三峡船闸边坡岩体拉剪试验及强度准则研究

三峡永久船闸边坡开挖后,卸荷和应力重分布使得岩体出现较大范围的拉应力区,且该区岩体多呈拉剪应力状态。为研究受拉区岩体拉剪强度准则,进行了室内岩石拉剪试验,但采用现场试验进行岩体拉剪强度准则研究则较为少见。通过在船闸区开展拉剪面尺寸为50 cm×50 cm的现场岩体拉剪试验,获得了不同拉应力时的岩体拉剪强度,岩体拉剪强度与拉应力关系呈明显的曲线特征。岩体拉剪强度准则研究结果表明:三峡花岗岩岩体拉剪强度准则宜采用莫尔强度准则的二次抛物线型来描述,其次为双曲线型,而双直线型偏差较大。进行边坡变形稳定分析时,对于拉剪应力区岩体则不宜采用直线型强度准则,更不能简单地采用压剪试验取得的直线型关系向拉应力区延伸方法确定岩体拉剪强度。     

D-P准则与岩石断裂韧度KⅠc,KⅡc关系的研究

通过断裂力学中裂纹端部的应力叠加,得出拉剪裂纹的端部总应力,代入D-P破坏准则,经推导得出D-P准则与岩石断裂韧度KⅠc,KⅡc的相互关系.并以三峡永久船闸高边坡为例,说明该推导的合理性.     

D-P准则与岩石断裂韧度K_(Ic),K_(II)c关系的研究

通过断裂力学中裂纹端部的应力叠加,得出拉剪裂纹的端部总应力,代入D-P破坏准则,经推导得出D-P准则与岩石断裂韧度KIc,KIIc的相互关系。并以三峡永久船闸高边坡为例,说明该推导的合理性。     

砂岩拉剪强度和破裂特征试验研究及数值模拟

岩石高边坡和地下工程开挖等易诱发岩体拉剪破坏灾害。设计一种可在伺服控制压剪试验机上使用的岩石拉剪装置,该装置可保证荷载和位移控制精度,利用其开展砂岩单轴拉伸、拉剪和压剪试验。砂岩拉剪强度包络呈非线性,在全法向应力区的强度包络可用Hoek-Brown准则描述。针对常规PFC平行黏结Mohr-Coulomb强度准则无法有效模拟岩石非线性强度包络,基于砂岩试验结果建立平行黏结Hoek-Brown强度准则并通过简单转换方法编入PFC程序,方便有效地模拟砂岩拉剪强度和破裂特征及细观力学机制。拉剪情况下破裂面裂纹相对较细,更具张性,而压剪情况下微裂纹数量相对较多,损伤更强烈。随着法向应力sn增加,破裂面张性减弱而剪性增强,但因剪切膨胀原因,较小法向应力的压剪情况下破裂面仍以拉剪裂纹为主。根据数值模拟结果,可将拉剪和压剪应力状态下岩石的损伤演化过程大致分为弹性变形、稳定破裂发展、不稳定破裂发展和整体破裂4个阶段。sn较大时弹性变形阶段和不稳定破裂发展阶段相对较长,峰前塑性变形较多,拉剪情况下更具弹脆性。     

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。     

基于三剪能量屈服准则的地下水平盐岩储库腔壁稳定性分析

为解决地下水平盐岩储库的稳定性问题,在三剪能量屈服准则和试验研究的基础上,建立一个新的基于洛德角和应力的全应力状态的扩容准则.以建立的准则为判据,在不同轴比、不同侧压系数条件下,对常见的水平椭圆柱形的盐岩储库腔壁稳定性进行评价,最终确定储库的最佳轴比及其运营的极限气压范围.将计算结果与Kerry DeVries准则的计算结果进行对比,结果表明:该准则为确定地下水平盐岩储库运营时的极限气压提供了行之有效的理论方法.     

