基于Drucker-Prager系列准则的抗剪强度参数分析

在真三轴应力状态下建立了岩土材料内摩擦角与中主应力系数的函数关系,通过与砾石料、Q2黄土和Santa Monica Beach砂的真三轴试验结果对比,探讨了基于Drucker-Prager(D-P)系列屈服准则的内摩擦角与中主应力系数的关系,以及D-P系列屈服准则的适用性.结果表明：当中主应力系数取特定值时,D-P系列屈服准则中内摩擦角的理论值与试验值相等;在不同应力状态下,岩土材料应选用合适的D-P系列屈服准则,以使内摩擦角的理论值与试验值基本吻合.     

相似角θ与Lode角θδ的相互关系及其在岩土力学中的作用

岩土力学中的摩尔-库仑(Mohr-Coulomb)屈服准则是在工程实践中经得起考验的屈服准则,由于该屈服函数的导数不连续而不能用于有限元分析中,从而限制摩尔-库仑屈服准则的应用范围,用D-P(Druck-Prager)类屈服准则去逼近摩尔-库仑屈服准则可以克服这些困难,但由于两者之间没有建立明确的物理关系,因此逼近效果还不够理想.利用主应力空间与偏平面的几何关系,给出相似角θ与主偏应力s1和偏应力r之间的关系,再依照Lode角θδ的定义,得出两者之间的关系,最后给出了相似角在岩土力学屈服准则中的一个应用,为今后建立更好的屈服准则打下基础.     

A study of the energy yield criterion of geomaterials

讨论了岩土材料的内摩擦性质,认为其单元体内始终都存在内摩擦力,且摩擦力的方向与剪应力方向相反,是阻止变形产生的。比较了金属材料和岩土材料的变形破坏机制,认为两者存在较大差异,金属材料是由于剪应力的作用使结晶构造产生了滑移破坏,所以应着眼于最大剪应力;而岩土材料属于粒状体材料,其变形和破坏受摩擦法则的支配,由剪应力与垂直应力的共同作用使粒子间克服摩擦产生相对滑移破坏,所以应着眼于最大剪切角。基于此建立了岩土类材料的三剪能量屈服准则及其相应的Drucker－Prager准则,三剪能量准则当不考虑中主应力影响时简化为Mohr-Coulomb准则,当不考虑内摩擦角时简化为Mises准则。从应力、应变、能量角度对材料屈服准则进行了系统的研究,表明无论采用应力、应变或能量表述,只是其形式不同,而其实质是一致的,三剪能量准则是材料的统一屈服准则。结合岩石真三轴试验结果,分别采用Mohr-Coulomb准则及三剪能量准则进行了验证,结果表明大多数情况下三剪能量准则比Mohr-Coulomb准则误差小,更接近试验结果,证明能量准则是可行的。针对一个简单的边坡算例进行了三剪能量屈服准则的工程应用,计算结果表明只考虑单剪切面的Mohr-Coulomb准则比考虑三剪切面的能量准则偏于保守。     

铝合金宏观断裂准则

为研究铝合金抗断设防，借鉴金属静水应力型屈服概念，给出了铝合金广义屈服椭球面的新诠释．基于三向等拉伸应力状态下铝合金屈服和断裂的重合性假设，导出了铝合金在三轴应力空间的椭球面断裂准则及参数量化方法，并给出了铝合金抗断设防图及广义屈服椭球面的物理解释．该断裂准则使铝合金在三轴应力空间的屈服和断裂两种破坏模式得到了统一，具有物理概念清晰、形式简单、便于工程应用的特点．铝合金开孔板断裂试验的数值模拟结果显示，该断裂准则具有较高的精度．     

压缩荷载作用下脆性岩石弹塑性损伤耦合本构模型研究

在压应力作用下,岩石的塑性变形和损伤演化是相互耦合的。在热动力学基本框架下,建立了一个用于描述在压缩荷载作用下脆性岩石非线性力学行为的弹塑性损伤耦合模型。模型采用基于Drucker-Prager线性屈服准则,并同时考虑损伤软化效应的函数作为加载函数。此外,为反映岩石在压应力作用下体积变形从压缩到膨胀的转化过程,引入非关联的塑性流动方程。基于已有的损伤理论,建立含有塑性剪切应变的损伤准则。通过联立屈服准则和损伤准则的一致性条件,建立塑性和损伤发展的耦合关系。运用建立的模型对不同围压下大岗山辉绿岩的常规三轴压缩试验进行模拟。模拟结果和试验数据具有较好的一致性,表明了模型的合理性和有效性。     

