岩土材料偏应力屈服张量角及应用分析

明确了偏应力张量角的概念,推导了广义Mises理论的偏应力张量角,证明了其偏应力张量角与屈服参数α呈正相关关系;推导了Mor-Coulomb理论的偏应力张量角,证明了其偏应力张量角与屈服参数m呈正相关关系;通过偏应力张量角可将不同屈服理论建立联系,基于偏应力张量角,求出了Drucker-Prager屈服准则与Mor-Coulomb屈服理论中屈服参数之间的内在联系;分析了L-D屈服准则和SMP屈服准则的偏应力张量角的特征,并以L-D屈服准则为例,分析了L-D屈服准则中屈服参数的非线性特征,并对其屈服面的对称特性进行了分析;计算了泥巴山隧道流纹岩在两种不同应力路径下的偏应力张量角并分析了其变化规律;通过模型试验对偏应力张量角的应用进行了相关讨论。     

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。     

基于Drucker-Prager屈服准则的围岩塑性区半径和松动压力解析

文章基于Drucker-Prager屈服准则,推导了深埋圆形洞室塑性区半径和围岩松动压力,在偏平面上对表达式进行了解析;考虑到围岩强度参数的随机变异性,利用AN SYS的概率设计系统进行了可靠度分析。     

一个土体的双屈服面应力-应变模型

<正>一、引言 土体弹塑性应力-应变关系的单屈服面“帽子”模型,如修正剑桥模型、科斯拉和吴模型以及黄文熙模型等,在用于一般加荷情况时,能获得较满意的结果;但对某些加荷情况,可能会出现不合理。譬如,受有一定荷载的三轴试样,如果保持偏应力不变而降低围压,单屈服面“帽子”模型将当作卸荷回弹,因为应力变化落到屈服面以内。而事实上,试验     

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。     

等应力比路径下堆石料双屈服面弹塑性模型研究

 已有研究及实测资料表明,土石坝内堆石料在填筑期应力路径接近等应力比关系,且这种关系并不因材料混杂、施工分期复杂而发生本质性改变。应力路径较大程度上影响了堆石料的受力变形特性,以往按室内常规三轴试验路径建立的本构模型及标定的参数直接推广至实际坝体路径的计算可能存在较大的误差。通过分析糯扎渡、水布垭及三板溪等堆石料等应力比三轴试验应力–应变曲线特点,认为体积应力–体积应变( )及偏应力与广义剪应变( )曲线具有幂函数规律。以常规南水双屈服面模型(沈珠江模型)为基础,将等应力比应力–应变规律引入模型中,在p-q平面内推导适合等应力比应力路径的双屈服面弹塑性模型,通过对试样在等应力比三轴试验中塑性应变增量方向的分析,探讨适合等应力比路径变形特性的 屈服面的合理形态。以糯扎渡水电站主堆料等应力比三轴试验为例确定模型参数标定方法,且对模型适应性进行初步分析。     

土体弹塑性理论加载准则和计算模型探讨

本文采用塑性应变分量的分部屈服概念,提出了适用于增量法计算的分部屈服加载准则;并且参照非线性变形理论,提出了新的土体弹塑性模型。本文属于理论探讨,有关计算成果及其分析将在另文发表。     

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。     

M-C与D-P屈服准则计算参数的能量等效方法及误差分析

 基于应变比能的概念,在偏平面内建立了分别进入Mohr-Coulomb(M-C)和Drucker-Prager(D-P)屈服面时所需形状改变比能的差值公式,获得M-C材料参数向D-P计算参数等效的统一性方案。可为各种参数匹配方法提供统一的计算公式、误差估计和能量解释。在此基础上讨论各种参数匹配方法的差异仅在于能量误差控制条件不同,且偏平面内能量误差零点可用Lode角或应力路径表示,此外,还讨论能量误差零点时对应Lode角的多值性及系列D-P准则等价性的条件。     

基于Lade-Duncan屈服准则的土压力计算

在平面应变条件下,应用广义虎克定律结合Lade-Duncan屈服准则,得到了考虑中主应力影响的主动和被动土压力计算公式,其计算出的主动土压力比Rankine主动土压力小,而计算出的被动土压力比Rankine被动土压力大,对实际工程具有一定参考价值。     

