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基于drucker-prager屈服准则及加卸载判据的圆形隧道围岩-支护作用机制探讨

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西南科技大学学报 2023年第1期38卷 61-66,83页

作者：叶泰龙喻勇西南交通大学力学与航空航天学院成都610031 应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031 成都理工大学地质灾害与防治国家重点实验室成都610059

隧道围岩-支护相互作用机制是隧道力学中的基础理论,为了准确描述围岩与支护结构对隧道应力变形的影响,假定围岩本构模型为理想弹塑性模型,采用适用于岩土材料的drucker-prager屈服准则,考虑加卸载判据,证明了圆形隧道的开挖过程是一个... 详细信息

隧道围岩-支护相互作用机制是隧道力学中的基础理论,为了准确描述围岩与支护结构对隧道应力变形的影响,假定围岩本构模型为理想弹塑性模型,采用适用于岩土材料的drucker-prager屈服准则,考虑加卸载判据,证明了圆形隧道的开挖过程是一个加载过程,支护过程是卸载过程。通过大型有限元仿真软件Abaqus计算了平面应变情况下圆形隧道开挖与支护过程的弹塑性解。数值分析结果与理论公式结果相吻合,表明开挖的过程是解除内压、增大压差的加载过程,支护过程为施加内压、减小压差的卸载过程。支护后的围岩应力增量和位移增量符合弹性规律,且支护过后的应力等于开挖后的应力减去弹性应力。支护过程的卸载效应使得开挖过程产生的塑性区变成了残余变形区。研究结果可为工程应用提供参考。

关键词：圆形隧道 drucker-prager屈服准则加卸载判据围岩-支护相互作用数值模拟

基于drucker-prager屈服准则的圆形巷道围岩弹塑性分析

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煤炭学报 2013年第A1期38卷 30-37页

作者：张小波赵光明孟祥瑞安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001 重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆400044

考虑不同程度的中间主应力对屈服的影响,以drucker-prager屈服准则作为巷道围岩的塑性条件,推算出巷道围岩弹塑性区应力、塑性区半径和位移的解析解。研究表明,中间主应力对塑性区半径和位移的大小以及围岩应力的分布均有重要影响,并且... 详细信息

考虑不同程度的中间主应力对屈服的影响,以drucker-prager屈服准则作为巷道围岩的塑性条件,推算出巷道围岩弹塑性区应力、塑性区半径和位移的解析解。研究表明,中间主应力对塑性区半径和位移的大小以及围岩应力的分布均有重要影响,并且验证了中间主应力效应的区间性。用单因素分析法,分别考虑不同内聚力、内摩擦角、原岩应力和支护阻力情况下,塑性区半径和位移的drucker-prager准则解、Mohr-Coulomb准则解和统一强度准则解的变化规律并对其进行比较,分析表明:相同条件下,塑性区半径及位移的drucker-prager准则解比Mohr-Coulomb准则解和统一强度准则解大,并且在较高内聚力、较低内摩擦角或较低原岩应力情况下drucker-prager准则解接近于Mohr-Coulomb准则解。采用Flac3D进行数值模拟,模拟结果与理论分析结果较为吻合。因此,适当的应用drucker-prager屈服准则将更能保证工程实践的安全性,更具实践价值。

关键词： drucker-prager屈服准则巷道围岩弹塑性分析中间主应力

drucker-prager系列屈服准则在岩土稳定分析中的应用研究

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Drucker-Prager系列屈服准则在岩土稳定分析中的应用研究

作者：鲁稳华南理工大学

学位级别：硕士

岩土材料的屈服与破坏是岩土工程中最为基础也是最为重要的问题，屈服准则应用研究一直是学者研究的热点问题，前人对此进行了大量的研究工作并取得了丰硕的成果。drucker-prager(D-P)系列屈服准则作为Mohr-Coulomb(M-C)准则的修正模型... 详细信息

岩土材料的屈服与破坏是岩土工程中最为基础也是最为重要的问题，屈服准则应用研究一直是学者研究的热点问题，前人对此进行了大量的研究工作并取得了丰硕的成果。drucker-prager(D-P)系列屈服准则作为Mohr-Coulomb(M-C)准则的修正模型在岩土工程中得到了广泛应用。然而采用不同的D-P系列屈服准则可能会得到差距较大的结果，为了选用合适的D-P准则以获取理想的计算结果，文中对不同D-P系列屈服准则进行了比较系统的研究，基于D-P准则对深埋隧道围岩破碎化分区提出划分准则，提出了一种在D-P系列屈服准则间进行边坡安全系数转换的新方法。本文主要研究成果概括如下：（1）在比较岩土类材料与金属材料特性差异的基础上，回顾了与之相对应的屈服准则，分析了适合于岩土材料的M-C准则及其修正准则，重点讨论了D-P系列屈服准则，指出了D-P系列屈服准则相互之间的关系，揭示了准则的物理意义，给出了不同准则之间的转换公式，论证了准则转换强度折减的本质。（2）详细介绍了不同松动圈支护理论推导方法及其适用条件，通过分析岩土材料的屈服和破坏，指出屈服和破坏是两个不同的概念，基于D-P准则对深埋隧道围岩破碎化分区提出划分准则。以梅大高速圣人山隧道为背景，采用现场监测和数值模拟相结合的方法，对比不同理论计算方法松动区分布与埋深关系，探究不同屈服准则下各分区岩体稳定性状态随开挖过程的演化规律。对如何选用合适的D-P系列屈服准则这一问题进行了研究，提出了具体的选择方法。（3）介绍了有限元强度折减法基本理论、边坡稳定安全系数定义，基于前面相关理论，提出了一种在D-P系列屈服准则之间进行边坡安全系数转换的新方法。通过对有关文献的算例进行分析，对比不同D-P准则计算结果，检验了转换公式的正确性。

