它们对材料破坏的不同影响，建立一个能够适用于各类材料的统一强度理论和统一形式的数学表达式。它包含了现有各种主要强度理论和一些尚未表达过的新的强度理论。按统一强度理论表达式得出的两大族８种强度准则可以适用于各种岩土类材料，并可由此蜕化得出两族适用于金属材料的统一形式屈服准则。     

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。     

地下工程应力松弛效应的初步理论解

蠕变和松弛是岩土材料常见的2种流变特性,岩土工程地下结构支护与围岩的相互作用不是一个单纯的蠕变过程,围岩的应力松弛对于衬砌的长期稳定性具有重要的影响.围绕地下工程圆形洞室松弛的等效蠕变过程,采用非线性蠕变模型,建立圆形洞室黏弹性围岩应力松弛效应的初步理论解,给出解答的量纲一的表达式.研究结果表明:岩土体的松弛特性可以通过蠕变参数进行表述;在没有考虑围岩松弛情况下,地下工程衬砌长期强度的设计偏于安全.从能量观点看,应力松弛可以看作是洞室围岩集中应力衰减的一个过程,该过程与材料本身力学性质和洞室围岩初始条件有关,同时受时间和空间因素控制,且微观结构演化趋势与蠕变过程相反.岩土介质松弛效应的研究成果不但可以应用于软岩地下工程开挖的工程实践,而且还可以提高对岩土材料流变性的认识.     

强度理论效应对岩土工程结构分析的影响

结合三个研究实例,对岩土工程结构分析中的强度理论效应做了分析介绍.从上述实例中可以看出,岩土工程结构分析需要对强度理论进行合理选用;否则,就有可能得出错误的结果.由于统一强度理论可以通过对其中的参数b取不同值来表达或近似表达现有的各种强度准则,并且从理论上界定了它们的上限和下限.因此,在岩土工程结构强度分析中,统一强度理论具有较好的应用前景.     

三参数双τ2强度理论及其在岩石材料中的应用

岩石力学中的强度理论是土木、采矿和水利等众多岩石工程中的安全性和稳定性设计的重要基础理论，它的研究具有重要的意义。首先，在二参数的双τ^2强度理论的基础上，建立了三参数双τ^2强度理论，并给出了材料的极限强度比，从而说明了对应不同材料的不同强度理论。其次，利用三参数双τ^2强度理论分析了岩石材料的脆性破坏，并同某些岩石岩样的试验数据进行了对比。结果表明，三参数双τ^2强度理论在岩样的强度分析中是令人满意的。     

三参数双t 2强度理论及其在岩石材料中的应用

岩石力学中的强度理论是土木、采矿和水利等众多岩石工程中的安全性和稳定性设计的重要基础理论，它的研究具有重要的意义。首先，在二参数的双t 2强度理论的基础上，建立了三参数双t 2强度理论，并给出了材料的极限强度比，从而说明了对应不同材料的不同强度理论。其次，利用三参数双t 2强度理论分析了岩石材料的脆性破坏，并同某些岩石岩样的试验数据进行了对比。结果表明，三参数双t 2强度理论在岩样的强度分析中是令人满意的。     

岩土塑性力学的新进展——广义塑性力学

多数岩土工程都处于弹塑性状态 ,因而岩土塑性在岩土工程的设计中至关重要。本文首先简要回顾了岩土塑性的发展过程 ,分析了经典塑性力学用于岩土类材料存在的问题 ,指出其采用的 3个不符合岩土材料变形机制的假设。放弃这 3条假设 ,从固体力学原理直接导出广义塑性位势理论 ,从而将经典塑性力学改造成更一般的塑性力学---广义塑性力学。广义塑性力学采用了塑性力学中的分量理论 ,能反映应力路径转折的影响 ,克服了塑性应变增量方向与应力增量无关的错误 ;要求屈服面与塑性势面对应 ,而不要求相等 ,避免了采用正交流动法则引起过大剪胀等不合理现象 ,也不会产生当前非关联流动法则中任意假定塑性势面引起的误差。文中给出了广义塑性力学的屈服面理论、硬化定律和应力-应变关系 ,并在应力增量分解的基础上 ,建立了考虑应力主轴旋转的广义塑性位势理论 ,从而可求出应力主轴旋转产生的塑性变形。通过分析屈服面的物理意义 ,表明屈服条件是状态参数 ,它与应力状态、应力历史及材性等状态量有关 ;同时也是试验参数 ,只能由试验给出。通过实际应用 ,表明广义塑性力学不仅可以作为岩土材料的建模理论 ,而且还可以应用于诸如极限分析等土力学的诸多领域 ,具有广阔的应用前景。     