高强混凝土三轴强度规律与破坏准则

主要研究在三轴应力状态下高强混凝土的强度性能。进行了高强混凝土在三轴受压、三轴拉压和三轴受拉应力状态下共 1 0 1个试件的试验。为了对比 ,还开展了普通混凝土在相应应力状态下共 85个试件的试验。通过对不同强度等级混凝土三轴强度试验结果的分析和对比 ,总结了高强混凝土的三轴强度规律 ,建立了高强混凝土参数形式的破坏准则模型 ,并给出破坏准则模型中参数标定点的选取     

基于大型真三轴试验的粗粒料强度特性研究

基于长江科学院自主研制的大型微摩阻土工真三轴仪,对某土石坝粗粒料开展不同中主应力系数(等b)条件下的真三轴试验,探讨三向应力条件下粗粒料强度变化特征。研究表明:(1)中主应力对粗粒料强度影响显著,强度随b值增加而增加,特别是b值在0~0.25区间内,相较于常规三轴试验其强度指标显著增长;(2)经与几种经典强度准则对比,拉德–邓肯强度准则能相对较好地反映粗粒料在三向应力状态下强度演化趋势;(3)通过一组平面应变试验认为,不同围压下当偏应力接近峰值时,b值基本稳定在0.17~0.19,实际工程在试验条件有限的情况下,平面应变试验成果可用于粗略估算粗粒料在复杂三向应力状态下的强度。研究成果可为合理确定粗粒料复杂应力状态下强度参数及精细化研究粗粒料强度准则提供参考。     

应力路径对天然沉积土压缩特性影响的试验研究

工程中如何考虑复杂应力路径对地基土压缩性状的影响是岩土工程中一个关键的问题。然而目前土体压缩性状的研究通常采用一维压缩和三向等压压缩试验,没有考虑应力路径的影响。通过对天然沉积土进行不同应力路径下的GDS三轴压缩试验,研究不同应力比对天然沉积土压缩性状的影响规律。结果表明：不同应力路径下天然沉积结构性土的平均结构屈服应力和结构屈服后的压缩性参数均先随应力比的增大而增大,达到最大值后又随着应力比的进一步增大而减小。通过对比分析不同应力路径下的GDS三轴压缩屈服性状与一维压缩屈服性状,得出天然沉积土的静止土压力系数在屈服过程中并非常数,而是呈现由小到大的变化,在屈服后趋于恒定。     

考虑主应力轴方向的砂土各向异性强度准则与滑动面研究

主应力加载方向对土体强度产生影响的根本原因是土体存在各向异性。对于横观各向同性砂土而言,沿不同平面的抗剪强度随该平面与沉积面夹角增大而增大。认为砂土固有各向异性强度与该平面的各向异性参数密切相关,给出了各向异性砂的峰值强度表达式。在SMP准则中,各个潜在滑动面上的剪正应力比相同,各向异性砂土的抗剪强度和滑动面位置由强度最低的潜在滑动面所决定。综合考虑主应力轴、滑动面以及沉积面之间的位置关系,得到了砂土的各向异性强度准则。采用福建标准砂进行了一系列定轴剪切试验,系统地观测了定轴剪切试验中试样滑动面的特征。已有试验数据和理论结果的对比表明,各向异性强度准则可以较好地预测各向异性砂土的强度与滑动面位置。     

Basic characteristics and development of yield criteria for geomaterials

The yield criteria of geomaterials play a crucial role in studying and designing the strength of materials and structures.The basic characteristics of yield criteria for geomaterials need to be studied under the framework of continuum mechanics.These characteristics include the effects of strength difference（SD） of materials in tension and compression,normal stress,intermediate principal stress,intermediate principal shear stress,hydrostatic stress,twin-shear stresses,and the convexity of yield surface.Most of the proposed yield criteria possess only one or some of these basic characteristics.For example,the Tresca yield criterion considers only single-shear stress effect,and ignores the effect of SD,normal stress,intermediate principal stress,intermediate principal shear stress,hydrostatic stress,and twin-shear stresses.The Mohr-Coulomb yield criterion accounts for the effect of SD,normal stress,single-shear stress and hydrostatic stress,but disregards the effect of intermediate principal stress,intermediate principal shear stress,and twin-shear stresses.The basic characteristics remain to be fully addressed in the development of yield criterion.In this paper,we propose a new yield criterion with three features,that is,newly developed,better than existing criteria and ready for application.It is shown that the proposed criterion performs better than the existing ones and is ready for application.The development of mechanical models for various yield criteria and the applications of the unified strength theory to engineering are also summarized.According to a new tetragonal mechanical model,a tension-cut condition is added to the unified strength theory.The unified strength theory is extended to the tension-tension region.     

