强度储备安全系数不同定义对稳定系数的影响

在极限平衡的双安全系数分析中,安全系数有c、tanφ的安全储备（定义1）和岩土参数a、k的安全储备（定义2）2种定义,分析了在应用有限元强度双折减系数法计算边（滑）坡安全系数时,强度储备的不同定义对计算结果的影响。2种安全系数定义得到的安全系数是不一样的,但是,强度参数c,tanφ按一定比例折减的同时,岩土参数a,k同时也在按相同的比例进行折减。Drucker-Prager准则与参数a和k的选取直接相关,若采用外接D—P准则,对于各种土体定义1和定义2得到的边（滑）坡的安全系数比较接近;若采用平面应变匹配D—P准则及等面积圆D—P准则,对于结构性黏土,定义2得到的安全系数略小于定义1,但对于滑体和滑带土为很粗的碎石土时,定义2得到的安全系数与定义1得到的安全系数要小得多。     

Experimental study on the influence of hydrostatic stress on the Lode angle effect of porous rock

To investigate the deformation mechanisms of rock under hydrostatic stress, destructive experiments were conducted on sandstone under different levels of hydrostatic stress and stress Lode angles. The results reveal that the shape of the strength envelope on the π plane gradually changes from the shape of the Lade criterion to the shape of the Drucker-Prage criterion with an increase in hydrostatic stress. Normally, there exists a deviation between the strain and stress paths for porous rocks on the π plane, and the deviation decreases with an increase in stress Lode angle and hydrostatic stress. A rock failure hypothesis based on the rock porous structure was proposed to investigate the reasons for the abovementioned phenomena. It was found that the shear expansion in the minimum principal stress direction is the dominant factor affecting the Lode angle effect (LAE); the magnitude of the hydrostatic stress induces the variation of the porous structure and influences the shear expansion. Therefore, the hydrostatic stress state affects the LAE. The failure hypothesis proposed in this paper can clarify the hydrostatic stress effect, LAE, and the variation of the rock strength envelope shape.     

多轴应力状态下混凝土的动态强度准则

为了解复杂应力状态下混凝土动态强度变化规律,提出了一个考虑应变率效应的八面体应力空间的多轴静动破坏准则．该准则的空间破坏包络曲面采用二次函数形式,在偏平面上的破坏包络线采用Willam-Warnke 模型在偏平面上的椭圆曲线,使用特征应力点法对拉压子午线方程进行修正以考虑偏平面上罗德角对动态强度的影响．通过对大量混凝土多轴静动强度试验成果的分析,表明此强度准则与已有的试验结果吻合较好,能很好地反映平面应力或三轴应力状态下普通混凝土的静动强度变化规律,并且形式简单,便于实际应用．     

应力三轴度和Lode角的舰用钢动态失效准则

准确获得舰用钢的失效特性是开展爆炸冲击等载荷作用下舰船毁伤评估的重要前提,应力三轴度和Lode参数是衡量材料应力状态的重要参量.为综合考虑应力状态、应变率和温度对舰用钢失效特性的影响,将考虑应力状态的MMC准则与考虑应变率、温度效应的J-C断裂准则相结合,提出了基于应力三轴度和Lode角的典型舰用金属动态失效准则,基于ABAQUS平台开发了VUMAT材料子程序,给出了动态失效准则的一般流程和实现方法.最后,通过开展一级轻气炮发射弹体侵彻2 mm厚舰用低碳钢穿甲试验,获得弹体侵彻钢板前后的速度变化,结合弹体侵彻钢板后剩余速度的比较对失效准则的有效性进行了验证.结果表明,考虑应力三轴度和Lode角的动态损伤失效准则能有效预测舰用金属材料的动态损伤失效,新模型较常用的J-C断裂准则在预测弹体剩余速度方面具有更高准确性.新准则可用于预测爆炸、冲击和侵彻等载荷作用下舰船结构爆炸破口尺寸、破坏模式、弹体剩余速度等.     

