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。     

条带煤柱设计的强度准则效应研究

条带开采广泛应用于深部煤层,合理的条带煤柱尺寸对提高煤炭采出率和保护地表地貌都具有十分重要的意义。通过总结平面应变状态下Wilson准则、Mohr-Coulomb(M-C)准则、广义Matsuoka-Nakai(M-N)准则、广义Lade-Duncan(L-D)准则和外接圆Drucker-Prager(D-P)准则等5种强度准则的统一表达式,进而建立条带煤柱的极限强度、屈服宽度和留设宽度的统一计算公式,探究条带煤柱设计的强度准则效应,并得出煤层黏聚力和内摩擦角的影响特性。研究结果表明：建立的统一计算式涵盖文献已有解,且应用非常方便;条带煤柱设计的强度准则效应显著,Wilson准则和M-C准则的结果过于保守,外接圆D-P准则应用需谨慎,应优先选用广义M-N准则或广义L-D准则;煤层黏聚力和内摩擦角对条带煤柱设计的影响明显,应充分考虑煤层的强度参数变化。该研究结果可为条带煤柱的合理设计与施工提供一定的理论指导。     

基于SMP准则柱孔扩张问题相似解

以柱孔扩张理论为基础,将柱孔扩张后塑性区半径b作为时间刻度,引入扩孔速度概念,将塑性区内任意一点的应力、应变描述成塑性区半径b和柱孔扩张后扩张体单元距孔心距离r的函数,采用平面应变条件下无黏性土的SMP准则和不相关联流动法则,考虑到无黏性土的剪胀性,推导出柱孔扩张后极限扩张力 的相似解。通过参数分析表明,土体强度和剪胀性对塑性区半径和极限扩张力产生很大的影响,即随着土体强度和剪胀性的增加,极限扩张力明显增加,相应塑性区半径却随之减小。通过与基于摩尔-库仑准则解答进行对比分析表明,考虑中间主应力影响的SMP准则所得到的极限扩张力明显高于基于摩尔-库仑准则的解答。该解答为无黏性土中进行静力触探（CPT）试验和静压桩等岩土工程问题提供必要的理论依据。     

基于SMP准则的土的平面应变强度公式

基于SMP准则和佐武的平面变变条件,推导了磨擦材料的平面就变强度公式。通过引入粘结应力σ0,推导出适应于C－Φ材料的平面应变强度公式。各种试验结果证明了所提强度公式是合理的。     

土工袋加固原理与极限强度的分析研究

回顾了土工袋在二维应力状态下的加固原理和对应的Mohr-Coulomb强度公式,指出其不足之处,并建议以三维应力状态分析土工袋加固原理。分别以广义 Mises 破坏准则和 Lade-Duncan 破坏准则为理论基础,推导出土工袋在三维复杂应力作用下的极限抗压强度表达式。通过对二维、三维强度计算值与土工袋抗压强度试验实测结果的比较分析,验证新的三维土工袋强度公式的计算结果更接近于试验实测值,而且其适用范围更广。     

线性变换应力空间及其应用

基于广义非线性强度理论,提出了一种新的变换应力方法,将广义非线性强度理论变换为另一应力空间内的Mohr-Coulomb准则。在新的线性变换应力空间内,材料的强度特性符合Mohr-Coulomb准则,从而广义非线性强度理论可在新应力空间内以Mohr-Coulomb准则的形式应用。通过在新的线性变换应力空间内对2种黏土的强度、应力-应变关系试验结果的分析验证了此变换方法的有效性。     

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。     

基于SMP的岩土各向异性强度准则

基于SMP准则,假定材料的摩擦角随沉积面和SMP的夹角而变化,通过主应力空间和物理空间的变换,将SMP的法向量变换到物理空间,以沉积面和SMP的最小夹角α为参数提出了一个各向异性强度峰值Mα。从而得到一个各向异性强度准则,适用于横观各向同性岩土材料,通过试验条件下的数据验证表明,该各向异性强度准则能够较好地描述各向异性土的强度变化规律。     

