地基承载力确定的一种方法

根据三轴和直剪试验的特点并以Mohr强度理论为基础建立了Mohr包线的曲线形式。基于弹性理论导出了条形地基在均布荷载作用下塑性区方程,根据方程可以确定临塑荷载及塑性区的范围。与基于直线型Mohr-Coulomb准则建立起来的塑性区方程相比,该方程能反映土体抗剪强度增长随正应力增加逐渐趋缓的特点。算例分析表明：按两种方法计算得出的临塑荷载相差不大,塑性区连成一片时的荷载也基本一致;两种方法得出的塑性区的形状极为相似;随荷载增加,塑性区向下发展的速度比按传统方法得出的结果稍慢。     

复杂应力状态下条形基础的临塑荷载公式

莫尔-库仑强度准则的临塑荷载公式由于没有考虑中主应力在强度上的作用使计算结果偏于保守。利用具有线性形式的双剪应力强度准则替换原有的莫尔-库仑强度准则,将中主应力引入临塑荷载的计算中,推导出平面应变条件下考虑中主应力影响的临塑荷载公式,并通过算例说明了新临塑荷载公式的计算结果比原有公式有较大的偏高。     

平面应变条件下M-C材料屈服时的中主应力公式

基于Mohr-Coulomb准则,通过引入罗德角参数及Mohr-Coulomb准则平面应变等效广义Mises准则,推导了平面应变条件下材料屈服时的中主应力公式,并给出其与基于SMP准则（Spatial Mobiliaztion Piane）的平面应变中主应力公式之间的关系式。对平面应变条件下的条形地基进行了有限元数值模拟,计算结果验证了所推导的平面应变条件下M-C材料屈服时的中主应力公式的正确性,其公式为岩土体的强度和变形分析、中主应力的强度效应的进一步研究,以及Mohr-Coulomb准则的修正提供了有力的基础。     

基于非线性破坏准则的临坡地基承载力上限分析

临坡地基承载能力的确定分析已成为地基设计理论中一个重要研究课题。针对现有地基承载力分析方法大多基于线性Mohr-Coulomb破坏准则。考虑岩土材料破坏的非线性特性,采用非线性破坏准则和多切线法,引入极限分析上限理论,根据临坡条形基础地基破坏模式的非对称性特点,构建出临坡条形基础地基单侧刚性多滑块破坏模型及相应运动允许速度场。在此基础上,利用序列二次规划非线性优化算法,建立临坡条形基础地基极限承载力的确定方法。最后,通过工程实例计算,并与已有研究方法计算结果进行对比分析。结果表明,非线性参数对临坡地基承载力有着重要影响,采用多切线法处理非线性材料强度准则问题理论上更严密,上限解更优,验证了该方法的可行性与合理性。     

考虑渗透力和原始Hoek-Brown屈服准则时圆形洞室解析解

采用原始Hoek-Brown非线性屈服准则,推导了渗透力作用下圆形洞室弹塑性解析表达式。根据解析公式,绘制了渗透力作用下基于原始Hoek-Brown屈服准则的围岩特性曲线、塑性区半径与洞壁支护力关系曲线、塑性区半径与围岩自重应力关系曲线,并与基于Mohr-Coulomb屈服准则以及不考虑渗透力的图形进行了对比研究,研究表明：应用原始Hoek-Brown屈服准则求出的洞室径向位移和塑性区半径都大于应用Mohr-Coulomb屈服准则求出的结果;在围岩情况较好的条件下基于原始Hoek-Brown屈服准则计算的塑性区半径远大于基于Mohr-Coulomb屈服准则算出的值;渗流效应对地下洞室的塑性区半径和洞壁径向位移的影响十分显著。     

平面应变条件下土的强度准则分析及验证

应用Mohr-Coulomb、Lade-Duncan、广义Mises、Matsuoka-Nakai、AC-SMP强度准则,以及平面应变条件和相关联流动法则,建立了平面应变条件下土的强度准则。通过分析不同平面应变条件强度准则,确定最大、最小主应力比随土的内摩擦角的变化规律,分析了各强度准则的适用性。当内摩擦角小于30°时,各强度准则的差异性较小;当内摩擦角大于30°时,各强度准则的差异逐渐增大;内摩擦角较大时,广义Mises平面应变强度准则已不适用于描述土的破坏应力条件。同时,考虑黏聚力的作用,将无黏性土平面应变强度准则推广应用于黏性土,根据黄土的平面应变试验结果对各强度准则进行了初步验证,结果表明:Matsuoka-Nakai强度准则适用于描述砂土的强度,Lade-Duncan、AC-SMP强度准则可以很好地描述黄土的强度。     