岩土材料强度理论发展现状

在经典连续介质弹塑性理论框架下,结合岩土工程应用背景,总结和论述了岩土材料复杂应力状态下强度理论的发展状况,指出岩土强度理论是水利、土木、矿业、铁道等工程中结构件设计和强度计算必要的基础理论,因此强度理论得到广泛的研究和应用。     

用有限元强度折减法求滑(边)坡支挡结构的内力

滑(边)坡体的破坏属于破坏力学范畴，当滑面上每点都达到极限应力和极限应变状态时，材料进入破坏，此时岩土体抗剪强度得到充分发挥，这就是破坏力学中的破坏准则。通常当有支挡结构与岩土介质共同作用时，滑面上土体一般不处于极限平衡状态，而可能处于弹性平衡或者局部塑性极限平衡状态。这种受力状态不足设计情况下的受力状态。多年来，岩土工程设计一直采用极限状态设计方法，即传统方法中计算得到的支挡结构上的岩土侧压力是在坡体整体破坏且岩土体强度充分发挥时的岩土侧压力，也就是土体处于极限平衡状态且支挡结构有充分位移时作用在支挡结构上的岩土压力，按此设计既能保证坡体安全，又能最大限度地节省经费。因此，采用有限元强度折减法来考虑岩土介质与支挡结构的共同作用时也应遵循这一原则，即要求作用在支挡结构上的岩土侧压力与传统方法计算得到的岩土侧压力大体相当，在此条件下根据岩土介质与支挡结构的共同作用米确定支挡结构的内力。按照此原则，采用有限元强度折减法，不但得到了滑坡推力的大小和分布，而且通过有限元桩-土共同作用模型计算得到了抗滑桩的弯矩和剪力，并与传统方法进行了比较。算例表明采用有限元强度折减法来计算抗滑桩的内力是可行的，该方法增火了支挡结构设计的可靠性和经济性。     

冲击式振动锤沉桩的土力学特性研究

本文从土层的极限应力状态和剪切强度理论出发，建立了沉桩桩尖顶端土层达到极限破坏剪切应力的力学模型，并导出沉桩桩体周面摩擦阻力的解析表达式，为设计振动锤提供力学依据。     

统一强度理论的发展及其在土木水利等工程中的应用和经济意义

统一强度理论是在中国本土原创产生和发展起来的关于材料强度和结构强度的系统新理论。它从连续统力学最基本的单元体力学模型开始，到数学建模方法，理论公式的表述，以及一系列新的理论公式都不同于以往的各种理论。它将以往各种适合于某一类材料的单一强度理论推进为可以适合于多种材料的统一强度理论。经过40多年的发展，它不仅自己形成了系统的理论，而且将很多著名的理论包容其中，形成了范围更宽广、功能更强大的理论体系。由于它具有一个统一的力学模型，清晰的物理意义，简单的线性数学表述式，能反映材料的基本特性，即sD效应(不同的抗拉强度和抗压强度)、静水应力效应、正应力效应、中间主应力效应和中间主剪应力效应，以及结构强度分析的破坏准则效应，并且与现有的实验数据相吻合，能容易地适合许多新情况；此外，统一强度理论既容易用来取得解析解，也容易用于计算机程序取得数值解。统一强度理论已被推广应用于很多领域。在连续介质和工程应用的框架下对统一强度理论的发展及其在土木工程中的应用和经济意义进行较为系统的小结。     

岩土损伤复合体理论的应力应变合成模式研究

近年来岩土损伤本构模型取得了长足的进步,但岩土材料损伤复合体理论的一个基本问题——复合体两个组分的应力、应变合成模式上存在争议。从损伤力学的基础——连续介质力学的基本概念出发,对岩土损伤复合体理论应力应变合成的合理模式进行了深入研究。得出了一般损伤情况下的岩土损伤复合体理论的应力应变合成公式,给出了各向同性损伤情况下的简化公式,认为对于岩土损伤复合体理论不能直接采用并联、串联或简单的混合类型复合模式。     

岩土损伤复合体理论的应力应变合成模式研究

近年来岩土损伤本构模型取得了长足的进步,但岩土材料损伤的复合体理论的一个基本问题——复合体的两个组分的应力、应变合成模式上存在争议。从损伤力学的基础——连续介质力学的基本概念出发,对岩土损伤复合体理论应力-应变合成的合理模式进行了深入研究。得出了一般损伤情况下的岩土损伤复合体理论的应力-应变合成公式,给出了各向同性损伤情况下的简化公式,认为对于岩土损伤复合体理论不能简单的采用并联、串联假设。     

某污水处理厂边坡稳定仿真分析

应用岩土力学理论和数值模拟技术,对边坡开挖过程中的坡体变形问题进行了仿真分析,直观形象地刻画了边坡应力和位移变化的特征,并应用强度折减系数法得到边坡的稳定安全系数,并与极限平衡法的结果进行比较,得出较满意的结果,对边坡开挖和治理具有一定的指导意义.     