岩石拉剪流变特性的试验研究

根据岩石受拉及拉剪流变试验结果 ,研究了岩石受拉、拉剪流变特性 ,以及岩石受拉及拉剪强度。给出了岩石流变破坏曲线、拉剪破坏强度曲线 ,研究了岩石受拉强度、岩石流变等效抗拉强度和等效变形模量等 ,得出了几点有意义的结论     

双剪统一强度准则修正及土压力计算

提出了主剪面应力对和主剪面应力对的作用这两个新概念,并以此为出发点,通过考虑十二面体单元主剪面上所有三个主剪面应力对的共同作用,在双剪统一强度准则的基础上提出了一个新准则,并对其作了极限线分析、应力莫尔圆分析、中间主应力效应曲线分析和破坏角分析。研究表明,该准则能非线性地反映岩土的基本强度特征。同时,也不存在双剪强度准则中的双重破坏角问题。最后,还应用新强度准则分析了土压力计算问题。     

岩桥渐进弱化的Jennings抗剪强度准则

Jennings 抗剪强度准则以节理和岩桥抗剪强度参数按连通率加权平均的方式求取非贯通节理岩体的峰值抗剪强度,未考虑直剪试验过程中岩桥力学参数逐步弱化的影响,计算所得的抗剪强度与直剪试验结果存在较大偏差.基于人工齿状共面非贯通节理岩体的直剪试验,采用以剪切位移为变量的岩桥弱化度模型考虑岩桥力学参数弱化对抗剪强度的影响,提出改进的Jennings抗剪强度准则.考虑岩桥力学参数弱化的Jennings抗剪强度准则的计算结果更为接近试验值,表明考虑岩桥力学性质弱化是合理的.     

扩展广义Drucker-Prager屈服准则在边坡稳定分析中的应用

对边坡稳定问题进行严格的理论分析通常采用极限分析上界法 ,此法认为土体的塑流遵守关联流动法则 (ψ =φ)并满足理想弹塑性条件 ,其局限性主要表现在 :求得的剪胀值远远超过实验测得的剪胀值。然而如果采用传统意义上的非关联流动法则(ψ =0 ) ,即完全不计体积变形 ,则剪胀对土工结构稳定性的重要影响又会被忽略。因此为了更好地描述土体的变形特性 ,应采用广义上的非关联流动法则 (ψ≠ φ)。基于有限元分析 ,推导了平面应变条件下基于非关联流动法则的Drucker Prager屈服准则 ,该准则与摩尔 -库仑屈服准则匹配 ,并能够考虑剪胀角的影响。算例分析表明 :基于文中D -P屈服准则的有限元分析与相同条件下塑性极限分析所得结果相近 ,误差在 3 %左右。由此不仅可以证明本文方法的正确性 ,且因采用了D -P准则表达形式 ,只需进行简单的参数转换 ,就可方便地引入现有有限元计算程序     

Drucker-Prager准则参数特性分析

Drucker-Prager准则在数值计算中得到广泛运用。但如果该准则的参数选取不当,可能导致预测与试验结果之间不一致。通过分析函数基本特性,考察该准则反映中主应力对强度参数影响的能力,探讨导致预测与试验结果之间不一致的可能原因。进而对目前常用的参数表达式进行详细的分析,并考察平面应变情况下Drucker-Prager准则的参数特性。分析表明:Drucker-Prager准则不能合理地反映中主应力对强度参数的影响,且在平面应变情况下会得出中主应力系数小于0的结论。     

基于Drucker-Prager准则的边坡安全系数定义及其转换

探讨了基于D-P(Drucker-Prager)准则的边坡稳定安全系数定义形式,提出了各D-P准则之间的安全系数转换关系,并据此建立了基于D-P准则的边坡稳定安全系数与传统莫尔–库仑准则条件下安全系数的关系表达式。目前,ANSYS有限元软件采用的岩土材料屈服准则为莫尔–库仑六边形外接圆D-P准则,在利用有限元强度折减法计算边坡稳定安全系数时,可以先求出外接圆D-P准则条件下的安全系数,然后利用所提出的安全系数转换公式就可直接计算出各D-P准则条件下的安全系数。对于平面应变条件下的强度问题,平面应变莫尔–库仑匹配D-P准则(分关联和非关联两种情况)与莫尔–库仑准则等效,因此,通过转换就可以在ANSYS程序中实现莫尔–库仑准则,而不需要进行二次开发。这样就解决了基于D-P准则的有限元强度折减安全系数与传统工程中采用的安全系数(基于莫尔–库仑准则)间的接轨问题。大量算例结果表明:在平面应变条件下采用平面应变莫尔–库仑匹配D-P准则求得的安全系数与传统极限平衡条分法中用Spencer法求得的安全系数非常接近,且误差在1%～2%,已经具有相当高的计算精度,也同时证明所提出的方法是可行的。     