条形荷载下挡土墙主动土压力计算

考虑条形荷载对滑裂面倾角的影响,改进了库仑土压力理论的极限平衡方法,对条形荷载下的主动土压力进行研究,得到了条形荷载全部作用于土楔体上和被滑裂面截断两种情况下的土压力理论公式。当荷载为0时,该公式可退化到库仑理论。分析表明,在条形荷载被滑裂面截断时,主动滑裂面的倾角不仅与土体内摩擦角、墙土摩擦角、地面倾角等因素有关,而且还与条形荷载的大小和荷载离开墙背的距离有关,土压力系数K随荷载离墙顶水平距离的增大而减小,随荷载的增大而增大。     

基于围岩相互作用的冻结壁弹塑性分析对比研究

冻结壁弹塑性分析的目的并不是为了减薄冻结壁厚度,而是为可靠性设计提供参考。综述了冻结壁弹塑性分析的发展,基于"包神"公式弹性分析,开展了冻结壁弹塑性力学模型的研究,推导出了应力场和位移场解析表达式,并与不同力学模型进行了对比;分析了采用不同屈服准则时的冻结壁塑性区半径计算公式和进入临塑状态时的水平初始应力判别式。利用工程算例对比分析了不同水平初始应力下,采用不同屈服准则时冻结壁的临塑地压值、塑性区外半径和弹性区外荷载;结果表明,冻结壁临塑地压值增大32%,塑性区半径减小14.5%,冻结壁外载荷减小23.3%,为冻结壁厚度设计的可靠性分析提供了数据支持。     

统一强度理论在地基承载力确定中的应用研究

基于统一强度理论,考虑中间主应力对地基承载力的影响,给出了静止侧压力系数 条件下的地基临塑与临界荷载公式。结合实例,对基于统一强度理论和Mohr-Coulomb准则的地基承载力计算结果进行了对比分析。新的理论公式更为确切地反映了地基承载力的实质,有利于地基土体强度的充分发挥。基于河北境内177组不同土质地基的土性指标及载荷试验资料的统计分析,对中间主应力系数b的取值进行了深入细致的探讨,研究表明,对于粉土及黏性土地基,b的取值范围在0～0.5之间变化,理论计算所得地基承载力特征值与载荷试验实测值间的相对误差一般不超过5%     

非轴对称荷载下圆形隧洞围岩弹塑性分析解析解

考虑岩石材料的应变软化及扩容效应,采用岩石材料的弹性-塑性软化-塑性残余三线性应力-应变软化模型和莫尔-库仑屈服准则,推导了非轴对称荷载下圆形隧洞围岩弹性区、塑性软化区和塑性残余区的应力场、应变场、位移场和塑性区半径的近似解析解,适用于围岩塑性区较大且侧压力系数1≤λ<3的情况。该近似解析方法与有限元法的计算结果较为接近,可代替有限元方法进行简单的圆形隧洞围岩弹塑性分析。     

非线性破坏准则对主动土压力的影响

本文采用非线性破坏准则分析和确定了刚性挡土墙主动土压力大小和滑动面位置。首先应用“切线法”引入了变量 和 ,然后运用迭代法计算得出对应于不同潜在滑动面上的 和 值,再运用广义库仑土压力理论求解主动土压力大小。其中对应于最大主动土压力的滑动面即为最危险滑动面,此时的所求即为主动土压力。通过与采用线性Mohr－Coulomb破坏准则下的研究结果比较得出,采用非线性破坏准则确定刚性挡土墙主动土压力更加符合实际工程,结果更加准确,而采用线性Mohr－Coulomb破坏准则计算的主动土压力结果偏小,在实际工程设计中偏于不安全。     

土的三维破坏准则在颗粒流模型中的应用

Savage-Hutter(S-H)颗粒流模型用一个只与材料参数相关的土压力系数来描述颗粒流内部的应力状态,不能很好地反映颗粒体在运动时的本构关系。通过引入颗粒体应力与速度梯度之间的关系,得到了一个能够反映颗粒流本构模型的崩塌动力学模型。另外,为解除S-H模型中对横向应力大小的假定,通过引入Von Mises、Drucker-Prager、Mohr-Coulomb和Matsuoka-Nakai等土的三维破坏准则,得到了广义摩擦系数的4种表达形式。该模型的主要优势是通过引入颗粒流的本构关系,能较好地体现颗粒流体在运动中的内在机制,并且材料强度参数简单易知。分析了由Drucker-Prager准则和Mohr-Coulomb准则所得到的材料强度参数,并探讨了广义摩擦系数与应力洛德角等物理量之间的关系。用所建议的模型来模拟颗粒流的运动过程,并将数值计算与试验结果进行对比,发现两者能够较好吻合。     

