统一强度理论应用于岩石的讨论

 具有多种形式的双剪理论已得到广泛的研究和应用,但没有基于试验数据的拟合与其他真三轴强度准则进行直接比较。以主应力形式直接构建线性和非线性统一强度理论,利用岩石的真三轴压缩、常规三轴压缩和伸长的试验结果,确定多个强度准则中的材料参数。统一强度理论对试验数据的拟合偏差较大,不能描述岩石常规三轴压缩和伸长强度随最小主应力的非线性增加,难以描述强度随中间主应力的变化趋势;而非线性理论使用2个隐式函数分段表示,实际计算时需进行多次比较判断。在最小主应力较低时,统一强度理论给出的岩石强度显著偏高,似乎不宜应用于孔壁崩落确定地应力、钻孔稳定性分析等。     

统一强度理论的试验数据拟合及评价

 基于中间主应力对岩石强度影响,统一强度理论可作为Coulomb准则的推广,并已得到广泛的研究和使用。利用已有的8种岩石真三轴试验结果,研究强度准则参数的确定方法以及相应的拟合误差。依据常规三轴压缩强度与围压的关系确定Q和K,再依据真三轴的强度确定参数b,统一强度理论所给出的双折线难以描述强度变化的整体趋势,对部分岩石试验数据的拟合误差超过Coulomb准则;如果以最小拟合误差为目标,对参数Q,K和b进行协同搜索,那么统一强度理论可以有较小的拟合误差,但其给出的部分岩石常规三轴压缩强度明显偏离实际结果。此外,统一强度理论认为岩石三轴伸长强度与常规三轴压缩强度相同,在最小主应力恒定时中间主应力引起的强度最大增加值随最小主应力线性增加,且强度关于中间主应力的一阶导数在峰值点是不连续的,这些都与试验结果不能完全协调。由于真三轴压缩试验结果还较少,中间主应力的试验范围也较小,而数据的离散性又较大,以最小拟合误差确定的强度准则能否适用于实际工程的分析计算,需要更深入的研究。     

高应力状态下岩石非线性统一强度理论

Hoek-Brown破坏准则和广义Hoek-Brown破坏准则广泛应用于岩石工程,其缺点是没有考虑中间主应力效应。为此,建立了一对双剪模型,它们包含两个双剪应力、对应于双剪应力作用面的两个正应力和两个或一个较小主应力。根据这一对模型,可以推出俞茂宏提出的统一强度理论和昝月稳、俞茂宏和王思敬提出的岩石非线性统一强度准则和广义非线性统一强度准则。当b = 0时,岩石非线性统一强度准则就变成了Hoek-Brown破坏准则。当岩石所受到的应力状态从低应力水平到高应力水平时,岩石的破坏从脆性破坏转化为韧性破坏。与Hoek-Brown破坏准则相同,岩石非线性统一强度准则和广义非线性统一强度准则只适应于3s相似文献   

岩石非线性统一强度理论及其在岩体工程中的应用

以统一强度理论为基础,研究与岩石破坏子午线相匹配的非线性统一强度理论,取得以下研究成果: (1) 建立了一个适用于岩石的双剪力学模型,这一双剪模型包括两个较大剪切应力以及作用面上的正应力和较小主应力。根据其力学模型可以推出线性统一强度理论。 (2) 根据所建立的双剪力学模型,假设岩石单元体破坏时双剪应力与较小主应力之间为抛物线型关系,提出岩石非线性统一强度理论。岩石非线性统一强度理论中参数b的变化可以反映中间主应力效应。当b=0时,退化为Hoek-Brown强度准则,忽略中间主应力效应;当b=1时,中间主应力效应最大。 (3) 根据所建立的双剪力学模型,提出了广义非线性统一强度理论。广义非线性统一强度理论包括许多强度理论和屈服准则,当b =0时,则为统一屈服准则;当b =1.0,则为线性统一强度理论;当b =0.5时,则为岩石非线性统一强度理论,适应于脆性岩石;当0.5相似文献   

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。     

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。     

岩石指数型强度准则在主应力空间的特征

 指数型强度准则利用显式函数表示最小主应力和中间主应力对强度的影响,强度准则参数具有明确的力学含义;常规三轴压缩强度表明,随着正应力增大,剪切强度趋于常数,而破裂角趋于45°;但Mohr应力圆与外包络线在切点附近差异较小,且岩石并非均匀各向同性材料,实际破裂角与理论破裂不会完全一致。真三轴试验数据的离散性较大,强度准则参数对拟合偏差的影响并不显著,而以最小拟合偏差确定的参数未必体现岩石的真实力学性质。在研究强度准则在主应力空间内的力学特征之后,建议依据应力趋于无限时中间主应力与最小主应力对强度的影响系数在s2 = s3处相等来确定强度准则参数,由此得到的拟合误差并未显著增大。     

