脆性岩石真三轴能量强度准则研究

基于岩石材料拉压强度不等和中间主应力对强度影响特点,从可释放弹性能角度出发推导和建立了可考虑中间主应力对岩石破坏弹性能释放影响的真三轴能量强度准则,利用厚壁圆筒试验数据和已有文献真三轴试验数据以及从能量准则参数物理含义三方面分析验证了所建真三轴能量强度准则的合理性及可靠性.结果表明,所建真三轴能量准则能适应于厚壁圆筒及真三轴压力试验的多种复杂应力状态;花岗岩、石灰岩中间主应力影响大于红砂岩、中细砂岩;对同种岩石来说,岩石中间主应力影响系数随应力状态不同而不同,总体变化趋势随中间主应力增加而先增大后减小;岩石能量强度准则与岩石应力状态和材料物理性质密切相关.     

一种考虑主应力空间的岩石非线性真三轴强度准则

为评估岩石的真三轴强度特性,首先根据常规三轴试验岩石强度的变化规律,提出基于偏应力极值的非线性强度准则,并与12种岩石试验强度和4种典型岩石强度准则进行对比,发现该强度准则的预测值与试验强度非常接近,相关性系数R~2均在0.98以上,平均相对误差(MAPE,E_(MAP))均小于4%(除7号岩石为6.83%);该强度准则、指数准则、H-B准则、MM-C准则和D-P准则对所有12种岩石预测E_(MAP)的平均值分别为2.32%、2.43%、5.28%、7.39%和13.74%,说明该强度准则能够很好地预测不同类型岩石的强度,其预测精度略优于指数准则(岩石力学界认为预测精度较高的强度准则),远好于其他3种强度准则。在上述所建常规三轴强度准则的基础上,通过引入中主应力参数和罗德应力参数,构建考虑中主应力效应的真三轴强度准则,并与8种岩石的真三轴试验强度进行对比,该强度准则很好地反映了大主应力随中主应力的增加呈先增大后减小的变化规律,所得R~2均在0.9以上,其中5种岩石的R~2大于0.96;除了13和14号岩石(E_(MAP)分别为7.79%和4.84%),其余6种岩石的平均相对误差E_(MAP)均小于4%,说明该强度准则能够较好地预测岩石的真三轴试验强度,很好地反映了中主应力效应,具有良好的普遍适用性。子午面和偏平面的应力空间特征也说明该强度准则很好地反映了岩石的静水压力效应和中主应力对大主应力的影响规律。     

基于三剪统一强度准则的隧道围岩抗力系数计算

基于三剪统一强度准则对隧道围岩抗力系数进行了分析,并导出了围岩抗力系数的计算公式。在表征岩石的强度和变形特征时采用了三剪统一强度准则以反映中间主应力对岩石强度和变形的影响,在描述隧道围岩塑性区内的应力状态时,采用中间主应力参数法来表达不同岩体可能具有的不同塑性区应力状态。计算实例表明：隧道围岩的中间主应力对隧道围岩抗力系数有影响,考虑中间主应力效应后所得的隧道围岩抗力系数增大。     

基于Mogi-Coulomb强度准则的隧道围岩理想弹塑性解答

合理选择岩石强度准则对隧道应力及位移预测和支护设计都具有重要意义,基于Mogi‐Coulomb强度准则和理想弹塑性模型,通过中间主应力系数反映中间主应力的影响,推导了圆形隧道围岩应力和位移的解析解,并对所得结果进行比较与验证,得到了中间主应力和围岩抗剪强度参数的影响特性。研究表明：具有广泛的适用性和较好的可比性,Mohr‐Coulomb强度准则解答和Matsuoka‐Nakai准则解答均为其特例;结果关于中间主应力系数 b＝0.5对称,较好地反映了岩石强度的中间主应力效应及其区间性;粘聚力及内摩擦角对围岩塑性区半径和隧道洞壁位移的影响显著,应充分考虑中间主应力影响及围岩抗剪强度参数变化对隧道设计与施工的影响。     

岩石的强度准则及中间主应力的影响

Drucker-Prager准则和Murrell准则中包含中间主应力,但并没有得到真正三轴试验结果的检验,也难以表示应力状态对岩样强度的影响.D-P准则与Coulomb准则外接时,其三轴伸长的强度可以达到无限;与Coulomb准则内接和相切时,反映最小主应力的作用偏小而中间主应力作用偏大.Murrell准则表明岩石在2个方向承载单轴压缩强度的压应力时,在第三个方向还可承载单轴拉伸强度以上的拉应力;其反映的最小主应力作用也特别低.     