Mohr包线的二次曲线形式

为了研究岩土类材料破坏的非线性，基于直剪试验和三轴试验结果的特点建立了二次抛物线形式的Mohr破坏包线，并给出了主应力表达形式。与Mohr-Coulomb准则一样，确定此破坏包线只需要两个破坏Mohr圆。根据本法得到的偏平面上的屈服迹线呈等边不等角曲边六边形。且随平均主应力增大，屈服迹线相对于由Mohr-Coulomb准则得到的结果要经历三个阶段：小于Mohr-Coulomb准则屈服迹线、大于Mohr-Coulomb准则屈服迹线和小于而且越来越小于Mohr-Coulomb准则屈服迹线。利用本模型在子午面上可以方便地直接给出平均主应力与偏剪应力的关系。本模型可以反映拉压不等性。     

Mohr-Coulomb准则的试验验证与修正

利用真三轴试验数据,检验Mohr-Coulomb准则对岩土材料的适用性,讨论并确定一种已有形状函数的模型参数,并利用该形状函数对Mohr-Coulomb准则进行修正,以试验为基础提出黏结力c和内摩擦角?的动态计算式及考虑材料拉压差异的拉压强度比K计算式。研究结果表明:Mohr-Coulomb准则对岩土材料的适用性较差,只能在一定三轴压缩条件下对压缩试验点进行预测,对拉伸强度试验点的预测性差;K越小,模型参数m对Van Eekelen形状函数的影响越大,当m=-0.23时,该形状函数的外凸性最优;修正后的Mohr-Coulomb准则对岩土材料的适用性较好,极限迹线变化规律与试验规律相符,对K预测精确;基于试验结果对c和?的动态计算是可行的,考虑参数的变化能使修正后Mohr-Coulomb准则对岩土材料强度预测更精确,也说明非线性准则优于线性准则;修正的K计算式为静水应力p的单值函数,通过与修正的Lade-Duncan准则、峰值比法计算的K比较,考虑拉压差异的非线性计算方法更优。     

关于土体各向异性弹塑性模型的讨论

用剑桥模型和关口太田模型对偏载作用下的地基变形进行了有限元数值模拟,并结合真三轴试验成果比较分析了这2种模型柔度矩阵的特点.结果表明,这2种模型均不能合理地反映复杂应力状态下的土体应力各向异性.建议通过复杂应力条件下不同应力路径的真三轴试验,建立合理的各向异性屈服准则,进而建立各向异性非线性弹塑性模型.     

面心立方晶体单晶材料弹塑性本构模型

基于正交各向异性材料在偏轴受载时存在拉、剪应力耦合效应的影响,通过增加一项由应力偏张量分量的二次乘积项构成的应力不变量,对Hill屈服模型进行修正,并根据面心立方晶体单晶材料的屈服特点提出了新的屈服准则.用新屈服准则对国产DD3单晶合金的屈服应力进行预测,预测结果与试验结果相吻合;新屈服准则与Hill屈服准则相比,在760 ℃时的预测精度显著提高.在此基础上,重新定义适合新屈服准则的等效应力和等效应变,并由联合流动法则,以屈服函数作为塑性势函数,建立面心立方晶体单晶材料的弹塑性本构模型,推导出相应的弹塑性矩阵.对于各向同性材料,新屈服准及其等效应力和等效应变退化为Von Mises屈服准则和其相应的等效应力与等效应变.     

基于能量耗散的应力引起的土体各向异性模型

从热力学定律出发,介绍了土体受力变形过程中能量耗散函数的合理表达形式,据此导出耗散应力空间中的屈服函数及流动法则.分析迁移应力,确定了真实应力空间中的屈服函数,并采用旋转硬化规律考虑应力引起的土体各向异性.这种模型以自由能函数和耗散函数为基础进行整体构造,自动满足热力学第二定律,不需要引入其他假定.提出了利用弹塑性本构模型计算三轴试验曲线的方法.采用遗传优化算法拟合了某土料三轴排水剪切试验结果,确定了模型参数.用得到的模型参数计算绘出其他固结应力下三轴排水剪切曲线,并与实测曲线比较,验证了模型的有效性.     