用统一强度理论求岩基极限承载力

基于统一强度理论,将岩基承载力问题视为空间问题,考虑了中间主应力的影响,推导出了岩基承载力的计算公式。当中间主剪应力的影响系数b=0时,其计算公式与采用Mohr-Coulomb强度理论所求得的解完全相同。并讨论了b对承载压力的影响,分析表明:岩基承载力随着b值的变化而不同,从而说明所推导公式对岩基承载力计算有一定的指导意义。     

一种简便的岩石三维Hoek-Brown强度准则

针对岩石Hoek-Brown(HB)强度准则无法考虑中间主应力对强度的影响的问题,借鉴混凝土Ottsosen强度准则表达式,提出一个简便三维HB准则。详细推导所提出准则的3种不同表达式,并对其强度破坏面图像外凸性和光滑性进行证明。涉及的待定参数采用多元非线性拟合模型确定,采用8种不同的岩石真三轴试验验证模型的合理性。同时比较新强度准则3种不同表达式得到的确定系数,进一步与其他3个三维HB准则进行了比较。结果表明准则不但简便,具有较高的精度,且便于进一步形成弹塑性本构。     

混凝土统一强度理论及其应用

总结了国内外各种混凝土多轴强度理论和大量实验资料，提出了一种介于莫尔－库仑理论和双剪应力强度理论之间的混凝土统一强度理论，考虑了中间主应力σ２的影响，具有清晰的物理概念，较简单的数学表达式．通过分析比较可知，与国内外学者的试验结果吻合较好，算例表明，可以适用于工程应用     

地下厂房岩锚梁裂缝成因分析

针对水电站地下厂房开挖过程中出现的岩锚梁与围岩结合部位的纵向裂缝,结合地质资料、监测成果和施工过程,对岩锚梁裂缝产生的原因进行较为详细的分析,认为裂缝形成的时间在2006年10月底至11月初,即地下厂房进行第Ⅴ层开挖施工期间;裂缝段围岩的差异变形是裂缝产生的主要原因;导致围岩差异变形的地质原因是存在岩脉断层,施工原因是支护措施不能有效地节制围岩变形.因此,考虑岩体的非连续性,加强施工期地质工作,及时预测侧墙可能出现的差异变形,并采取有力的支护措施对确保岩锚梁安全十分重要.     

基于微震监测的水电站地下厂房安全性评价研究

 将微震监测系统引入水电厂房,在塌空区域建立精度较高的ISS微震系统,通过互联网实施远程控制。对获得的大量微震监测进行数据处理,采用不同方法对塌空区和整个地下厂房进行稳定性分析。从微震事件的时空和能级分布规律对塌空区进行稳定性判断;采用能量指数法、能量指数与累积视体积法、施密特数与累积视体积法对地下厂房的整体稳定性进行评价;针对已有监测数据对厂房进行微震震级预测,建立基于微震监测的水电工程地下厂房安全评价方法。监测结果表明,厂房下部区域出现的微震较为活跃,但微震事件震级较小,离厂房距离也较远;塌空区进行喷锚加固后,微震事件较少,震级也小,因此地下厂房和塌空区整体是安全的,其安全性评价方法能对水电工程地下厂房设计和施工提供一定的指导意义。     

溪洛渡水电站超大型地下厂房洞室群岩体工程控制与监测

 金沙江溪洛渡水电站地下厂房洞室群规模巨大,结构复杂,玄武岩组内层间与层内错动带致使岩体非连续性是主要地质问题。采用损伤弹塑性数值方法对围岩稳定性进行分析,确定洞室开挖顺序和支护参数。精细化施工组织,严格控制开挖对岩体的损伤范围,并保证洞室轮廓的良好成型。及时对监测数据进行分析和反演分析,对支护工作量进行动态设计。开挖过程中,位移和应力变化规律较好;开挖完成后,位移和应力总量值较小,洞室围岩稳定性良好。溪洛渡地下厂房洞室群规模为我国已建和在建工程之首,总结其设计、开挖与支护,监测与反演等岩体工程控制措施,对类似工程具有指导和借鉴作用。     

岩锚吊车梁破坏机制的计算模拟分析

采用非线性有限元方法研究了钢筋混凝土岩锚吊车梁和围岩的力学特性。结合某水电站三期扩建工程实践,假定地下厂房围岩和混凝土材料满足Drucke-Prager弹塑性本构关系,采用三维有限元方法计算模拟了岩锚吊车梁的破坏机制,并进行了相应的稳定性分析。数值模拟结果表明,地下厂房围岩与岩锚吊车梁交界面的粘聚力和摩擦系数大小对岩锚吊车梁的稳定性有着重要的影响。随着围岩与混凝土岩锚吊车梁粘聚力的降低,岩锚吊车梁的抗滑安全系数减小。而当围岩与岩锚梁交界面出现破坏时,岩锚吊车梁的安全系数为3．7。地下厂房的继续开挖对于吊车梁系统锚杆和周围岩体的应力分布有较大影响。有效控制地下厂房爆破开挖对围岩的损伤,对于改善岩锚吊车梁的受力状态和提高吊车梁的稳定性具有实际意义。     