基于大型真三轴试验的砂砾石料强度–剪胀特性研究

为了揭示中主应力系数和应力水平对苏洼龙水电站坝基覆盖层砂砾石料的强度与变形特性的影响规律,结合一种微摩阻加载技术,开展一系列大型真三轴试验。在广义应力框架内讨论该砂砾石料的应力、强度和剪胀问题。结果表明:首先,对于该砂砾石料,内摩擦角随中主应力系数增加而增大,随应力水平提高而减小。3个经典强度理论中,Lade-Duncan准则的预测结果与试验结果更为相符,但当b值较大时,预测结果仍偏低估计了实际的内摩擦角;其次,随着中主应力系数b值增加,应力路径的斜率变缓,同时所达到的峰值强度提高,但峰值强度对应的q/p(q,p分别为广义偏应力和平均主应力)应力比越小,表明在单位平均主应力水平下所能发挥的最大强度减小。总体而言,剪胀角随应力水平增加而减小,亦随b增加而减小。     

空心圆柱扭剪试验中广义应力路径的控制与实现

针对国内外动态空心圆柱扭剪仪(HCA)在设置广义应力路径时大都需要人为假设外荷载加载形式的现状,指出了这种假定对HCA仪模拟广义应力路径能力的局限。考虑到GCTS公司HCA-100能够独立地控制轴力、扭矩及内外围压独立地加载,通过缜密的数学推导,提出了由目标广义应力路径直接确定外荷载加载方式的计算公式,据此可以实现对任意形式的广义应力路径的模拟并通过试验验证了其可行性。在三维应力坐标系b-?-?中,探讨了典型广义应力路径的表示方法,以q恒定的主应力轴连续旋转的应力路径为例,讨论了内、外围压与广义应力路径之间的关系。简化并完善了HCA仪的控制过程,为后续试验研究提供了理论依据。     

考虑中间主应力的横观各向同性深埋圆隧弹塑性解

平面应变条件下的深埋圆形交通隧道问题一般忽略中间主应力影响,但塑性区围岩的变形与实际情况会产生较大差异。岩土与地下工程中多遇到层状岩体,常将其处理为横观各向同性固体材料。充分考虑中间主应力对深埋圆形隧道的影响,基于平面应变假设得出了与横观各向同性材料相适应的Drucker-Prager准则并将其与Mohr-Coulomb准则精确匹配,在此基础上推导了考虑剪胀特性的横观各向同性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,推导出横观各向同性深埋圆形隧道围岩塑性区应力位移解析式;结合实际算例,分析了横观各向同性参数与围岩剪胀角对横观各向同性深埋圆形公路隧道围岩塑性区位移的影响规律。为深埋圆形交通隧道的计算和设计提供更为合理的理论基础。     

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。     

大断面切眼顶板偏应力运移及围岩稳定

为了探究大断面切眼顶板控制机理,以某煤矿5205切眼为工程背景,采用UDEC4.0模拟了切眼宽度6～10 m过程中,顶板偏应力、裂隙场、变形规律等响应特征。结果表明：①顶板偏应力呈浅部逐渐升高,深部逐渐降低的分布形态,宽度越大顶板浅部偏应力越小,而深部偏应力越大,同时,偏应力极大值逐渐降低并向深部转移。②围岩裂隙场分为3个区：裂隙贯通区、裂隙发育区、微裂隙区,均呈“半椭圆”状。③切眼宽度的增加,加剧了顶板微裂隙区向裂隙发育区及裂隙发育区向裂隙贯通区的转化,同时,顶板下沉增大。认为：顶板的控制首先保证帮不稳定三角块的稳定；高性能锚杆可更好地控制裂隙滑移。④双桁架锚索可锚固在肩角无裂隙区和顶板深部预应力叠加区,可抑制顶板中部裂隙贯通区的拓展和变形。基于此提出了高强高预紧力锚带网和双桁架锚索联合控制技术,矿压结果：切眼掘出后10 d实现自稳,顶底板相对移近量128 mm,两帮相对移近量96 mm,顶板离层4 mm。