岩石的强度准则及中间主应力的影响

Drucker Prager准则和Murrell准则中包含中间主应力 ,但并没有得到真正三轴试验结果的检验 ,也难以表示应力状态对岩样强度的影响 .D P准则与Coulomb准则外接时 ,其三轴伸长的强度可以达到无限 ;与Coulomb准则内接和相切时 ,反映最小主应力的作用偏小而中间主应力作用偏大 .Murrell准则表明岩石在 2个方向承载单轴压缩强度的压应力时 ,在第三个方向还可承载单轴拉伸强度以上的拉应力 ;其反映的最小主应力作用也特别低     

岩石中间主应力效应及强度理论研究进展

综述岩石中间主应力效应试验和强度理论的研究进展,总结了岩石中间主应力效应的基本规律和现有岩石强度理论的特点与不足,最后介绍了统一强度理论及其对岩石真三轴试验的预测与在岩土工程中的应用。研究结果表明：中间主应力效应及其区间性是岩石强度的重要特性,且已是目前岩石强度准则建立所必须考虑的基本问题之一;应用统一强度理论并考虑更多复杂因素的综合影响,可得到更符合实际情况的较理想解答。     

含随机裂隙岩石真三轴破裂演化数值模拟

为分析岩石真三轴破裂演化规律，建立了含完整与随机损伤分布的不同细观单元模型，分别采用Mogi-Coulomb准则以及裂隙周边等效切向应力描述岩石细观单元破裂演化规律.以ABAQUS软件为平台，采用USDFLD子程序二次开发出了含随机裂隙岩石真三轴破裂演化数值模型.分别开展了岩石真三轴室内试验和数值试验研究，结果发现岩石真三轴破裂演化数值模型能够较好的反映真三轴不同应力路径下岩石的破裂特征.通过不同真三轴应力路径下岩石破裂特征对比发现：岩石宏观破裂特征具有明确的方向性，岩石宏观主破裂方向强烈依赖岩石中间主应力方向，随中间主应力方向改变而改变，这对于工程具有重要的理论与指导意义.     

红砂岩真三轴压力试验与岩石强度极限统计

为探讨岩石的强度理论和中间主应力效应,进行了红砂岩真三轴压力试验。获得了不同应力状态下的岩石强度极限值和岩石的三向全应力应变曲线。根据本文和收集到的真三轴压力试验资料,探讨了岩石的中间主应力效应问题。统计分析表明:中间主应力一般可使最大主应力的强度极限增大30%。     

真三轴应力作用下立方体节理煤岩力学响应试验研究

为了研究在真三轴应力作用下,中间主应力及层理面对煤岩破坏的影响,在中间主应力平行和垂直于层理面的两种条件下对煤岩开展不同围压组合的真三轴压缩试验.根据节理煤岩在上述条件下的室内试验结果,研究了节理煤岩在复杂应力条件下受层理面影响的强度和变形行为,利用三维极限摩尔圆讨论了节理煤岩的复杂破坏模式.结果表明:保持最小主应力不变,煤岩的极限强度随中间主应力的增加而逐渐增大;中间主应力与层理面方向对煤岩的变形和破坏影响较大,当中间主应力垂直于层理面时,煤岩较难破坏,对应极限强度较高,且沿最小主应力方向变形较难;Mogi强度准则更符合节理煤岩在真三轴应力作用下的强度特征,特别是中间主应力平行于层理面的情况.     

