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应变软化岩体分析原理及其应用

岩土力学 2014年第3期35卷 609-622,630页

作者：王水林郑宏刘泉声郭明伟葛修润中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071

应变软化是指应力-应变曲线中轴向应力随应变的增加而减小的现象,许多种类的岩土介质在工程扰动的作用下呈现应变软化的行为。在分析应变软化问题时,其应力-应变关系式中的切线刚度矩阵是非正定的,由此导致计算求解的困难。将岩体应变... 详细信息

应变软化是指应力-应变曲线中轴向应力随应变的增加而减小的现象,许多种类的岩土介质在工程扰动的作用下呈现应变软化的行为。在分析应变软化问题时,其应力-应变关系式中的切线刚度矩阵是非正定的,由此导致计算求解的困难。将岩体应变软化过程简化为一系列脆塑性过程,于是应变软化问题的求解归结为一系列脆塑性过程的分析。基于经典弹塑性力学理论,提出了应变软化过程模拟方法及其相应的有限元求解过程,编制了计算程序,研究了应变软化本构模型中不同强度弱化速率对圆形洞室围岩塑形区分布的影响,进一步分析了应变软化模型对应的隧道径向变形沿洞轴方向的分布特征,并与已有监测数据得到的分布规律进行了对比。初步的研究结果表明,应变软化模型得到的计算结果是比较合理的。

关键词：应变软化脆塑性模型圆形隧道数值解摩尔-库仑屈服准则

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应变软化边坡稳定性分析方法研究

岩土工程学报 2016年第3期38卷 570-576页

作者：薛海斌党发宁尹小涛雷曼邓琴西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 陕西建工机械施工集团有限公司陕西西安710043

对于具有应变软化特性的岩土质边坡,如果按照峰值强度进行设计与分析,会遗留安全隐患;如果取残余强度分析,则会增加工程成本,造成不必要的浪费。因此考虑应变软化的边坡稳定性分析方法对于此类边坡的评价与治理具有重大的意义。首先基... 详细信息

对于具有应变软化特性的岩土质边坡,如果按照峰值强度进行设计与分析,会遗留安全隐患;如果取残余强度分析,则会增加工程成本,造成不必要的浪费。因此考虑应变软化的边坡稳定性分析方法对于此类边坡的评价与治理具有重大的意义。首先基于岩土体的应变软化本构借助FLAC软件实现了边坡的渐进性破坏过程模拟;其次基于最大剪应变增量确定了边坡的滑面;基于滑面上强度参数的时空分布规律借助Matlab软件平台实现了基于矢量和法的应变软化边坡稳定性分析;然后基于材料参数沿滑面的空间分布规律提取了等效黏聚力和等效内摩擦角,并借助极限平衡法分析了边坡在渐进性破坏过程中滑面及安全系数的变化过程,用于补充上一种方法在坡体未产生明显破坏时的不足;最后将两种不同的应变软化边坡稳定性分析方法对应计算结果进行对比分析,验证了两种方法的合理性及可靠性,同时两种方法形成相应的互补关系,很好地解决了应变软化边坡稳定性的分析问题。

关键词：应变软化材料参数时空分布矢量和法极限平衡法边坡稳定性分析

应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题解析

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浙江大学学报（工学版） 2004年第7期38卷 909-914页

作者：汪鹏程朱向荣浙江大学宁波理工学院建筑工程学系浙江宁波315104

采用应力跌落模型模拟土体的应变软化,以Mohr-couloub屈服准则和不相关联的流动法则考虑土体屈服塑性流动和剪胀特性,引进对数应变考虑土体的大变形,给出了应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题的弹塑性解析解,为了对比,还给... 详细信息

采用应力跌落模型模拟土体的应变软化,以Mohr-couloub屈服准则和不相关联的流动法则考虑土体屈服塑性流动和剪胀特性,引进对数应变考虑土体的大变形,给出了应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题的弹塑性解析解,为了对比,还给出了小应变情况下位移的解析表达式.分析了大、小应变理论、不同剪胀特性、不同软化程度和考虑塑性区弹性变形与否对结果的影响.结果表明:在孔扩张压力较大时,用小应变理论会引起很大误差,必须考虑大应变;在相同扩张力作用下,土体的软化程度越高,扩张率越大,土体的剪胀角越大则扩张率越小.土体的软化和剪胀特性还影响极限扩张压力,软化越严重,极限扩张压力越小;剪胀角越大,极限扩张压力越大.