关键词：松动圈规律 drucker-prager屈服准则强度折减稳定分析安全系数转换

drucker-prager系列屈服准则在稳定分析中的应用研究

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汕头大学学报（自然科学版） 2014年第1期29卷 73-80页

作者：鲁稳潘卫东华南理工大学土木与交通学院广东广州510641

drucker-prager(D-P)系列屈服准则作为Mohr-Coulomb(M-C)准则的修正模型在岩土工程中得到了广泛应用.然而采用不同的D-P系列屈服准则可能会得到差距较大的结果,文中对不同D-P系列屈服准则进行了比较系统的比较,指出了D-P系列屈服准则相... 详细信息

drucker-prager(D-P)系列屈服准则作为Mohr-Coulomb(M-C)准则的修正模型在岩土工程中得到了广泛应用.然而采用不同的D-P系列屈服准则可能会得到差距较大的结果,文中对不同D-P系列屈服准则进行了比较系统的比较,指出了D-P系列屈服准则相互之间的关系,揭示了准则的物理意义,给出了不同准则之间的转换公式,论证了准则转换强度折减的本质,进而提出了一种在D-P系列屈服准则间进行边坡安全系数转换的新方法.采用ANSYS软件通过算例分析,对比不同D-P准则计算结果,得出了一些有益的结论,数值分析结果有力地验证了本文有关理论的正确性.

关键词：隧道破碎化分区松动圈规律 drucker-prager屈服准则转换强度折减

基于drucker-prager屈服准则的围岩塑性区半径和松动压力解析

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新材料·新装饰 2021年第2期3卷 7-8页

作者：刘强付亚伟刘晓伟韩永帅刘宇航广州工程设计室广东广州510000 第二代建项目部广东广州510000 395338部队

文章基于drucker-prager屈服准则,推导了深埋圆形洞室塑性区半径和围岩松动压力,在偏平面上对表达式进行了解析;考虑到围岩强度参数的随机变异性,利用AN SYS的概率设计系统进行了可靠度分析。

关键词： drucker-prager屈服准则围岩塑性区偏平面变异性可靠度

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渗流损伤耦合作用下深埋圆形隧道的弹塑性解

河南理工大学学报（自然科学版） 2023年第6期42卷 173-181页

作者：王刚管辉王鹏举袁文鹏张书博贺鹏陈慧源刘廷方山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590

为了研究深埋圆形隧道在考虑渗流损伤耦合作用下的弹塑性解,选择drucker-prager屈服准则,基于Biot有效应力原理推导具有衬砌支护的深埋圆形隧洞在施工阶段和运行阶段下的弹塑性解,得到塑性半径和衬砌围岩应力的公式,分析不同因素对塑性... 详细信息

为了研究深埋圆形隧道在考虑渗流损伤耦合作用下的弹塑性解,选择drucker-prager屈服准则,基于Biot有效应力原理推导具有衬砌支护的深埋圆形隧洞在施工阶段和运行阶段下的弹塑性解,得到塑性半径和衬砌围岩应力的公式,分析不同因素对塑性半径和衬砌围岩应力的影响。结果表明:在施工阶段,围岩损伤对塑性区的扩展起到促进作用,同时塑性半径与渗流力呈现正相关趋势,环向应力在衬砌与围岩交界处出现突变并最终趋于地应力;在运行阶段,塑性半径与损伤因子呈线性增加关系,与渗流力呈负相关趋势;随着内压力的进一步增加,对塑性半径的影响分为5个阶段,即低内压力阶段、中低内压力阶段、第一高内压力阶段、第二高内压力阶段、高内压力阶段等。研究结果可为深埋圆形隧道工程建设提供指导和帮助。

关键词：圆形隧道 drucker-prager屈服准则渗流损伤耦合衬砌支护弹塑性解

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深埋圆形隧道衬砌-锚杆支护结构弹塑性解答

力学与实践 2023年

作者：徐锋卢明轩许红飞上官伟王刚胡立强管辉郑程程中交一航局城市交通工程有限公司福建工程学院土木工程学院山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室

