压剪共同作用下混凝土的动态力学性能研究

为了研究混凝土在压剪复合状态下的动态力学性能,采用大型多功能动静力三轴仪进行了5种不同应变速率和5种不同法向应力下的压剪复合受力状态的剪切试验。分析其剪切强度变化规律,构建了基于八面体应力空间二次形式破环准则,转换为正应力与剪应力表示的压剪破环准则形式。结果表明,随着应变速率增加,混凝土的抗剪强度呈增大趋势,而随法向应力的增加,混凝土抗剪强度则呈现出先增大后减小的趋势;基于八面体应力空间二次形式破环准则,建立了考虑速率效应的混凝土压剪破环准则,通过试验数据对比得出该破环准则与试验数据吻合较好。     

薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱承载力分析

运用统一强度理论,考虑中间主应力的影响,引入参数αu,βu确定薄壁钢管在极限荷载时的环向拉应力σθ、纵向压应力σz和径向压应力σr,并考虑轻骨料混凝土与普通混凝土多轴强度准则差异的影响,推导出薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的极限承载力公式,并对影响因素进行了分析。将本文计算结果与文献试验数据进行比较,结果吻合良好,表明将统一强度理论运用于薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱承载力计算是可行的。该结果为薄壁钢管轻骨料混凝土的优化设计提供了一定的理论依据。     

硬质岩石卸荷破坏特性试验研究

 对硬质灰岩进行加轴压、卸围压试验,研究卸荷应力路径对其力学性质的影响,结合试验数据分析5种强度准则描述岩石卸荷破坏的适用性。Mohr-Coulomb强度准则和Hoek-Brown强度准则回归效果较差,考虑中间主应力影响的Drucker-Prager强度准则和Mogi-Coulomb强度准则回归效果较好,并且Mogi-Coulomb强度准则回归效果优于Drucker-Prager强度准则,抛物线型强度准则对高围压下的试验结果回归较好。岩石卸荷破坏发生强烈的体积扩容,从描述体积应变变化的角度对岩石卸荷破坏本构模型进行修正,理论模型结果与试验结果吻合较好。     

复杂应力状态石英云母片岩强度参数研究

针对具似层状结构的石英云母片岩,采用原位真三轴试验新技术,模拟隧洞开挖边墙的复杂应力状态,取得卸侧压路径原位真三轴强度和流变试验成果,并按反映岩体三剪应力状态的D-P准则研究复杂应力状态岩体强度参数。对于特定应力状态,垂直于片理面卸载,D-P准则参数低于M-C准则强度参数。通过比较卸侧压路径、加轴压路径的三轴强度参数以及岩体直剪强度参数,按D-P准则整理的卸侧压真三轴流变强度参数能更好地反映复杂应力状态围岩强度特征。     

高强混凝土三轴强度规律与破坏准则

主要研究在三轴应力状态下高强混凝土的强度性能。进行了高强混凝土在三轴受压、三轴拉压和三轴受拉应力状态下共 1 0 1个试件的试验。为了对比 ,还开展了普通混凝土在相应应力状态下共 85个试件的试验。通过对不同强度等级混凝土三轴强度试验结果的分析和对比 ,总结了高强混凝土的三轴强度规律 ,建立了高强混凝土参数形式的破坏准则模型 ,并给出破坏准则模型中参数标定点的选取     

混凝土在压-拉、拉-拉应力状态下的特性分析及强度计算

对混凝土在压－拉，拉－拉这两种应力状态下的特性作了分析，同时，为使钢筋混凝土结构非线性分析简化，对混凝土在压－拉、拉－拉应力状态下的强度准则进行新的探索，提出了更加简单且精度较好的实用计算公式，公式计算结果和诸多实验结果吻合较好。     

内压与局部轴压共同作用下钢筒仓屈曲性能研究(Ⅱ):屈曲应力计算方法

采用有限元方法研究了考虑内压影响的局部轴压作用下钢筒仓屈曲应力。考察了内压、局部轴压分布角及径厚比等因素对钢筒仓屈曲应力的影响。将内压与局部轴压作用下钢筒仓屈曲应力的分析结果与现有规范中关于内压与均匀轴压作用下钢筒仓屈曲应力的计算结果相比较,发现现有规范公式不能准确计算内压与局部轴压作用下钢筒仓的屈曲应力。在参数分析的基础上,提出了相应的考虑内压影响的局部轴压作用下钢筒仓屈曲承载力计算公式。经验证,该公式与有限元分析结果吻合较好。     

岩石的一种新剪切型破坏准则

基于双剪强度理论和红砂岩真三轴强度测试结果,通过确定三轴压应力范围（-π／6≤θ≤θcr）的参数A、B、D和三轴伸长应力范围的参数A’、B’、D’,一个较为合理的剪切型破坏准则被提出,可以良好地预测出岩石的破坏强度,这表明在三轴压缩应力范围和三轴拉伸应力范围岩石相应的微观和宏观力学行为是不同的,特别是在低围压应力状态下。同时基于红砂岩真三轴强度测试结果,三个重要的角隅函数得到了进一步的验证。由于剪切型破坏准则在θ=θcr处成脊状,为了克服其缺点,并方便有限元分析的数学运算,一种新的关于剪切型破坏准则与三个角隅函数相结合的计算方法被推荐。     