考虑中间主应力影响的主动土压力计算

在平面应变条件下,分别推导了松冈元-中井照夫破坏准则、Lade-Duncan破坏准则和俞茂宏双剪统一强度准则的表达形式,并将平面应变条件下和常规三轴压缩条件下的土体抗剪强度指标联系起来.在此基础上,得到了考虑中间主应力影响的主动土压力计算公式.计算表明,只要填土的内摩擦角大于0,考虑中间主应力影响的主动土压力值都小于Rankine主动土压力值,但不同的破坏准则,其计算结果相差较大.     

坡顶局部荷载下边坡的二维和三维稳定分析(Ⅰ)——强度折减的有限元法

各种在π平面上等效面积的Drucker-Prager屈服准则如DP4、DP5和DP6等模型,都不同程度地模拟了平面应变条件下土体的破坏强度,这就是为什么等效面积的DP屈服准则在二维土坡稳定分析中被推广应用的原因.结合砂土的真三轴强度破坏实验结果,从量化角度论证了DP4模型求出的土坡安全系数会保守一些,而DP5模型求出的土坡安全系数更真实一些,更好地发挥材料的承载潜力,是评价二维与三维边坡稳定较理想的弹塑性模型.结合DP5模型,探讨了矩形均布荷载不同的长宽比值对边坡二维与三维稳定的影响,指出荷载长宽比值小于4对边坡的安全系数有较显著的提升,并进一步指出剪胀角对长宽比小于2的边坡稳定也有较显著的影响.     

基于容重增加法的FLAC3D软件在求解边坡稳定安全系数中的应用

利用容重增加法进行三维边坡的非线性稳定分析,通过FLAC3D软件,基于D—P准则,保持粘聚力C及内摩擦角φ不变,通过逐步增加土体重度的方法使土体达到临界状态。边坡的破坏往往伴随着很大的位移和塑性应变,因此采用坡顶水平位移在重度增加系数达到某一值发生突变作为边坡的破坏标准。不需要事先进行假定,得出的结果与强度折减法计算的结果非常接近。该方法可以很好地模拟土的破坏,对工程实践有一定的指导作用。     

塑性变形类型与罗德系数的关系

为深入研究各应变参量间的内在联系,推导出应变增量与罗德系数间关系的表达式,直观地给出了不同应变增量间的定量变化关系.对塑性变形类型与罗德系数间的关系进行了定量表征,揭示了塑性变形类型与应力状态的内在联系.对典型工艺的研究结果表明:随着高径比增加,圆环压缩过程中处于伸长类变形区域范围逐渐缩小;随着模角的增大,挤压过程中塑性区内应变类型由均一的伸长类变为3种共存,因此,材料流动的不均匀性也显著地增大.研究结果对塑性理论及其应用具有重要意义.     

Confining stress effect on the elastoplastic ground reaction considering the Lode angle dependence

The convergence confinement methods are solutions employed to estimate convergence in circular tunnels. They are mostly based on constitutive equations governed by the Mohr-Coulomb and Hoek-Brown yield criteria. However, the solutions based on these criteria neglect the intermediate principal stress confining effect on the ground reaction estimation. Therefore, in this paper, a Drucker-Prager yield criterion governed solution integrated with the Lode angle parameter is employed. It considers the intermediate principal stress influence and the critical effect of the parameter on failure characterization.Subsequently, it is verified with results attained from numerical simulations which consider an elasticperfectly plastic constitutive law with a non-associative flow rule within FLAC~(3D). It was drawn from the results that the ground reaction and plastic evolution are influenced by the confining stress.Furthermore, considering a suitable yield criterion leads to realistic convergence and plastic evolution estimation. The circumscribed DP criterion governed solution with Lode angle parameter value(0.8) is considered appropriate for the realistic ground reaction estimation in the three-dimensional(3D) stress state rock mass. It estimates approximately 3.4% of tunnel convergence as compared to the classic solutions(5%) and plastic radius estimated to be approximately 2.45 m compared to 2.84 m.     

平面应变条件下基于Lade-Duncan强度准则中主应力条件的土压力及其适用性

针对实际工程中大量存在的挡土墙、基坑开挖等平面应变问题,考虑中主应力对强度的影响,将平面应变条件下Lade-Duncan强度准则的中主应力关系代入SMP、Lade-Duncan、AC-SMP和广义Mises强度准则中得到新的平面应变强度准则.据此建立基于各强度准则的主、被动土压力计算公式,进而推广至黏性土,并将主、被动...     

