球形孔洞膨胀动态问题的弹性-损伤力学分析

研究了材料还没有出现塑性变形、仅含弹性区和损伤区的球形孔洞动态扩展问题．首先通过对弹性区的研究以及初始损伤分析获得弹性区的场量分布,并给出弹性／损伤区交界处的边界连续条件;然后在自相似假设条件下,推导出动态扩展时损伤区需满足的控制方程;最后通过打靶法进行数值求解．数值分析表明,许多材料参数如ν、n、m都对弹性区和损伤区的场量分布有影响．     

砂土的次加载面动本构模型

基于临界状态土力学框架,建立了一个适用于往返循环荷载作用的砂土次加载面本构模型。模型采用无弹性域假设,认为土体受到反向荷载的瞬时就产生塑性变形,砂土的弹性区域退化为一个点。根据试验结果,屈服面采用倒子弹头型。由于砂土的孔隙比与固结压力不存在唯一的关系,这样使得屈服面大小与孔隙比不能直接耦合,因而硬化规律不是剑桥模型的体变硬化,而是采用增量形式的塑性偏应变硬化表达式。流动法则采用加入状态参数概念的修正的Rowe应力剪胀关系。该模型能考虑砂土变形特性对密度和固结压力的双重依赖型,能合理地模拟砂土动荷载下的应力-应变关系曲线的光滑性、变形积累性、滞洄性。     

材料大塑性变形损伤研究

综述了材料大塑性变形损伤的主要研究方法：基于位错的连续介质位错理论和分子动力学方法,基于宏细观损伤变量的损伤力学方法和基于裂纹及考虑损伤的断裂力学方法．评述了各尺度研究方法的研究概况、特点及其适用范围．重点介绍了材料变形过程损伤的模拟方法,以及运用有限元法进行损伤演化数值模拟的经验公式、统计模型和基于宏细观损伤变量的物理模型．     

采用总荷载不变法的非静水压隧道摄动拓展解

为描述实际地应力场下隧道塑性区演化规律和支护设计原则,基于Mohr-Coulomb准则和弹-脆-塑性模型,采用总荷载不变法并引入弹性区应力摄动解,建立了非静水压力下圆形隧道水平轴和竖向轴处的塑性区半径方程,继而利用几何相似原理拓展至其他方位角处,并与文献总荷载不变法(以应力基尔希公式为基础)、Kastner法、复变函数法和实测数据进行对比,结合非关联流动法则推导塑性区位移解析解,探讨侧压力系数与脆性软化对隧道塑性区边界线、塑性区位移分布和围岩特征曲线的影响特性。结果表明：相比文献总荷载不变法和Kastner法,2阶摄动解作为非静水压圆形隧道的弹性区应力表达式更合理,且得到复变函数法的正确性验证;侧压力系数对隧道塑性区边界线的形状和范围均有明显影响,需针对具体方位角选择支护类型和尺寸以调控收敛约束交点处的支护压力与围岩稳定变形;隧道塑性区半径和洞壁位移随围岩峰后强度的降低而显著增加,宜使用弹-脆-塑性模型构建围岩特征曲线。     

压力敏感性材料球形孔洞动态扩展问题

为进一步研究岩土材料爆炸场的特点,采用椭圆型屈服准则和自相似假设,并结合Hopkins三区模型,研究幂硬化材料球形孔洞动态扩展问题.通过对弹性区的研究得出弹性区应力的分布和弹塑性交界处的连续条件;然后在塑性区给出一个求解动态扩展问题的非线性微分方程组;最后通过打靶法数值求解该非线性微分方程组,给出满足边界条件的数值解,并讨论材料参数对场量的影响.结果表明,椭圆型屈服准则能很好地描述压力敏感性材料中孔洞的动态扩展.     

土体循环塑性模型的动力有限元分析

在简要介绍基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型与土体动力有限元分析原理与计算方法的基础上，将循环塑性模型的本构方程结合进土体的动力平衡方程中，用无条件稳定的隐式积分(Newmark)法求解动力方程，建立了基于循环塑性模型的土体有限元动力分析方法；编制了相应的弹塑性动力有限元程序，程序用FORTRAN语言编写，采用模块结构，可求解连续介质在平面应力、平面应变和轴对称情况下的动力反应问题；最后利用所编程序对水平自由场地的饱和沙层在基岩加速度作用下的动力响应问题进行计算分析。通过对孔隙水压力发展时程、加速度响应时程与剪应力响应时程等计算结果的分析比较，初步验证了模型与程序用于实际计算的可行性和可靠性。     