中澳规范吊车梁设计异同比较

对澳洲西北部飓风区某露天吊车梁,从荷载工况与荷载组合、吊车荷载计算、模型模拟、节点设计及疲劳验算5方面综述澳洲吊车梁的设计思路及方法。根据澳洲钢结构规范、澳洲荷载规范、澳洲吊车梁设计手册与中国钢结构设计规范及国内钢吊车梁设计图集对中澳吊车梁设计进行比较。由于该工程结构布置方案特殊,所处地域属澳洲飓风区,又是露天工业厂房中的吊车梁,因此,在风荷载计算及节点设计上与中国传统吊车梁设计差别还是比较大的。     

轻型钢结构吊车梁优化设计

通过分析和研究单层门式刚架轻型钢结构厂房中的吊车梁设计 ,总结了轻型钢结构吊车梁的优化设计方法和节点连接构造 ,对合理设计吊车梁 ,降低用钢量提出了设计建议。     

水电站地下厂房开挖过程弹塑性数值分析

采用三维弹塑性有限元计算,对某水电站地下厂房开挖过程进行了数值模拟,分析了开挖过程中毛洞周边围岩位移和应力的变化规律,分析结果表明厂房由于洞室围岩比较破碎,围岩开挖变形量较大,洞室的稳定性较差,开挖后要及时施工支护结构。     

大岗山水电站地下厂房洞室群围岩开挖损伤区研究

 以大岗山水电站地下厂房洞室为研究对象,通过施工阶段的围岩力学性状测试、开挖变形长期监测研究地下洞室开挖损伤区的分布范围和损伤劣化特征。以围岩变形和损伤区实测成果为基础,建立基于正交设计–支持向量机–粒子群算法的反演分析方法。通过对地下厂房洞室开挖损伤区的测试与监测、反演分析表明,损伤区分布范围约为临空面向岩体内部3～7 m范围,其中,围岩类别不同,其损伤区分布范围不同,损伤劣化程度也不同,具体表现为围岩质量越好,其损伤范围越小,但是损伤区岩体损伤劣化程度越高。相关认识是初步的,对类似重大工程的设计施工有一定的参考价值,但还需要进一步开展理论与工程实践研究。     

汶川地震对映秀湾水电站地下厂房的震害影响及动力响应分析

 映秀湾水电站是汶川“5.12”大地震距离震中最近的水电工程,该电站已投产多年,震时受到严重影响,地震影响烈度高达XI度。首先,根据震后现场考察,分析地下厂房受到的震害影响。调查表明,震后的映秀湾地下厂房围岩总体稳定,但主厂房内出现了局部震损现象,造成吊车无法正常运行;母线洞和交通洞与主厂房的交口处有外漆脱落、围岩轻微开裂现象。然后,根据距离震中最近的强震测站卧龙台在主震时监测到的数据,运用通用软件FLAC3D,对映秀湾地下厂房进行了动力响应分析。计算结果表明,地下厂房上、下游边墙在极短时间内发生的横向变形变幅分别达到5.4和3.0 cm,边墙部位围岩拉应力超过围岩抗拉强度,出现拉裂。动力响应分析结果与现场震损考察所反映的基本规律相符,可以从数值分析的角度大致解释在震害调查中所发现的震损现象,为水电工程震后修复加固和相关科研提供参考。     

锦屏一级水电站大理岩蠕变试验与流变模型选择

结合锦屏一级水电站地下厂房洞室群施工期和运行期围岩长期稳定性分析的实际需要,对厂区大理岩进行蠕变特性试验。对于用作比较的Hooke-Kelvin和Burgers两种常用流变模型及其模型参数确定问题进行简要阐述,推荐采用非线性最小二乘拟合的方法直接得到模型参数。对所采用的蠕变试验系统和蠕变试验方法,进行简要的说明和介绍。单轴和双轴蠕变试验结果表明,厂区大理岩试件在所处的应力状态下表现出一定的时效特征,经过一段时间的衰减蠕变后变形趋于稳定,符合Hooke-Kelvin流变模型所描述的蠕变特征,模型拟合曲线与试验数据能很好地吻合。因此,建议采用Hooke-Kelvin流变模型描述大理岩的流变性质。而Burgers模型不宜用来描述大理岩这样的硬质岩石的黏弹性性质,对于Burgers流变模型则应考察较长时间的试验数据。采用Hooke-Kelvin模型能够较好地解释锦屏一级水电站厂房洞室群开挖后变形最终趋于稳定的事实,试验所确定的流变模型及其参数可用于洞室群施工期和运行期的长期稳定性数值仿真模拟。