木材强度准则的研究进展

木材的强度准则是木结构理论分析和数值模拟的重要基础。根据国内外的研究进展,对木材单轴、双轴以及多轴应力状态下的强度准则进行系统地介绍,包括最大应力准则、最大应变准则、Hill屈服准则、Hill型强度理论、Tsai-Wu准则、van der Put强度理论和木材剪切强度理论。通过与文献中木材强度实测值的比较,验证木材斜纹强度公式的有效性。对比木材强度准则在多轴应力状态下的强度包络线,总结各强度准则间的差异和适用范围,并讨论张量系数对强度包络线的影响。通过综述木材强度准则在木结构数值模拟中的应用,简要分析各强度准则的优缺点。最后提出木材强度准则需要进一步研究的问题。     

不同围压及加载速率下的塑性混凝土动力特性研究

为研究塑性混凝土在三向应力状态下的动力特性与破坏规律,设计符合工程实践的配合比方案,借助动三轴试验仪开展了其在不同围压和不同加载速率条件下的强度、应力及应变规律研究。最后依据试验成果建立了基于Bresler-Pister三参数的强度准则。结果表明：塑性混凝土抗压强度与加载速率呈近线性正相关,材料抗压强度小于5.0MPa时对低加载速率更敏感,抗压强度大于5.0MPa时对高加载速率更敏感;不同加载速率下材料应力-应变规律基本一致,当应变达到1.47%～1.90%后其应力出现峰值,随后大幅度降低;不同围压条件下塑性混凝土抗压强度随围压的增加同样呈线性增长趋势,随着围压的提高,塑性混凝土峰值应力维持时间越长,材料抗裂性能越好;基于Bresler-Pister的强度准则公式其计算剪应力与三轴实测误差在1.61%～4.35%之间,基本反映了材料的变形破坏规律。     

拉力型锚索锚固段长度设计方法研究

通过对拉力型锚索破坏模式进行分析,研究拉力型锚索极限抗拔力的计算方法,得出相应的计算公式。在已有的经验基础上建立计算准则,提出相应的锚固段长度设计方法。最后,以工程实例说明了锚索有效锚固段长度及锚固段设计长度的计算方法。     

圆形隧道弹塑性分析的强度理论效应研究

合理的强度准则对隧道围岩的弹塑性分析十分重要,首先归纳建立了平面应变条件下8种岩土常用强度准则的统一线性方程,进而考虑围岩剪胀特性和塑性区不同弹性应变情况,推导了理想弹塑性围岩应力和位移的新解,并对所得新解进行可比性分析,最后探讨了围岩弹塑性分析的强度理论效应与塑性区位移的参数影响特性。研究结果表明:本文统一线性方程应用简洁灵活,便于探讨强度理论效应;围岩弹塑性新解可退化为众多已有解答,具有广泛的适用性;隧道围岩的强度理论效应明显,应优先选用广义Matsuoka-Nakai准则、统一强度理论(b=1/2)、Mogi-Coulomb准则和广义Lade-Duncan准则,谨慎采用统一强度理论(b=1)、外接圆Drucker-Prager准则,不鼓励使用内切圆Drucker-Prager准则和Mohr-Coulomb准则;围岩塑性区位移受剪胀特性、塑性区弹性应变的影响显著,且不同强度准则下二者的影响程度不同,应综合考虑3种因素的共同影响。     

基于Hoek-Brown准则的山岭隧道围岩力学参数估计

将围岩岩体分级系统(Q系统)引入到Hoek-Brown强度准则中,引入节理粗糙度、节理充填物的抗剪强度及岩石所受应力3个指标,对地质强度指标(GSI)进行定量化修正,并基于围岩基本质量指标BQ、裂隙组数、围岩节理条件以及Q系统评分值,重新构建一种GSI的定量化分析方法,通过测量扰动前后围岩的纵波波速优化岩体的扰动参数D。基于修正后的Hoek-Brown强度准则与Mohr-Coulomb强度准则进行等效转化,估算岩体的力学参数,通过与实例工程中试验结果进行对比,得知此方法是合理、可行的。     

大体积节理化岩体强度与力学参数

节理化岩体强度与力学参数可根据Hoek-Brown准则进行估计。然而，推广之后的Hock-Brown准则确定地质强度指标GSI时对岩体结构的划分缺乏定量的描述。当评价大体积节理化岩体的地质强度指标GSI时，为使大体积节理化岩体结构的描述定量化，引入Jv(节理数／m^3)。通过算例，说明了应用这一方法的具体过程，这为大体积节理化岩体强度与力学参数的估计提供了新的简便、经济、实用的方法。     

A Hoek–Brown criterion with intrinsic material strength factorization

Probably the most common failure criterion for rock masses is the Hoek–Brown (HB) failure criterion. The HB criterion is an empirical relation that extrapolates the strength of intact rock to that of rock masses. For design purposes, the HB criterion is often fitted using equivalent Coulomb failure lines. However, equivalent Mohr–Coulomb (MC) shear strength parameters cannot yield the same failure characteristics as the HB criterion. The curvilinear HB criterion automatically accommodates changing stress fields; the MC criterion does not. The extended HB criterion proposed in this paper provides a solution to this problem by incorporating an intrinsic material strength factorization scheme. The original HB criterion is additionally enhanced by adopting the spatial mobilized plane (SMP) concept, first introduced by Matsuoka and Nakai (MN). The SMP concept accounts for the experimentally proven, influence of intermediate principal stresses on failure, which is disregarded in the original HB criterion. A small set of examples provided at the end of the article gives a good indication of the merits of using the extended HB criterion in practical applications.     