基于Voigt与Reuss模型的岩土二元介质破损规律

在破损力学的理论框架下,非均质岩土材料被抽象为由胶结元和摩擦元组成的二元介质。本文基于Voigt和Reuss模型推导出满足变形协调和应力连续条件的岩土破损力学本构方程,通过算例分析三轴复杂应力状态下岩土二元介质的破损规律、荷载及变形的分担情况。结果表明:岩土二元介质的破损行为与胶结元、摩擦元的物理力学特性、围压和应力水平等有关,随着应力水平的增大,胶结元在抵抗轴向压力中发挥的作用逐渐减小,而在抵抗轴向变形中发挥的作用则先减小后增大;随着围压的增大,胶结元在抵抗轴向压力和剪切力中发挥的作用均逐渐减小,而在抵抗轴向变形和剪切变形中发挥的作用均逐渐增大。     

土本构模型研究的现状及展望

土本构模型课题，是理论土力学中最基础、最重要的研究内容。正确建立并合理应用土本构模型，对于提高岩土工程的计算精度，具有重要意义。论述了土的非线性弹性模型、弹塑性模型、粘弹塑性模型、结构性及损伤模型、内时模型等研究领域的主要成就和最新进展；结合2l世纪岩土工程发展方向，对诸如建立复杂应力状态本构模型、非饱和土本构模型、结构性模型等有待深入研究的领域的发展动向进行了展望。     

多孔介质中突变面压力分布模型

根据流固耦合力学的基本理论 ,针对多孔介质的特点 ,考虑了瞬态热载荷的影响因素及热流因素 ,建立了进行多孔介质自由面分析的力学模型 .研究表明 ,由于存在毛细现象 ,突变界面的各种型态均有一非明细的区域 ,并随着热渗流的不断扩展而呈现特殊的几何形状 ,当瞬态热载荷的强度改变时 ,界面型态将保持不变 .进一步讨论了多孔介质中出现突变界面的各种型态并给出了其特定的力学意义 ,模拟了本研究的数值结果     

单元类型对疲劳裂纹二维弹塑性有限元模型的影响

用弹塑性有限元方法,以较少的单元建立模拟循环载荷下高强铝合金疲劳裂纹扩展的二维模型,计算塑性区尺寸、裂尖应力场及位移场等裂尖参数的有限元结果,与断裂力学和弹塑性力学公式计算的理论值进行比较,利用ABAQUS软件,分析不同单元类型对裂尖参数的影响,确定不同条件下计算精度较高的单元类型。     

Rules of distribution in a plastic zone of rocks surrounding a roadway affected by tectonic stress

In order to study the rules of distribution in a plastic zone of rocks, surrounding a roadway, affected by tectonic stress, we first analyzed the mechanics of a roadway affected by tectonic stress and derived a theoretical formula for the plastic zone of rocks surrounding a roadway. We also analyzed the distribution characteristics of the plastic zone under different levels of tectonic stress, vertical pressure, cohesion and friction angle of the surrounding rock. Secondly, we used numerical simulation to analyze the range and shape features of the plastic zone of rocks surrounding the roadway, given different tectonic stress levels. Finally we used a rock drilling detector to carry out field measurements on the broken state of rock surrounding the roadway at the -700 substation and channels in the Xinzhuang mine of the Shenhuo mining area. Given the measured ground stress, we analyzed the relationship between tectonic stress and the distribution of this plastic zone. Our results show that the range of the plastic zone at the top and bottom of the roadway increases with an increase in tectonic stress and this increase is especially obvious at the roadway comer.     

结构弹塑性应力分析的弹性试验模型

材料的塑性表现是弹性表现的延续和发展,二者在物理与力学性质上既有密切的联系,又各有不同．以弹塑性力学的模型理论和塑性力学形变理论的相似方程为基础,根据塑性模型理论以及原型材料的广义应力σi与广义应变εi曲线的关系,提出了以弹性解为原始数据,将其转换为不同塑性变形程度的弹塑性应力分析的弹性试验模型,并讨论了弹性与塑性应力转换的计算方法．     

饱和粘土中球孔扩张问题弹塑性解析

为了研究静力触探试验及沉桩扩孔等工程问题,基于修正剑桥模型,推导了不排水条件下球孔扩张问题的半解析解。将扩张球孔周围土体分为临界状态区、塑性区以及弹性区三个区域。弹性区内,利用弹性理论得到应力和孔隙水压力的解答;临界状态区及塑性区内,利用相关联的流动法则、拉格朗日分析法建立了关于应力的一阶非线性常微分方程组,以弹塑性界面处的应力分量作为初值,求解微分方程组可得到应力和孔隙水压力的解答。研究结果表明：各向同性超固结比对扩孔压力、土体应力、超孔隙水压力以及塑性区范围均具有显著影响,且扩孔过程中土体剪切模量并非常量,其随扩孔半径、各向同性超固结比的变化而变化;同时通过与已有解答进行比较,对本文方法的可靠性进行了验证。     

Stress and deformation analysis on deep surrounding rock at different time stages and its application