主应力在偏平面上的等效变换及其应用

通过坐标变换,推导建立了偏平面上的坐标变量与主应力间的相互转换关系,为求破坏准则在偏平面上的轨迹提供了方便。进而利用得到的变换关系,分别考察了Mohr-Coulomb破坏准则、广义Mises破坏准则和空间滑动面(SMP:SpatialMobilizationPlane)破坏准则在偏平面上的轨迹,并利用不同准则在偏平面上的相互关系推得了相应准则的参数表达式。分析表明,利用变换关系推得的这些参数表达式和已有的结论一致。     

Mohr-Coulomb屈服准则在岩土工程中的应用

对Tresca屈服准则、Mises屈服准则、双剪屈服准则及Mohr-Coulomb屈服准则的屈服线、屈服应力进行分析比较,找出了各种屈服准则之间的差异。探讨Mohr-Coulomb屈服准则与其他屈服准则的关系,并确定Mohr-Coulomb屈服准则在岩土工程中的安全性及岩土体破坏时的破裂面位置与滑移线之间的关系。以亚碧罗水电站实测地应力为例,对实测地应力用不同的屈服准则进行分析,论证了Mohr-Coulomb屈服准则的安全性及剪切破裂面与滑移线的差异。     

挡土墙主动土压力塑性临界深度的解析解

墙后塑性区的临界深度问题一直没有得到很好解决,传统计算公式仅适用于一些特殊情况。基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,假定塑性区的一族滑移线为直线即平面滑裂面,提出弹性覆盖层取代传统的张拉裂缝,建立了较为完善的滑楔分析模型,采用极限平衡法推导了在一般情况下的塑性临界压力、临界深度以及塑性区可能最大深度的解析解。计算结果表明,塑性临界深度的解析解与目前文献采用迭代计算的结果完全一致,传统计算公式是该解析解的一个特例。     

爆破冲击作用下岩体损伤范围研究

针对地下工程岩体压碎和塑性变化两种损伤形式,本文以莫尔-库伦准则为岩体在爆破荷载作用下的破坏条件,提出了冲击波作用下岩体压碎圈范围的计算式,运用Von Mises屈服条件,计算了应力波作用下岩体塑性区范围。以KUBELA 420炸药为例,估算了重庆主城区常见砂岩在爆破过程中形成的压碎圈范围不超过1.7倍装药半径,应力波作用下岩体塑性区范围不超过25.06倍装药半径,其与数值模拟预测的结果较接近。     

考虑渗流和剪胀的圆形巷道围岩广义SMP准则解

本文基于广义SMP准则,综合考虑中间主应力、孔隙水压力和围岩的剪胀特性,建立了巷道围岩的理想弹塑性模型。根据弹塑性理论,推导了渗流作用下的围岩应力场、位移场和塑性区半径的统一解析解。结合具体算例对SMP准则计算得到的围岩应力分布和塑性区半径与Mohr-Coulomb（M-C）准则进行了对比,并对孔隙水压力和围岩剪胀角等影响因素进行了分析。研究结果表明:SMP准则计算得到的塑性区半径小于M-C准则,说明M-C准则相较于SMP准则更为保守;孔隙水压力对巷道围岩的位移场具有很大的影响,表现为孔隙水压力越大,巷道洞壁附近围岩位移量越大,且围岩塑性区半径和弹塑性交界面处的峰值切向应力与孔隙水压力成正比;采用相关联流动法则会低估围岩的强度,不考虑剪胀则会低估围岩的实际变形。      

单轴压缩非贯通节理岩石尖端塑性区及弹塑性断裂模型研究

基于Drucker-Prager（下简称D-P）准则,建立压缩载荷作用下的非贯通节理岩石的弹塑性断裂模型。针对节理岩石小范围屈服翼裂纹尖端塑性区,推导了D-P屈服准则的纯I、纯II及I、II复合型3种翼裂纹无量纲塑性区径长函数,并与Mises准则的塑性区进行对比;结果表明,D-P准则的I型和复合型塑性区较Mises屈服准则的塑性区大,且其II型及I、II复合型塑性区在翼裂纹上下表面不连续。进一步,引入断裂软化因子以表征节理岩石裂隙断裂扩展后的断裂软化规律,考虑非贯通节理岩石复合型断裂软化,是由于节理尖端翼裂纹应变能密度超过最小应变能密度导致其成核扩展引起的,提出用应变能密度的指数函数形式表征断裂软化变量的演化;塑性屈服函数采用Borja等的应力张量3个不变量的硬化/软化函数,反映塑性内变量及应力状态对硬化函数的影响;建立节理岩石的弹塑性断裂本构关系及其数值算法,并用回映隐式积分算法编制了弹塑性断裂模型的程序。以单轴压缩下非贯通节理岩石为例,分析岩石断裂韧度、节理摩擦系数和节理倾角等参数的影响,结果表明,所提出的弹塑性断裂模型与数值和试验结果比较吻合。