不同冲击频率与中主应力下细砂力学响应研究

使用SPAX-2000改进型真三轴试验系统对饱和细砂进行循环冲击动力固结试验,研究不同固结条件、不同冲击荷载作用频率与不同中主应力作用下细砂应力-应变关系等力学响应;并结合三轴剪切试验,分析对比了不同条件下冲击荷载作用后试样强度的变化特征。试验结果表明：中主应力增大,试样在冲击荷载的作用下更容易趋于密实,抗剪强度得到较大的提高;频率降低,在中主应力较小时动力固结后试样抗剪强度有明显的提高,而在中主应力较大时试样抗剪强度没有太大变化;表明了中主应力和冲击荷载频率是影响试样动力固结效果的重要因素。     

基于非线性统一强度的锚索极限抗拔力的计算

以非线性统一强度理论为基础,充分考虑岩体的中间主应力效应和岩体强度的非线性特性,并结合锚索的破裂面形状和极限平衡原理,获得了一个应用于地下硐室的预应力锚索极限承载力的计算公式。该公式能综合考虑岩土体种类、无侧限抗压强度、锚索倾角和注浆压力等各方面因素对锚索极限抗拔力的影响。最后给出了一个计算实例。结果表明,计算得出的锚索极限抗拔力大于传统设计应力,与实际工程更为接近,可充分发挥材料的强度潜能;随着中间主应力影响系数的增大,锚索的破裂面临界高度基本不变,而其极限抗拔力非线性增长;随着注浆压力的增大,锚索的破裂面的临界高度和极限抗拔力都呈线性增长。     

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。     

斜沟矿地应力分布规律及其应用

为了研究斜沟矿地应力分布规律,采用小孔径水压致裂地应力测量方法对斜沟矿地应力进行了测试,得出了斜沟矿主应力量级、分采区主应力场类型和主应力方向,分析了地应力方向同巷道布置方位关系对后期巷道围岩变形的影响,很好的指导了井下巷道布置及支护参数选取,取得了良好效果。     

基于围岩变形破坏特征的煤矿地应力场主应力方向预测方法

地应力场是煤层渗透性优势发育方位重要影响因素,准确获取地应力场主应力方向信息可以为煤矿瓦斯抽采工程设计与煤层气井网布置提供理论指导。系统总结了巷道变形破坏特征与地应力场类型、井下应力痕迹特征与地应力场最大水平主应力方向之间关系,提出了利用围岩变形破坏特征预测煤矿区地应力场主应力方向的方法。在焦作古汉山矿进行了现场应用,预测矿井地应力场为σH>σv>σh型、地应力场最大主应力方向应为NE向,预测结果与地应力实测结果基本吻合,证明了该方法有效性。     

考虑层面滑移条件的软弱夹层极限荷载分析

针对现有岩土体中软弱夹层的极限荷载计算理论无法全面考虑层面滑移条件,且多数理论采用金属材料屈服准则,并不适用于具有内摩擦特性的岩土材料的问题,基于Prandtl塑性挤出破坏模式,采用主应力法和摩尔 库仑屈服准则,分析了3种层面滑移条件下软弱夹层极限荷载的变化规律及3种滑移条件的适用范围,得到了相应的极限荷载计算公式,并将其与薄层挤压理论及Prandtl理论进行了对比,指出了所述方法适用的夹层宽厚比范围。结果表明:软弱夹层的极限荷载随夹层宽厚比、强度参数、摩擦因数的增加而增大,但摩擦因数高于一定值以后极限荷载不再随之变化;夹层面滑移条件在强度较低时对极限荷载的影响不明显,极限荷载主要受夹层材料强度参数控制;软弱夹层强度逐渐提高时,夹层面的滑移条件对极限荷载的影响逐步变大,尤其在夹层宽厚比较大时更为显著;提出的极限荷载计算公式能较明确地反映夹层面滑移条件对极限荷载的影响,可以为岩土体中软弱夹层的稳定性分析提供参考。     

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。     

考虑软化和扩容的圆形巷道围岩Z-P准则弹塑性解

巷道围岩受应力作用表现出的软化、扩容行为对巷道的变形和破环有重大影响。为了研究软化、扩容特性对巷道围岩稳定性的影响,根据岩体的软化特性,建立理想的弹性软化模型,将围岩分为弹性区、塑性软化区和破裂区;基于Zienkiewicz-Pande准则和非关联流动法则,考虑围岩的软化、扩容特性,推导出含中间主应力的圆形巷道弹塑性解析解;将Z-P准则与M-C、D-P等准则进行比较,分析了软化模量、扩容等因素对巷道围岩的影响。结果表明:Z-P准则可良好地适用于发生软化、扩容的巷道;中间主应力系数为0.4时,围岩塑性区范围最小,围岩位移最小,塑性区内应力最大;软化模量越大,围岩破裂区半径越大;剪胀角越大,塑性区位移越大,破裂区半径越大;支护阻力越大,巷道塑性区范围越小,且提高支护阻力能有效控制巷道围岩的变形。     

中低速长杆弹侵彻半无限岩石靶的动态响应研究

该文将统一强度理论与岩石材料动力强度依赖应变率效应的物理模型相结合,建立了岩石材料在侵彻等动力荷载作用下的率型动态统一强度准则。基于修正的土盘浮动锁应变模型,考虑应变率效应、中间主应力效应、强度准则差异和弹头滑动摩擦的影响,推导了土盘整体平均锁应力和整体平均锁应变的表达式。采用MATLAB数值计算软件和四阶Runge-Kutta算法编制计算程序,求解了中低速（V ≤ 900 m/s）长杆弹侵彻条件下弹体的侵彻深度,研究了侵彻过程中弹体的运动规律及靶体的动态响应,分析了各参数对弹体侵深的影响特性。研究表明:该文计算方法可以较好地描述整个侵彻过程中弹、靶的动态响应,还可以得到一系列基于不同强度准则的侵彻深度的解析解,有效地预测弹体侵深的上限值和下限值;中间主应力效应、强度准则差异和弹头滑动摩擦对岩石靶的抗侵彻性能具有重要影响。     

考虑抗拉强度的岩石强度准则对比分析

岩石强度准则的研究一般着重于抗压强度而忽略抗拉强度,抗拉强度是岩石的一个重要力学性质,在工程设计中是一个重要的力学参数。该论文采用五种岩石的室内岩石力学试验数据对四种强度准则进行拟合,以对抗拉强度的描述精度、最小平均标准拟合差和拟合的主应力间关系曲线综合评价强度准则与试验值的吻合性,探究不同的强度准则对抗拉强度的预测效果。分析表明:指数强度准则拟合值与试验值最接近,描述精度最好,评价不同应力状态下岩石的强度特征优先考虑指数强度准则。