对岩石双剪强度准则的探讨

基于岩土体的双剪强度理论和已有的一些岩石真三轴强度试验资料，提出了一个岩石双剪强度准则的推广型式，探讨了该强度准则相关参数的选取问题，并据此强度准则进一步揭示了岩石的一些强度特性。     

地质体渐进破坏面的计算模型与剪切面破坏准则

提出地质体渐进破坏的多尺度计算框架,确定不同尺度的计算条件和物理参数的选取方法。将工程地质模型分为3级尺度：(1)工程地质模型的实际尺度,从百米到千米量级;(2)满足计算精度的数学网格,即等应力应变单元的尺度,通常为米量级;(3)描述地质体破坏的特征尺度,可以选为实验室试样尺度,通常分米量级。在该多尺度计算框架下,地质体材料的破坏可以采用实验室测得强度参数进行描述。提出适用于多尺度计算的一种基于剪应变强度分布的新的强度准则,该准则以应变作为强度指标,定义剪应变强度在材料中服从某种分布,未达到强度部分保持线弹性,超过强度的部分用库仑摩擦描述。该强度准则可以表述材料的非线性屈服和软化现象,得到材料的渐进破坏过程。当应变强度区间变化时可以自然得到脆断模型、软化模型以及理想弹塑性模型。通过离散元的算例计算表明,该模型中将材料的内部细观状态表述为弹性微元面和破裂微元面,并用线弹性和库仑摩擦参数分别表达是合理的。     

对《土坝坝体灌浆技术规范》(SD266-88)修改的建议

《土坝坝体灌浆技术规范》(SD266-88)可分为充填式灌浆和劈裂式灌浆两部分,但重点阐述劈裂式灌浆方面的内容,而这种劈裂式灌浆技术是建立在白氏法基础上的。随着劈裂式灌浆实践的不断深入及应用范围的不断扩大,灌浆理论和施工方面都在不断突破现行规范的限制,出现新的劈裂灌浆施工工艺,如章氏法、循环劈裂式充填灌浆法、新的衍生的劈裂灌浆法等,提出灌浆起始劈裂点、帷幕形态及帷幕耐久性、灌浆压力计算、浆液运动规律的物理模型、复灌次数及复灌间隔时间的确定等问题,都需要充实到新的灌浆规范之中。故提出修改现行规范的具体建议,可扩大劈裂式灌浆至所有土坝(不再限制坝高、坝型),将白氏法劈裂式灌浆中的接触带劈裂灌浆、土坝基础劈裂灌浆、渠道防渗劈裂灌浆、地基无限体劈裂灌浆、基础固结劈裂灌浆,以及章氏法劈裂式灌浆的内容增添到规范中;强调必须进行灌浆试验,确定对堤防工程及土坝岸坡段每孔复灌次数不少于3次,灌浆间隔时间不得少于3 d,计算得到的灌浆压力乘以1.1～1.3的系数等;强调必须以开挖探井检查灌浆效果为主,增加灌浆定额部分,实行监理制度等内容,以便指导灌浆实践活动。     

三维广义双剪断裂准则的研究

 基于广义双剪应力强度理论, 创建了一种新的三维复合型断裂准则——广义双剪断裂准则。研究结果表明,该准则与一些试验结果吻合很好, 它不仅可以广泛地用于分析岩土类材料的复合型断裂问题, 而且也可以用于金属材料的断裂分析。因此, 该准则有着重要的理论和实际意义。     

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。     

高烈度区高层住宅剪力墙结构布置探讨

随着国家标准GB18306-2015《中国地震动参数区划图》的执行,国家很多地区烈度都提高了,当地高层住宅方案在烈度提高后结构计算很难满足要求。文中以天津地区为例,探讨高烈度区住宅建筑方案设计如何考虑结构布置的需求。同时根据结构对比分析,对结构设计工程师如何优化高烈度高层住宅剪力墙布置使墙体得到最大的工作效率提出建议,为广大的建筑及结构设计工程师提供设计参考。     

云南粉土不同破坏标准的动强度研究

针对云南粉土,通过动三轴试验作了粉土的不同破坏标准的研究,作了应变破坏标准、极限平衡标准及初始液化标准时的动强度对比分析。结果表明:相同固结比时,不同破坏标准的动强度有差异,但随着固结比的增大,这种动强度的差异将有所减小。