关键词：应变软化剪胀大应变孔扩张

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应变软化边坡渐进破坏及其稳定性初步研究

岩土力学 2016年第1期37卷 175-184页

作者：沈华章王水林郭明伟葛修润中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室湖北武汉430071

采用应变软化本构模型和矢量和法,提出了一种模拟应变软化边坡渐进性破坏过程的分析方法。该方法可得到应变软化边坡的坡体材料强度参数、滑面状态、稳定安全系数、边坡破坏状态的变化过程,据此可分析边坡的渐进破坏。采用所提方法对应... 详细信息

采用应变软化本构模型和矢量和法,提出了一种模拟应变软化边坡渐进性破坏过程的分析方法。该方法可得到应变软化边坡的坡体材料强度参数、滑面状态、稳定安全系数、边坡破坏状态的变化过程,据此可分析边坡的渐进破坏。采用所提方法对应变软化材料边坡算例进行了分析,并与3种极限平衡法进行了对比,结果表明:(1)滑面矢量和安全系数介于传统极限平衡法峰值安全系数与残余安全系数之间,滑面强度参数部分处于峰值状态、部分处于残余状态,弥补了传统极限平衡法不能得到真实的应变软化边坡安全系数的缺陷。(2)强度参数弱化的区域与边坡破坏区域位置一致,坡脚处滑面最先出现软化,随着塑性剪切破坏的发展,其由软化状态变为残余状态,邻近部分滑面开始出现新的软化,接着进入残余状态,边坡破坏由坡脚向坡顶发展,随着这个过程的持续进行,边坡的渐进性破坏不断发展,边坡安全系数不断降低,直至渐进性破坏过程结束。(3)随着残余软化参数的增加,滑面位置逐渐变浅,矢量和法安全系数逐渐增加。该方法能够较好地分析边坡的渐进性破坏过程,具有较好的应用前景。

关键词：渐进性破坏矢量和法应变软化边坡稳定性

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应变软化对复合材料分层尖端场的影响

计算力学学报 2006年第3期23卷 357-362页

作者：刘军李英梅张凤鹏黄宝宗东北大学理学院辽宁沈阳110004

提出了适用于纤维增强复合材料应变软化分析的多标量连续损伤模型,并将其应用于含分层裂纹的复合材料层板的后屈曲损伤破坏有限元分析,研究了软化参数对损伤场和应力场的影响。计算结果表明:(1)应变软化使分层尖端的应力奇异性降低或消... 详细信息

提出了适用于纤维增强复合材料应变软化分析的多标量连续损伤模型,并将其应用于含分层裂纹的复合材料层板的后屈曲损伤破坏有限元分析,研究了软化参数对损伤场和应力场的影响。计算结果表明:(1)应变软化使分层尖端的应力奇异性降低或消失。(2)应变软化参数影响极限损伤区的大小及其扩展速度,应力跌落使极限损伤加剧。(3)由于损伤的影响,裂尖的能量释放率受软化参数的影响出现波动,已难反映分层特征,可以根据损伤程度来判断分层的扩展。(4)分层上下表面的纤维方向影响损伤形式及其扩展方向。

关键词：应变软化损伤裂尖奇异性复合材料层板能量释放率

应变软化弹塑性岩体中TBM施工过程围岩力学状态的理论分析

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岩石力学与工程学报 2016年第2期35卷 356-368页

作者：王华宁李悦骆莉莎蒋明镜曾广尚同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学航空航天与力学学院上海200092 江苏中南建设集团江苏镇江212000 同济大学地下建筑与工程系上海200092

针对深埋圆形隧洞TBM施工过程,综合考虑纵向推进和双层衬砌构筑过程,对围岩–衬砌进行耦合分析,得到应变软化弹塑性岩体在不同时刻施加衬砌时的应力、位移、软化区和破裂区半径的解析解,并给出带衬砌问题围岩达到软化和出现破裂的判据... 详细信息