Based on the characteristics of the deep circular tunnel, the surrounding rock was divided into three regions: the cracked region, the plastic region and the viscoelastic region. The process of rock stress deformation and change was divided into three stages after the roadway excavation. By using the elastic–plastic mechanics theory, the analytical solutions of the surrounding stress and displacement at different stages and the radii of cracked and plastic regions were formulated. We additionally explained the surrounding rock stress and displacement which appeared in practical project. Simultaneously, based on the problem which emerged from a mine in Xuzhou during the excavating process of rock roadway’s transport, we got the theoretical solutions for the stress and displacement in the process of rock roadway’s excavation and considered that the broken area of rock roadway was largely loosing circle. The results indicate that according to the rheological characteristics of surrounding rock, in the primeval excavation of rock roadway, we should increase the length of anchor bolt and cooperate it with anchor nets cable-U steel supporting frame. In addition, when the deformation rate of the surrounding rock is descending after the 15 days’ excavation, we should use the “three anchor” supporting method (anchor bolt spray, anchor note and anchor rope) and set aside about 20 cm as the reserved deformation layer.     

广义Hoek Brown破坏准则平面应变问题的滑移线场理论

根据弹塑性力学平面应变问题的特点,推导广义Hoek-Brown破坏准则平面应变问题应力分量的双参数表达式。代入静力平衡微分方程,得到双曲型一阶拟线性偏微分方程组。运用行列式方法,在适当的变量代换后,获得应力偏微分方程组的特征方向和特征上的微分关系。特征方向表明塑性区中的共轭斜交剪切滑移面形成两族非正交滑移线,其共轭角随极限应力状态和Hoek—Brown岩体材料物性参数而变化。由于对称初始应力场条件下圆形硐室理想弹塑性围岩塑性区内最大主应力方向为环向,而滑移线切线方向与最大主应力方向的夹角是最小主应力（径向应力）的函数,结合圆形硐室理想弹塑性围岩的应力分布的分析解,获得滑移线的极坐标曲线所满足的微分方程,进而得到其极坐标曲线方程。     

线性软化土体中球孔扩张问题的解析解

采用三折线线性软化模型描述了土体应力－应变关系，以Mohr-Coulomb为屈服准则，同时考虑塑性区弹性变形、土体剪胀以及土体软化的特性，推导了孔扩张后孔周各个区域的应力、应变及位移解析解，讨论了剪胀角、应变软化系数、是否考虑塑性区弹性变形对解答结果的影响.结果表明，最终扩张压力、塑性区半径都随剪胀角的增大而增大；软化系数对塑性区半径影响很小，但对最终扩张压力影响较大，随着软化系数的增大，最终扩张压力增大；考虑塑性区弹性变形对扩张问题解答的影响随扩张半径的增大越趋明显；考虑塑性区的弹性变形，最终扩孔压力偏小.     

煤储层流固耦合渗流的数学模型

在煤层气的开采过程中, 煤体的变形与其中流体的流动是相互耦合作用的, 并且煤层气—水两相渗流是普遍现象． 因此对煤层气 水两相流固耦合渗流规律进行研究具有重要的意义． 本文假设煤体变形为弹塑性小变形, 根据弹塑性理论建立其变形方程． 根据达西定律, 给出煤层气 水两相渗流方程, 耦合关系式用实验方法给出． 本文所建立的流固耦合数学模型为进行煤层气开采的计算机模拟打下了理论基础．     

一些弹性力学问题的代数解法

一些弹性力学问题的基本方程可以化为常微分方程组并用矩阵算子表示,能直接用代数方法求解这些常微分方程组。本文给出用代数法求解半空间体受重力和表面均布压力作用空间问题和圆孔应力集中问题的算例。本文为求解弹性力学中类似的问题提供了新的分析方法,这种方法简便易行。     

二维弹-塑性问题的一个质量集中有限元格式的收敛性证明

弹—塑性问题是结构力学研究中最常见、最重要的一类问题 .有限元方法具有网格剖分灵活 ,适用区域广泛 ,易于处理第二和第三类边值问题 ,计算精度高等诸多优点 ,已成为现代数值求解各类偏微分方程的重要方法之一 .对二维弹—塑性问题 ,利用质量集中法 ,构造了一个全离散有限元计算格式 ,并证明了在适当的条件下 ,此格式是收敛的     

牙轮钻头牙齿与岩石垂向互作用仿真模型

建立钻头牙齿与岩石的互作用仿真模型是实现钻头与岩石互作用仿真研究的核心问题之一。本文以岩石破碎力学为基础，从钻头牙齿与岩石的工作用特点出发，突破通常的力／侵深曲线描述方法，推导出了钻头牙齿与岩石垂向互作用仿真模型。并在该模型中用岩石硬度、塑性系数和弹性系数来反映岩石的力学性质，从而使模型具有较宽的应用范围。