Triaxial strength behaviour of rockmass satisfying Modified Mohr-Coulomb and Generalized Hoek-Brown criteria

The triaxial strength of twenty rockmass types was predicted using two non-linear triaxial strength criteria for rockmass i.e. Modified Mohr-Coulomb(MMC) criterion and Generalized Hoek-Brown(GHB)criterion. Four different rockmass classification systems were used for the calculation of MMC criterion parameters while only GSI classification system has been used for calculation of GHB parameters. The representative value of the uniaxial compressive strength and elastic modulus of rockmass have been estimated using probabilistic approach. A hypothetical case of an unsupported tunnel has been analyzed considering both MMC and GHB criteria. The analysis was done using the convergence-confinement method with two different approaches. The first approach predicts the tunnel response using GHB criterion directly. The second approach predicts the tunnel response using equivalent Mohr-Coulomb parameters obtained by linearization of triaxial data points obtained from MMC and GHB criteria. The tunnel response has been estimated in terms of radius of plastic zone, tunnel convergence and tunnel convergence strain. For very poor rockmasses the tunnel response predicted by MMC criterion is less than that predicted by GHB criterion. For poor and fair rockmass, the tunnel response estimated considering both the criteria are comparable except for few cases. Squeezing condition in rockmass has been also evaluated.     

低应变检测中振源及桩土相互作用的影响分析

敲击-回波法是基桩完整性检测的有效方法,基于一维应力波理论,可以根据桩顶反射波质点振动速度响应曲线（包括走时、幅值及相位）来确定桩体波阻抗变化范围及程度。然而,在实际中,桩是柱体而非杆件,截面变形不均匀。通过点源激发的波分量及在桩顶侧面的反射波,分析了桩顶近场三维波动现象,并基于圆柱中纵向波对远场波进行分析。结果表明,在测点位置及激振频率满足一定的要求时,三维波动特性及纵向波频散特性可以削弱,桩的动测信号可近似用一维应力波理论来分析。在桩土相互作用下,桩体中应力波随传播衰减,分析了桩土剪切波速差异对应力波衰减影响规律,结果表明,应力波衰减不仅与桩土剪切波速比值有关,而且还与桩土剪切波速绝对值有关,桩体剪切波速越低、土体剪切波速越高,应力波衰减越快。     

粗粒土在三向卸载时的强度特性试验研究

卸载是引起岩土材料破坏的常见工况,为了研究粗粒土在不同中主应力系数b情况下三向卸载时的强度特性,使用真三轴仪对粗粒土进行偏应力q保持300 kPa不变,球应力p不断减小的等q、等b三向等量卸载试验,分析三向卸载条件下粗粒土的强度特性,研究常用强度准则对卸载条件粗粒土的适用性。试验结果表明：在三向等量卸载条件下,粗粒土的强度参数与中主应力系数b有关;对于不同的b值,b=0时的内摩擦角φ_b最小,破坏应力比M_b最大;破坏应力比M_b随着b的增大而减小,且随着b的增大,减小的梯度在逐渐减小;内摩擦角φ_b在b值较小时随着b的增大而增大,在b值较大时随着b的增大而减小,3个方向剪切的共同影响可以解释这一变化规律;Matsuoka-Nakai强度准则、粗粒土应力不变量强度准则和Lade-Duncan强度准则这3个强度准则都能反映内摩擦角φ_b与b之间的这一规律,其中,Matsuoka-Nakai强度准则在b值较小时与试验结果较为接近,粗粒土应力不变量强度准则在b值较大时与试验结果较为接近;粗粒土角隅函数强度准则与等q、等b试验结果较为吻合。     

土的剪切动态空间滑动面及其强度准则分析

提出了多种动态空间滑动面及其相应的强度准则,分析了不同强度准则应力空间描述的强度破坏面,探讨了在多种动态空间滑动面下土强度准则的变化可能性及实用性。结果表明:对于方次动态空间滑动面,随着方次越高,其动态空间滑动面越垂直于小主应力坐标轴,平行于大主应力和中主应力平面,空间面上的正应力越来越接近于小主应力,而剪应力越来越退化;对于开方次空间滑动面,随着开方次越高,其空间滑动面越接近于正八面体面,空间面上的正应力和剪应力越来越平均化;对于方次空间滑动面强度准则,随着方次越高,其对应强度准则破坏面的规律性越来越差,强度准则随参数的变化也越来越敏感,只有在特定参数条件下其空间面才具有较好的规律性;对于开方次空间滑动面,随着开方次越高,越来越均化了三个主应力的贡献,开方次的次数和土的结构性强弱相关。     