针对深埋圆形隧洞TBM施工过程,综合考虑纵向推进和双层衬砌构筑过程,对围岩–衬砌进行耦合分析,得到应变软化弹塑性岩体在不同时刻施加衬砌时的应力、位移、软化区和破裂区半径的解析解,并给出带衬砌问题围岩达到软化和出现破裂的判据。推导中同时考虑了岩体在软化阶段和残余强度阶段的体积扩容。通过算例分析初衬和二衬施加时刻对围岩位移、软化区和破裂区范围以及围岩压力的影响,讨论了荷载在两层衬砌间的分担演化规律。分析表明,算例中TBM推进至3倍洞径时施加二衬,则二衬阶段产生的位移可控制在总位移的6%以内;衬砌间的作用力对二衬施加时刻较为敏感,而衬砌对围岩的支护力将受初衬和二衬施加时间的共同影响。根据提出的解答,可以进行TBM推进速度、衬砌几何和材料参数及最佳支护时机的初步设计,并预测隧洞施工中位移、应力的时程变化。

关键词：隧道工程 TBM施工应变软化弹塑性解析解

应变软化Tresca材料中扩孔问题解答及其应用

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岩土力学 2004年第2期25卷 261-265页

作者：梁发云陈龙珠上海交通大学建工学院安全与防灾工程研究所上海200030

依据常规试验成果,对岩土材料的剪胀、剪缩和应变软化特性进行简化后,利用弹塑性理论和体积平衡原理,推导出应变软化Tresca材料中扩孔问题的一般解答,并分析了不排水饱和土扩孔问题的规律性,对解决诸如沉桩挤土效应等工程问题具有一定... 详细信息

依据常规试验成果,对岩土材料的剪胀、剪缩和应变软化特性进行简化后,利用弹塑性理论和体积平衡原理,推导出应变软化Tresca材料中扩孔问题的一般解答,并分析了不排水饱和土扩孔问题的规律性,对解决诸如沉桩挤土效应等工程问题具有一定的应用价值。

关键词：剪胀应变软化 Tresca屈服准则扩孔饱和软粘土

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应变软化模拟与圆形隧道衬砌分析

岩土力学 2010年第6期31卷 1929-1936页

作者：王水林吴振君李春光汤华中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071

在岩土工程中,有许多类岩体呈现应变软化特性。在应变软化过程中,如果多个材料强度参数分析发生变化,就很难给出软化问题的解析解。已有的文献研究表明,在经典的弹塑性理论框架下,模拟岩土介质的应变软化过程依然值得深入研究。利用应... 详细信息

在岩土工程中,有许多类岩体呈现应变软化特性。在应变软化过程中,如果多个材料强度参数分析发生变化,就很难给出软化问题的解析解。已有的文献研究表明,在经典的弹塑性理论框架下,模拟岩土介质的应变软化过程依然值得深入研究。利用应变软化材料强度参数随塑性应变增加而弱化的特点,提出了将应变软化过程简化为一系列的脆性应力跌落与塑性流动过程的思想,应变软化行为的模拟转化为一系列脆塑性过程的分析。将这种模拟应变软化过程的思想方法用于求解均匀初始应力场中应变软化介质内的圆形隧道开挖问题,研究了衬砌对减少岩土开挖扰动的作用以及考虑应变软化对衬砌内力的影响。数值结果表明,对于应变软化岩土材料,忽略其强度软化的行为是偏于危险的。

关键词：应变软化脆塑性模型圆形隧道数值解屈服准则

应变软化圆形隧道围岩的逐步量纲一化应力分析方法

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第8期47卷 2842-2847页

作者：蒋武军邹金锋湖南省高速公路管理局湖南长沙410001 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

基于线性Mohr-Coulomb强度准则,采用量纲一化分析方法,改进应变软化围岩应力位移求解的逐步应力分析法。通过将软化围岩塑性区分为有限个圆环,对每个圆环求解其应力和应变增量,得到软化围岩应力和位移解。利用现有的理论解验证该方法的... 详细信息

基于线性Mohr-Coulomb强度准则,采用量纲一化分析方法,改进应变软化围岩应力位移求解的逐步应力分析法。通过将软化围岩塑性区分为有限个圆环,对每个圆环求解其应力和应变增量,得到软化围岩应力和位移解。利用现有的理论解验证该方法的正确性和可靠性。通过数值计算和参数分析,揭示部分参数对围岩应力和位移的影响规律。研究结果表明:当圆环数量n=500时,逐步量纲一化应力解与精确解吻合度较高;塑性区随临界塑性应变偏差?p*增大而减小,当p*?增加到某一定值时,围岩内部不存在残余区;塑性半径及围岩位移随着p*?的减小而不断增大,当?p*为0时,软化围岩近似于脆性状态。

关键词：应变软化逐步应力法 Mohr-Coulomb强度准则圆形隧道