An approximate nonlinear modified Mohr-Coulomb shear strength criterion with critical state for intact rocks

In this paper, the Mohr-Coulomb shear strength criterion is modified by mobilising the cohesion and internal friction angle with normal stress, in order to capture the nonlinearity and critical state concept for intact rocks reported in the literature. The mathematical expression for the strength is the same as the classical form, but the terms of cohesion and internal friction angle depend on the normal stress now, leading to a nonlinear relationship between the strength and normal stress. It covers both the tension and compression regions with different expressions for cohesion and internal friction angle. The strengths from the two regions join continuously at the transition of zero normal stress. The part in the compression region approximately satisfies the conditions of critical state, where the maximum shear strength is reached. Due to the nonlinearity, the classical simple relationship between the parameters of cohesion, internal friction angle and uniaxial compressive strength from the linear Mohr-Coulomb criterion does not hold anymore. The equation for determining one of the three parameters in terms of the other two is supplied. This equation is nonlinear and thus a nonlinear equation solver is needed. For simplicity, the classical linear relationship is used as a local approximation. The approximate modified Mohr-Coulomb criterion has been implemented in a fracture mechanics based numerical code FRACOD, and an example case of deep tunnel failure is presented to demonstrate the difference between the original and modified Mohr-Coulomb criteria. It is shown that the nonlinear modified Mohr-Coulomb criterion predicts somewhat deeper and more intensive fracturing regions in the surrounding rock mass than the original linear Mohr-Coulomb criterion. A more comprehensive piecewise nonlinear shear strength criterion is also included in Appendix B for those readers who are interested. It covers the tensile, compressive, brittle-ductile behaviour transition and the critical state, and gives smooth transitions.     

Hoek-Brown准则的多项式近似解法

Hoek-Brown岩体破坏准则已在全世界范围内的岩土工程中广泛应用,它综合考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多方面的影响。基于通用的Hoek-Brown准则,引入Lambe变量和既时摩擦角,将其转化为Mohr-Coulomb破坏准则的形式,得到用Mohr-Coulomb破坏准则形式表示的隐式函数Hoek-Brown准则。为求得隐式函数的近似解,采用三次和四次多项式进行拟合,得到了n为0.5及0.65时的近似解以及Hoek-Brown破坏应力圆的Mohr包络线,并给出了各不同多项式拟合公式的误差分布。经分析对比,考虑到精度和工程的适用性,最终选用四次多项式进行拟合。最后结合一嵌岩桩嵌岩段极限摩阻力工程实例,并给出了该算法求解的具体过程。     

考虑中间主应力影响时的圆筒形孔扩张问题的弹塑性解

Tresca强度理论、Mohr-Coulomb强度理论在求解圆筒形孔扩张问题时的弹塑性解并没有考虑中间主应力的影响。本文首次考虑中间主应力影响时求解圆筒形孔扩张问题的弹塑性解。计算表明考虑中间主应力时圆筒形孔的塑性区半径有明显减少。据此可以充分发挥岩土体自身的承载能力，对岩土工程有重要意义。     

基于原位试验和规范的岩体抗剪强度与Hoek-Brown准则估值比较

 简要论述目前岩体抗剪强度确定方法,以黄河上游玛尔挡水电站坝基岩体为例,在岩体质量分级基础上,引入规范建议值及现场原位大型剪切试验结果,建立岩体抗剪强度指标与BQ岩体质量分级的相关关系。同时利用实测资料建立BQ与GSI的相关关系,运用Hoek-Brown准则估算各试验点岩体的抗剪强度指标。结果表明,采用该研究成果较符合工程实际,而采用Hoek-Brown准则估算的等效内摩擦因数偏小,黏聚力则偏大很多。误差分析表明,这一结果主要是由Hoek-Brown准则中最小主应力的取值范围引起的,据此提出公式应用中需注意的问题及相应解决方法。     

岩土材料的剪胀方程

岩土材料的摩擦特性导致土体在剪应力作用下会发生体积的膨胀或收缩,因此建立剪胀方程是描述岩土材料力学行为的关键。基于经典弹塑性理论的框架,可以构建土的一般性剪胀方程。论文分析了Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、SMP等强度准则对应的剪胀方程。总结了剑桥模型、清华模型,以及国内外常用本构模型的剪胀方程。探讨了三轴试验条件下剪胀方程与名义切线泊松比的关系,以及可能的取值范围。结合广义位势理论,进一步给出了利用剪胀方程构造本构模型的途径。