根系固土边坡的滑移变形模拟

在平面应变的假定下求解均质无限长土坡的应力平衡方程以得到坡土应力分量。考虑根系固土作用,对沈珠江水滴形屈服面进行了修正。通过拟定坡土的滑移速度和黏塑性应变率的关系式,得出滑移变形速率的显式表达式。经修正黏滞性参数来改进模型的模拟精度。最后通过一个算例,将模型计算值和现场实测滑移数据进行比较,分析表明二者较为一致。     

三应力不变量模型预测变形带角

RR二应力不变量模型研究岩石局部化变形带角,得到的预测值与实验中测得的变形带角随平均应力增加而增加的趋势以及随着最小压应力增加而减小的趋势都一致,但是得到的预测值比实测数据略小。在RR二应力不变量模型基础上,通过增加洛德角作为第三应力不变量,选用更加复杂的屈服条件,得到的三应力不变量模型,结合岩石真三轴实验,得到的预测值和实验数据关联度更高。     

一种考虑主应力空间的岩石非线性真三轴强度准则

为评估岩石的真三轴强度特性,首先根据常规三轴试验岩石强度的变化规律,提出基于偏应力极值的非线性强度准则,并与12种岩石试验强度和4种典型岩石强度准则进行对比,发现该强度准则的预测值与试验强度非常接近,相关性系数R~2均在0.98以上,平均相对误差(MAPE,E_(MAP))均小于4%(除7号岩石为6.83%);该强度准则、指数准则、H-B准则、MM-C准则和D-P准则对所有12种岩石预测E_(MAP)的平均值分别为2.32%、2.43%、5.28%、7.39%和13.74%,说明该强度准则能够很好地预测不同类型岩石的强度,其预测精度略优于指数准则(岩石力学界认为预测精度较高的强度准则),远好于其他3种强度准则。在上述所建常规三轴强度准则的基础上,通过引入中主应力参数和罗德应力参数,构建考虑中主应力效应的真三轴强度准则,并与8种岩石的真三轴试验强度进行对比,该强度准则很好地反映了大主应力随中主应力的增加呈先增大后减小的变化规律,所得R~2均在0.9以上,其中5种岩石的R~2大于0.96;除了13和14号岩石(E_(MAP)分别为7.79%和4.84%),其余6种岩石的平均相对误差E_(MAP)均小于4%,说明该强度准则能够较好地预测岩石的真三轴试验强度,很好地反映了中主应力效应,具有良好的普遍适用性。子午面和偏平面的应力空间特征也说明该强度准则很好地反映了岩石的静水压力效应和中主应力对大主应力的影响规律。     

渗流对土质边坡稳定性影响分析

根据强度折减有限元法,采用Mohr-Coulomb屈服准则及关联流动法则,以收敛性准则结合特征点位移突变准则作为边坡失稳判据,研究了无渗流、渗流应力耦合及非耦合情况的土质边坡的稳定性.研究表明:1)渗流对边坡稳定性的影响十分明显,无渗流及渗流应力耦合两种情况的均质边坡的最小安全系数分别为1.84、1.115;2)渗流应力耦合效应对边坡稳定的影响极其不利,应该采用耦合方法评价边坡的稳定性,耦合、非耦合情况的最小安全系数分别为1.115、1.28.     

非线性Mohr-Coulomb破坏准则下边坡可靠度上限

传统边坡可靠度分析往往在岩土参数服从线性Mohr-Coulomb（简称线性M-C）破坏准则的假设条件下进行,并且常常采用极限平衡法或有限元法计算安全系数。然而,岩土介质破坏准则具有一定的非线性。为能更加实际地描述岩土破坏机理和得到严格精确的解,基于非线性Mohr-Coulomb（简称非线性M-C）破坏准则,结合极限分析上限法和蒙特卡洛法,进行边坡可靠度上限分析。当非线性参数m=1时,与等效的线性M-C破坏准则进行对比计算,验证了方法的可行性。同时,将初始粘聚力、内摩擦角arctan（c₀/σ_t）和非线性参数作为随机变量且服从截断正态分布,进行了参数变异性和敏感性影响分析。研究表明：非线性M-C破坏准则下,边坡可靠度随初始粘聚力、内摩擦角arctan（c₀/σ_t）和非线性参数变异性的增大而减小;边坡可靠度随初始粘聚力和内摩擦角arctan（c₀/σ_t）的增大而增大,随非线性参数的增大而减小。     

