考虑内摩擦与应力状态的岩石应变能屈服准则研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shinemun
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
我国国民经济持续快速发展催生水利水电、交通、采矿等领域出现了大量浅埋和深埋长大隧洞(隧道)、巷道和采场等工程,合理揭示开挖前后围岩应力场和位移场的演化规律是隧洞(隧道)和巷道的稳定性分析的关键,而岩石材料的屈服研究是其中最为基础、也是最为重要的工作。目前经典的屈服准则对于认识岩石的屈服性质和分析工程的安全性具有一定的意义,但考虑岩石的内摩擦特性和应力状态的影响,从应变能角度构建符合不同应力条件下岩石屈服性质的屈服准则还需进一步研究。针对上述问题,本文以浅埋和深埋隧洞(隧道)和巷道为工程背景,分析了浅埋和深埋岩石的力学特点,通过现有的常规三轴试验数据的研究,构建了以低应力条件单剪应变能屈服准则和高应力条件三剪应变能屈服准则为基础的考虑内摩擦和应力状态的岩石应变能屈服准则,并结合岩石的屈服特性对提出准则的性质进行了深入分析,最后基于提出的岩石应变能屈服准则建立了适用于硬岩的损伤模型。本文的主要研究成果概述如下:  (1)以浅埋隧洞(隧道)/巷道为工程背景,鉴于很多情况(如低圈压和低静水压力条件)下岩石屈服主要沿最大主剪应力作用面上发生(即单剪破坏模式)的试验事实,推导了与屈服密切相关的单剪剪切应变能;考虑岩石破裂的剪切滑移和体应变增大现象,依托绿泥石片岩试验结果,研究了与屈服相关的单剪剪切应变能和体积应变能的数值关系,以此为基础建立了低围压和低静水压力条件下的岩石单剪应变能屈服准则;通过与经典的单剪屈服准则进行对比分析,指出提出的准则是多种经典的单剪屈服准则的一般形式;对提出的准则进行了数值模拟和与试验结果的对比分析,结果表明它可较好地描述线性岩石材料的屈服特性,屈服应力的计算结果与试验结果较为吻合。  (2)以深埋隧洞(隧道)/巷道为工程背景,鉴于高围压和高静水压力条件下岩石非线性力学特征显现,以及深部岩石应力路径和破坏形态的复杂性,综合考虑岩石的内摩擦性质和三个复合滑动面的剪切特征,推导了与屈服密切相关的三剪剪切应变能;考虑岩石破裂的剪切滑移和体应变增大现象,依托T2b大理岩常规三轴试验结果,研究了与屈服相关的三剪剪切应变能和体积应变能的数值关系,以此为基础建立了高围压和高静水压力条件下的岩石三剪应变能屈服准则;通过对经典的三剪屈服准则进行对比分析,指出提出的准则是多种经典的岩石三剪屈服准则的一般形式;对提出的准则进行了数值模拟和与试验结果的对比分析,结果表明它可较好地描述非线性岩石材料的屈服特性,屈服应力计算结果与试验结果较为吻合。  (3)结合岩石的屈服特性,对岩石应变能屈服准则的性质进行了全方面的探讨和分析,主要有:岩石应变能屈服准则的强度预测能力,应用提出的准则对岩石参数相关性的表达,岩样离散性对准则精度的影响分析,岩石屈服条件下力学参数取值的探讨,屈服应力计算误差的探讨与分析,中主应力效应分析。  (4)根据损伤与塑性演化存在相似机制,将岩石应变能屈服准则作为损伤阈值的判定准则;基于Rabotnov对损伤变量的定义和Lemaitre应变等效性假设,并考虑未损伤部分的应力-应变关系符合广义胡克定律,提出了简化形式的硬岩损伤力学方程;为了更好地表达硬岩从低围压到高围压条件下的脆-延转化特性,提出了改进的Mazars损伤演化方程;基于锦屏T2b大理岩常规三轴压缩试验结果,对损伤模型参数进行求解,并分别与基于Mazars损伤演化方程和Mohr-Coulomb准则为损伤阈值判定准则的损伤模型进行了对比分析。
其他文献
该文利用X-射线衍射法和电子显微镜扫描等方法,探讨了粉煤灰加固软土的机理,认为利用粉煤灰粉喷桩加固软土地基可以获得具有很强的水稳性和一定强度的桩体,其加固效果是可靠
该文在以下三个方面研究了人工神经网络在结构工程中的应用:1)利用二阶BP网络模型进行结构动力模型修改.并比较了二阶BP网络模型与普通BP网络模型在工程实际应用中的性能上的
近年来随着城市建设发展的需要,城市立交桥及各种公路匝道桥的建设被大量采用,曲线梁桥以其线性灵活、外型美观、驾驶条件好等诸多优势成为城市交通枢纽中不可缺少的桥型。由于
该文通过七榀1/2比例四层底框剪(底部一层框架和底部二层框架)组合墙的模型试验和有限元计算,分析研究了底框剪横向组合墙和纵向组合墙的受力变形性能,探讨了其抗震性能,着重
多场耦合问题是地质工程领域中研究的热点和难点。石油、地热等能源的开发以及生活垃圾、核废料的深埋处理等众多实际工程都与之相关。同时,岩体在多场耦合条件下会发生脆性断
预应力大跨度空间结构一旦发生连续倒塌,往往造成后果严重的人员和财产损失,而恰恰这类结构冗余度低,一旦有局部构件破坏,将很有可能发生大变形甚至连续倒塌。索承网壳和索穹顶由
该文用空间桁架位移法进行网架内力分析,并编制了SFOP(Fortran77)软件将其在微机486上实现,该软件可对正放四角锥网架、斜放四角锥网架的支承信息、节点信息、杆件信息、边界
该文通过理论分析、试验研究并参阅国内外有关文献,建立了一套较为系统、合理的后张预应力砼平板—柱结构计算理论及方法.
为了在地震区建造中高层的砌体结构房屋,沈阳市建委、辽宁省建筑设计研究院、大连理工大学、中国建筑科学研究院工程抗震所和国家地震局工程力学研究所等单位对组合墙建筑结
根据相似理论和原理,首次建立起了城市地下工程冻结加固模型试验系统.该文开展了上海软土低温特性试验及软土地层浅覆土盾构隧道模型试验研究,对试验规律进行了详尽的分析.采