端帮开采下煤柱破坏宽度计算及失稳机制研究

针对大型露天矿开采后残存的大量端帮滞留煤进行开采时,确定留设支撑煤柱的合理宽度一直是端帮采煤工艺高效应用推广的突出难题。将端帮开采工作面假定为无限大板上相隔一定间距的共线裂纹,基于断裂力学Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹模型,运用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb破坏准则,分析了支撑煤柱边缘的应力分布规律,建立了支撑煤柱边缘破坏区的边界方程,进而得到了不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的表达式。结合不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的理论表达式与煤体破坏间所确定的表征其不同状态的3组特征参数,进行了曲线规律显现。依据不同破坏准则下所显现的曲线规律,分析了留设煤柱宽度Wp、采硐宽度We、煤层埋深H及煤层倾角β等独立因素对支撑煤柱破坏宽度rp的影响规律,同时将工程实例数据分别代入不同准则下所得的理论表达式。理论结果和实测数据表明,Hoek-Brown破坏准则的运用更为符合现场煤柱破坏演化规律及适合节理岩体破坏的分析。此外,结合煤柱稳定性研究中的极限破坏理论和渐近破坏理论,描述了煤柱失稳破坏机制及过程。为端帮开采中支撑煤柱的合理宽度设计及煤柱破坏的理论分析中的准则运用提供了新思路,为推广端帮开采工艺的应用提供指导意义。     

能量法在搅拌桩复合地基稳定性分析中的应用

本文基于能量原理,不仅考虑了土体内部的应力-应变关系,而且应用了Mohr-Coulomb材料相关联流动法则,根据极限分析上限定理,得出了搅拌桩复合地基稳定安全系数计算公式.算例分析表明,该方法对复合地基的稳定性分析具有一定实际意义.     

屈服矿柱渐进破坏及应力分布数值模拟

采用拉格朗日元法,在矿柱端面上不存在水平方向摩擦力条件下,模拟了屈服矿柱的剪切带图案、渐进破坏特征、水平应力及垂直应力分布及演变。在弹性阶段,煤的本构关系为线弹性。峰值强度后煤的本构模型取为莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。数值计算结果表明,矿柱具有渐进破坏特征。破坏首先以剪切带的形式发生在矿柱的4个角上。然后,矿柱两帮的剪切带逐渐向矿柱内部发展,形成两套剪切带网络,直到两套网络重叠,并进一步演化。倾斜的剪切带多次穿透矿柱。当矿柱处于峰值强度后,矿柱水平及垂直应力分布曲面已经变得凹凸不平。凹陷、凸起区分别对应剪切带中心及边缘。矿柱中部的水平应力较边缘大。因此,其边缘的强度较中心低。严格地讲,水平及垂直应力的分布不是单调的,呈现锯齿型。其原因是矿柱发生了条带状局部破坏。矿柱承载能力的不均匀性由矿柱水平应力的不均匀性所决定。     

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。     

非线性破坏准则与岩土材料地基承载力研究

根据线性Mohr-Coulomb破坏准则,前人运用极限平衡法、滑移线理论或极限分析等方法求解地基承载力问题,但实际上岩土在剪切破坏过程中破坏准则具有非线性。因此,为了研究非线性破坏准则对地基承载力的影响,基于上限定理,通过“切线法”引进变量,根据能量耗散情况,将承载力问题转变为非线性规划问题,运用“序列二次规划算法”求出地基承载力的最优解。数值计算结果表明,当非线性破坏准则转变为线性破坏准则时,非线性参数对地基承载力有重要影响。     

无粘性土的一种破坏准则

研究表明,在三轴压缩和伸长试验条件下,土的抗剪强度与莫尔-库仑准则是一致的,而对于一般应力状态下,土体破坏时的应力状态与莫尔-库仑准则有一定的出入。结合以往的真三轴试验结果,建议了一个复杂应力状态下的等效内摩擦角,在此基础上提出了一个考虑中主应力影响的无粘性土（c＝0）的破坏准则。通过和真三轴试验结果比较,发现该准则在π平面内比莫尔-库仑准则更接近于试验结果。该准则有望推广应用到粘性土中。     

软岩洞室最优支护的广义SMP准则解与对比研究

现有洞室最优支护设计均基于Mohr-Coulomb（简称M-C）准则,不能真实反映岩石强度的中间主应力效应以及围岩的三向不等应力状态。基于广义SMP准则和稳定蠕变J3准则,考虑中间主应力对岩石强度的提高作用,建立了软岩洞室最优支护力与围岩允许最大位移的理论解答。洞室最优支护解答对M-C准则、外接圆Drucker-Prager（简称D-P）准则均具有很好的拓展性,且工程实例验证了其正确性。研究结果表明：3种强度准则结果间的差异实际反映的是对中间主应力效应的不同考虑,M-C准则和外接圆D-P准则对应的结果是两个极端情况,推荐选用广义SMP准则解答;岩石长期强度是洞室最优支护设计的关键参数,围岩凝聚力与内摩擦角的影响亦很显著,应合理测定岩石的强度参数并充分考虑变异性。     

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。