Triaxial strength behaviour of rockmass satisfying Modified Mohr-Coulomb and Generalized Hoek-Brown criteria

The triaxial strength of twenty rockmass types was predicted using two non-linear triaxial strength criteria for rockmass i.e. Modified Mohr-Coulomb(MMC) criterion and Generalized Hoek-Brown(GHB)criterion. Four different rockmass classification systems were used for the calculation of MMC criterion parameters while only GSI classification system has been used for calculation of GHB parameters. The representative value of the uniaxial compressive strength and elastic modulus of rockmass have been estimated using probabilistic approach. A hypothetical case of an unsupported tunnel has been analyzed considering both MMC and GHB criteria. The analysis was done using the convergence-confinement method with two different approaches. The first approach predicts the tunnel response using GHB criterion directly. The second approach predicts the tunnel response using equivalent Mohr-Coulomb parameters obtained by linearization of triaxial data points obtained from MMC and GHB criteria. The tunnel response has been estimated in terms of radius of plastic zone, tunnel convergence and tunnel convergence strain. For very poor rockmasses the tunnel response predicted by MMC criterion is less than that predicted by GHB criterion. For poor and fair rockmass, the tunnel response estimated considering both the criteria are comparable except for few cases. Squeezing condition in rockmass has been also evaluated.     

粉末冶金材料塑性平面应变广义上限法

粉末冶金材料是塑性可压缩材料，其塑性理论方法有待于深入研究。基于粉末冶金材料的屈服条件和塑性势理论，导出了该类材料的塑性本构关系、平面应变屈服条件和屈服轨迹方程，揭示了其平面塑性变形的屈服面、滑移和速度间断等基本规律。基于此建立了粉末冶金材料平面应变广义上限法，并以平面应变挤压为例说明了该方法的应用。     

混凝土非线性分析中的非协调参数Drucker-Prager模型

为了克服现有混凝土数值计算模型在滞回分析中的收敛困难问题,结合经典Drucker-Prager(D-P)模型的Cap修正屈服准则,提出采用非协调参数D-P模型模拟混凝土。通过数值模拟手段,经过大量试算提出了非协调参数α和k的合理取值范围。并且,采用非协调参数D-P模型分别模拟了钢筋混凝土梁在跨中单调荷载下的受力行为,以及钢筋混凝土柱和型钢混凝土柱在低周往复荷载下滞回性能,并通过与试验结果的比较验证了这个模型的有效性。利用这一特点,可通过数值计算手段获得混凝土构件在循环荷载下的恢复力模型,从而有效地节省试验资源。     

容重增加法在边坡稳定性分析中的应用

通过逐步增加容重的方法使边坡达到极限平衡状态,基于D-P准则,采用关联流动法则,用非线性有限元法进行数值模拟.将坡顶水平位移随容重增加系数的变化关系曲线上位移陡然增大作为边破的破坏标准,用一个区间描述边坡稳定安全系数.该法无须事先对滑动面的位置和形状作出任何假定,能够考虑土体的材料非线性和几何非线性,有助于了解边坡的破坏机理.同时由于用一个区间描述边坡稳定安全系数,避免了数值计算中真实安全系数的丢失.算例分析表明,用容重增加法得到的安全系数与传统方法相近,并建议安全系数区间的长度取为0.03.     

平面应变条件下砂土强度与土坝应力变形计算

本文对不同应变条件下砂土的抗剪强度及应力应变关系进行了对比试验研究;并根据推广的Von. Mises准则,导出了从常规三轴试验结果来预测平面应变条件下砂土的Mohr—Conlomb强度参数的计算式。本文对Duncan—Chang模型进行了修正,使之能初步反映平面应变条件下较为明显的应变软化现象,并对一典型的均质土坝断面,进行了有限元应力变形计算分析。