文章采用等效材料法，基于drucker-prager屈服准则推导了具有衬砌-锚杆支护深埋隧道在不同施工阶段下的弹塑性解答，并进行FLAC3D数值模拟验证。结果表明：塑性区位于衬砌内部，锚杆的锚固作用对其塑性区扩展响应不明显，塑性区扩展到... 详细信息

文章采用等效材料法，基于drucker-prager屈服准则推导了具有衬砌-锚杆支护深埋隧道在不同施工阶段下的弹塑性解答，并进行FLAC3D数值模拟验证。结果表明：塑性区位于衬砌内部，锚杆的锚固作用对其塑性区扩展响应不明显，塑性区扩展到锚固区，软岩中锚杆锚固作用对抑制塑性扩展的响应较好；塑性区扩展到锚固区时，塑性区半径与锚杆的弹性模量呈负相关趋势，塑性区半径与锚杆的支护角度呈正相关趋势，软岩中锚杆锚固作用对抑制塑性区扩展的效果更为明显。

关键词： drucker-prager屈服准则衬砌-锚杆支护弹塑性解 FLAC3D数值模拟

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考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

科学技术与工程 2023年第34期23卷 14525-14531页

作者：刘宇奋荣传新王彬王松青牛宾杨明黎明镜安徽理工大学土木建筑学院淮南232001 中煤第三建设(集团)有限责任公司市政工程分公司合肥230000

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响,应用弹塑性力学理论,基于drucker-prager屈服准则,推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式;再由极值点失稳理论,确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程,分析中间主应力... 详细信息

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响,应用弹塑性力学理论,基于drucker-prager屈服准则,推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式;再由极值点失稳理论,确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程,分析中间主应力系数对临界水压力的影响,结果表明:中间主应力对临界水压力有较大影响,采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa;与基于MC准则的计算结果做对比,发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能,可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。

关键词：渗流作用巷道围岩中间主应力 drucker-prager屈服准则稳定性

基于D-P屈服准则的圆形隧道空间效应及参数劣化研究

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基于D-P屈服准则的圆形隧道空间效应及参数劣化研究

作者：叶泰龙西南交通大学

学位级别：硕士

在隧道建设施工中,洞室被开挖后,围岩与洞壁的应力、变形的动态演变规律是支护结构的施加时机与施加位置的重要理论依据。隧道开挖引起的围岩应力重分布实际上为时间和空间相关的复杂四维问题,因此在进行软岩隧道施工设计时,需同时考虑... 详细信息

在隧道建设施工中,洞室被开挖后,围岩与洞壁的应力、变形的动态演变规律是支护结构的施加时机与施加位置的重要理论依据。隧道开挖引起的围岩应力重分布实际上为时间和空间相关的复杂四维问题,因此在进行软岩隧道施工设计时,需同时考虑空间约束效应和岩体流变的时间效应。传统的围岩-支护作用理论研究均假定开挖是卸载的过程,围岩应力还未释放,支护力就已经施加在洞壁内径处,这与工程实际有较大出入。工程中隧道开挖后衬砌结构的设置并不是瞬间完成的,需要一定的时间过程,且实际开挖过程中,由于开挖面的空间效应,不同深度洞壁处的应力及位移也不相同。因此需要建立起更符合工程实际的力学模型。本文以理论分析结合数值模拟为主要工具,基于理想弹塑性模型及drucker-prager屈服准则分别对圆形隧道的开挖与支护过程进行加卸载判断,以及对三维隧道开挖面的空间效应进行了分析,提出了考虑虚拟力的二维隧道力学模型,并通过对力学参数随时间的衰减来模拟了岩体的时间效应,分析了围岩的位移随时间变化的情况,主要研究成果如下:(1)讨论了传统围岩-支护作用机理的力学模型存在的不足以及与工程实际的差异。通过理论推导证明了,在drucker-prager屈服准则条件下,支护结构作用力会引起围岩塑性区的卸载;相反地,支护力施加前的开挖过程会引起围岩的加载,使得围岩产生塑性区。而支护力会导致围岩的弹塑性区卸载,从而使其转变成残余变形区。(2)假定围岩本构关系为理想弹塑性模型,选取drucker-prager屈服准则,根据三维数值模拟结果修正了Hoek径向位移公式。提出了在二维隧道模型断面施加相应的虚拟支护力来模拟三维隧道模型开挖面的空间效应,通过对比拟合公式解、施加虚拟力的二维隧道模型与三维隧道模型位移的数值解,验证了上述二维隧道模型的合理性。(3)假定围岩本构关系符合理想弹塑性模型,选取drucker-prager屈服准则,考虑围岩参数随时间劣化的特点,定性分析了弹性模量、粘聚力以及内摩擦角的劣化程度与对围岩位移的影响,对比分析了流变模型与考虑参数劣化的弹塑性模型之间洞壁位移的大小。结果表明上述三种力学参数同时劣化后的围岩洞壁位移与流变数值模型得到的洞壁位移变化情况更接近。

关键词： drucker-prager屈服准则弹塑性本构加卸载判据空间效应参数劣化