三轴压缩下岩石强度与破坏面角度的双剪理论分析

应用双剪理论对岩石在三轴压缩载荷下的强度和破坏特性进行了理论分析，并将分析结果与已有实验作了对比。研究表明，在岩石的强度特性方面，双剪理论所得分析结果与实验结果较吻合。而在岩石的破坏面角度方面，分析与实验尚需作进一步研究。这可能是由于岩石的破坏特性较之强度特性对其微观结构构造和实验面的条件更敏感所致。然而，作为一种宏观强度理论，双剪理论除了能很好地表述岩石的复杂强度特性外，还具有数学表达简明、便于工程应用等特点，是分析岩石在复杂应力条件下力学特性的有效工具。     

关于“岩土类材料的统一强度理论及其应用”一文的讨论

《岩土工程学报》１９９４年第２期发表了俞茂宏同志的“岩土类材料的统一强度理论及其应用”一文（以下简称“原文”）。原文以双剪理论为基础，考虑了作用于双剪单元体上的全部应力分量以及它们对材料破坏的不同影响，建立了一个新的统一强度理论。本文就此提出讨论，与原文作者及读者商榷     

20 世纪岩石强度理论的发展3——纪念Mohr-Coulomb 强度理论100 周年

 1900 年莫尔(O. Moh r) 教授建立了著名的莫尔2库仑(Moh r2Coulomb) 强度理论。100 年来, 岩石强度理论广泛吸引了工程师和物理学家(包括工程地质专家、力学家、地球物理学家、材料科学家和土木、机械工程师等) 的注意, 对岩石在复杂应力状态下的强度理论(破坏准则) 以及它们的实验验证进行了大量研究, 提出了众多岩石破坏准则, 并进行了大量轴对称围压三轴试验和真三轴试验。对100 年来的岩石强度理论研究的发展和主要结果进行小结,特别是从理论上总结了从强度理论的下限(莫尔2库仑单剪强度理论, 1900) 到上限(双剪强度理论, 俞茂宏, 1985) 到统一强度理论(俞茂宏, 1991) 的发展。对100 年来岩石强度理论发展的回顾, 将有助于我们对岩石强度理论的理性认识和合理选用。     

有效应力决定饱和岩土材料抗剪强度的摩擦学解释

有效应力决定了岩土材料的变形和强度，有效应力概念虽然已在岩土工程中广泛应用，但是，对于决定饱和岩土材料抗剪强度的有效应力，其理论解释至今却并不充分且受到质疑。为此，通过文献分析，确定了宏观抗剪强度与粒间摩擦强度之间的正相关关系，并运用摩擦学中的黏着摩擦理论，推导了排水和不排水条件下，粒间接触面黏着结点的生长公式和抗剪强度公式。通过对比分析这两种条件下的应力状态对抗剪强度的作用影响，得到了与 Terzaghi 一致的有效应力表达式，并在此基础上，探讨了有效应力和有效应力原理的基本概念和定义。     

岩土类摩擦材料空间Mohr应力圆与强度准则

 分析传统空间Mohr应力圆理论,并指出该理论不能完全反映双向受力下(即考虑中间主应力时)岩土类摩擦材料的应力状态。试验表明岩土类摩擦材料包括混凝土、岩石和土体在双向受压下(以压为正,此时?3 = 0)抗压强度大于单向受压(此时?2 = ?3 = 0)抗压强度,由此提出双向受力状态下2个主剪切平面上承载能力比单向受力状态下剪切平面上的承载能力大,其原因在于双向受力状态下的法向应力大于单向受力下的法向应力,从而使摩擦力和黏聚力增大。这表明空间应力状态下最大压应力?1随?2增大而增大,此时Mohr圆也随之增大。当?2从?2 = ?3 = 0增大至?2 =?1时,不仅2个小极限应力圆在变动,而且3个极限应力圆都在不断增大,由此建立适应双向受力下岩土类摩擦材料的空间Mohr应力圆理论。考虑上述特性,将基于传统空间Mohr应力圆理论的等强度能量强度准则发展为变强度能量强度准则,这一准则能很好地反映岩土类摩擦材料在双向受力条件下的强度特性。