离心钢管混凝土结构弹性扭转应力分析

采用弹性力学的基本分析方法，建立了离心钢管混凝土构件扭转作用的基本方程。假定应力函数的基本模式，令其满足平衡方程及力的边界条件；通过对层合材料扭转余能的变分使协调条件得到近似满足，确定了离心钢管混凝土构件在扭矩作用下的横截面及层间剪应力的具体计算公式。     

基于ABAQUS的初始地应力平衡方法研究

初始地应力是岩土工程数值模拟时必需考虑的重要因素,如何在ABAQUS有限元软件中对初始地应力进行平衡是确保数值计算结果正确性的关键。针对ABAQUS提供的4种不同的初始地应力平衡的方法,分别举例验证各种方法进行初始地应力平衡的适用性及其优缺点;分析结果表明:对于简单岩土体,ABAQUS提供的自动平衡法、关键字定义初始地应力法、ODB导入法、初始地应力提取法都可以达到平衡的效果,而对于复杂地质条件的岩土体,只有采用自动平衡法和初始地应力提取法才能获得较好的平衡效果;研究结论可为复杂岩土体数值计算提供了参考。     

地面土层注浆管路的设置与计算

为防止注浆时注浆管在注浆压力作用下从钻孔中冲出,要对注浆管采取一定的固定措施。根据岩土工程的注浆加固实践,归纳出单层管、双层管和三层管三种基本的注浆孔结构形式。对这三种形式的管路埋设方式进行了介绍,并提出了其埋设固定计算方法,根据力的平衡原理建立了管路在注浆压力作用下的抗拔力平衡条件。最后给出了计算算例。     

粘弹性模型的参数换算研究

通过对常见的粘弹性材料模型的本构方程分析,将其变换为以应变量和应变率为自变量来表示的应力函数型本构关系;同时分析了不同本构方程间材料特性参数换算的问题,并提出了根据最小偏差平方和进行参数换算的方法和步骤;最后给出了计算实例,实现了给定材料在不同模型和不同受力条件下的材料的特性参数换算,并分析了由于换算带来的计算误差.     

幂强化材料平板拉伸变形时椭圆孔口的应力集中

本文借助伪应力函数和复变函数法得到了含椭圆孔和椭圆形刚性夹杂的幂强化材料无限大板在单向拉伸作用下的解析解,讨论了孔口和夹杂附近的应力集中问题,给出了应力集中系数、应变集中系数与对应的线弹性问题的应力集中系数之间的关系。     

考虑主应力方向影响的正交各向异性土体强度

利用材料组构与应力主轴的方向关系,对椭圆型角隅函数进行修正并引入到Mohr-Coulomb准则,建立了一个适用于正交各向异性土体的三维强度准则.通过所建立的准则,推导了考虑主应力轴方向变化影响的土体峰值应力比与中主应力比关系的计算公式,获得了土体峰值内摩擦角随中主应力比及大主应力偏转角的变化特性.通过与不同沉积面角度条件下的三轴试验及空心圆柱扭剪试验结果对比表明,理论公式预测的内摩擦角与试验结果一致.     

应力梯形波加载下的循环蠕变曲线函数

为了确定循环蠕变应变与有载时间的函数关系式,通过对高温合金蠕变试验曲线的分析,发现静蠕变寿命分数曲线遵循与加载应力的大小无关,与循环蠕变寿命分数曲线基本重合的规律,这规律显示了材料本身的蠕变特性。由这规律导出了静蠕变应变与循环蠕变应变之间的关系式,找到了由静蠕变函数确定循环蠕变函数的方法,该方法得到了DZ417G高温合金钢在870oC、梯形应力波加载下蠕变实验数据的支持。     

受纯扭正交异性双材料的界面裂纹尖端场

通过构造特殊的挠度函数,利用复合材料断裂复变方法,对正交异性双材料在受纯扭曲载荷作用下的界面裂纹尖端进行了探讨。在特征方程组的判别式都小于零时,通过求解两个八元齐次线性方程组,推出了含两个实奇异指数的应力函数,并得到了界面裂纹尖端附近的弯矩、扭矩的计算公式。     

双材料纯扭界面裂纹断裂研究

对弯曲载荷作用的正交异性双材料界面裂纹尖端附近的应力场进行探讨．通过选取特别的中面挠度函数,利用复合材料断裂复变方法对受弯曲载荷作用的正交异性双材料界面断裂问题进行了研究．通过求解一类广义重调和方程组边值问题,当特征方程组的判别式△1〉0和△2〈0时推出了受纯扭曲载荷下界面裂纹尖端的弯矩、扭矩、应力的计算公式．     

高分辨率去噪处理模块的去噪能力分析

针对岩土工程地震勘察资料存在的信噪比低的问题 ,对地震资料处理方法进行详细探讨 ,研制了时间域预测滤波、时间域倾角扫描迭加去噪、K -L变换去噪和频域约束下最小熵反褶积去噪高分辨率特殊处理模块 ,对理论地震模型和实际地震记录进行去噪处理 ,通过处理前后地震记录的品质分析和信噪比估计 ,详细分析各模块的去噪处理效果 ,并总结出岩土工程地震资料进行去噪处理的最佳模块和最佳流程 .