机械强度的模糊可靠性优化设计

本文在分析了优化设计和模糊可靠性设计两种设计方法的基础上，应用模糊概率理论探讨了设计变量为随机变量和模糊变量组合时的机械强度的模糊可靠性优化设计的方法，并以某系统中的传动轴的模糊可靠性优化设计进行了分析和计算。     

含损伤缝合复合材料层压板压缩剩余强度估算方法

提出了用基于平均应力判据的0°层纤维控制的强度破坏准则a0来估算开孔缝合复合材料层压板压缩剩余强度的方法。通过将冲击损伤简化为椭圆孔,采用上述的强度破坏准则估算了含冲击损伤的缝合层压板的冲击后压缩剩余强度。进行了缝合复合材料层压板的开孔压缩和冲击后压缩试验。估算结果与试验结果具有良好的一致性,满足工程精度要求。     

中美钢结构设计规范关于高强螺栓计算方法比较

对我国钢结构设计规范（GB50017—2003）和美国钢结构协会设计规范（AISC2005）,中关于高强螺栓的计算方法进行了计算分析和比较,有关分析结论可供高等院校学生及工程技术人员了解中美钢结构设计规范的技术水平和发展动态时参考．     

强度折减法在Hoek-Brown准则中的应用

为了在Hoek-Brown准则中实施强度折减法，并使其得到的结果与Mohr—Coulomb准则中强度折减法得到的结果等效，首先，通过理论推导确定Hoek-Brown准则参数m，s，σci与粘结力c和内摩擦角φ之间的关系；然后，进一步得到在Hoek—Brown准则中实施强度折减法时，m，s和σci的折减系数以及它们之间的关系；最后，由FLAC3D软件建立计算模型，采用所确定的折减方法计算边坡的安全系数，并将该结果与Mohr—Coulomb准则得到的结果进行对比，结果表明：参数m，s和σci的折减系数须满足一定关系，强度折减法在Hoek-Brown准则和Mohr-Coulomb准则中得到的安全系数的差别为3．54％，差别微小，从而验证了所确定的折减方法的可靠性。     

脆性材料弯曲强度尺寸效应及抗拉强度

本文对脆性材料受拉破坏机理进行了研究分析,提出“均强度”假说并通过实验验证,建立了不同尺寸试件的变曲强度的关系以及弯曲与拉伸强度之关系,并推导了脆性材料破坏发生区的解析表达式,有效地解释了弯曲强度的尺寸效应问题。本研究对脆性材料和陶瓷材料的力学性能的研究和评价有指导意义。     

Hoek-Brown破坏准则求解圆形硐室塑性区半径与修正的芬纳公式比较

目的 为定量确定围岩塑性区半径和给支护锚杆的深度设计提供科学依据.方法 以Hoek-Brown破坏准则为极限平衡条件,推求侧压力系数为1.0时圆形硐室理想弹塑性围岩的弹塑性应力和塑性区半径,运用Mohr-Coulomb准则直线拟合Hoek-Brown准则曲线和面积差补方法 ,求取等效的岩体Mohr-Coulomb强度参数后,建立相对塑性区半径随支护力和地质强度指标变化的二元非线性回归数学模型,并与源自于Mohr-Coulomb强度准则为屈服条件的修正的芬纳公式进行比较研究.结果 支护力每增加1.0 MPa,就可确保地质强度指标降低10～20的岩体中不会出现塑性区.在支护力较小和岩体质量较差情况下,采用Hoek-Brown破坏准则推导得出的塑性区半径和修正的芬纳公式计算得出的塑性区半径差别稍大.相对塑性区半径与地质强度指标都呈负乘幂函数关系,随着支护力的增大,塑性区半径随着岩体质量等级的升高而下降的趋势逐渐变缓.建立的相对塑性区半径随地质强度指标和支护力变化的二元非线性回归数学模型简明,使支护力连续变化,提高了工程实用性.结论 在岩体质量较差情况下,锚杆深度取1.8～3.0倍硐半径为宜.