基于D-P准则不同屈服面的强度折减法在土坡稳定分析中的运用

基于ANSYS运行平台,分别采用D-P强度准则的外接圆和内接圆作为屈服面,运用强度折减法对某土坡的稳定性进行了分析,并将分析结果与经典的瑞典条分法计算结果进行比较,验证了土坡分析中强度折减法的合理性,讨论了边坡稳定性分析中屈服面的选择。通过研究发现,基于D-P准则外接圆为屈服面的强度折减法计算的安全系数与经典条分法计算结果相近,说明基于D-P准则的强度折减法运用于土坡稳定性分析中是合理的。     

双线性强化隧道和桩孔三剪弹塑性解

将隧道和桩孔简化为厚壁圆筒, 基于三剪强度准则和双线性强化模型, 考虑材料的应变强化和中间主应力效应, 推导了厚壁圆筒在均匀内外压作用下的弹塑性极限解, 并给出恒定外压条件下塑性区半径与内压的关系式, 分析了强化模量系数、半径比、中间主应力与材料强度拉压异性对厚壁圆筒弹塑性极限解的影响规律。研究结果表明: 所得弹塑性极限解克服了Tresca屈服准则与Mises屈服准则未考虑拉压异性, Tresca屈服准则与Mohr-Coulomb屈服准则未考虑中间主应力与双剪强度理论极限解存在滑移面突变现象的不足; 弹塑性极限解均随半径比与中间主应力影响系数的增大而增大, 随拉压强度比的增大而减小, 外压对极限内压的影响程度随着拉压强度比的增大而减小; 当强化模量系数为0.1、半径比为2时, 考虑强化效应的塑性极限内压比不考虑时相对增大10%以上, 随着半径比增大到4, 塑性极限内压比不考虑强化效应时相对增大38%以上, 强化效应影响更加明显, 故对于存在应变强化效应的材料, 采用双线性强化模型的分析结果更接近工程实际; 当不考虑中间主应力与应变强化时, 土体的极限扩孔压力弹塑性极限解与Vesic解相差在0.02%以内, 当考虑了土体的中间主应力和应变强化效应后, 塑性区半径与内半径比为10时, 弹塑性极限解分别是Vesic解的1.06、1.81倍, 因此, 基于Vesic解的极限扩孔压力过于保守。      

锚墩下岩体瞬时弹塑性变形分析

从强风化岩质边坡的特点出发,运用弹塑性理论分析预应力锚索锚墩下岩体的弹塑性变形,同时结合分层总和法计算锚墩下的岩体力学性态,最终可以以D-P屈服准则确定岩土体的塑性屈服区域,以FLAC3D软件分析锚墩下的岩土体的弹塑性变形屈服特征。通过与分层总和法计算结果的对比分析,以及该方法在某公路边坡工程中的实际应用证明,此方法具有一定的可行性,能给预应力锚索设计和施工提供依据。     

顺层岩质路堑边坡稳定性数值极限分析

针对顺层岩质路堑边坡稳定的关键影响因素,采用有限元强度折减法,研究了边坡高度、坡顶堆载及工程防护对具一组贯通软弱结构面的顺层岩质边坡模型稳定性的影响,并与传统极限平衡法进行了对比验证。研究结果表明:边坡坡度大于岩层倾角时对稳定不利,安全系数随边坡高度增加而降低;坡顶堆载时,安全系数的降低取决于荷载和贯通塑性区的相对位置;挡土墙或锚杆通过对塑性区贯通带的阻截使塑性区转移到其他更薄弱的结构面,从而提高安全系数,塑性区贯通带的转移去向取决于初始支撑强度;基于Drucker-Prager屈服准则的安全系数有限元计算结果比基于莫尔-库仑准则的传统极限平衡法计算结果平均高出约22%,与郑颖人等约为25%的研究成果非常接近,说明有限元强度折减法可行。     

锚墩下岩体瞬时弹塑性变形分析

从强风化岩质边坡的特点出发,运用弹塑性理论分析预应力锚索锚墩下岩体的弹塑性变形,同时结合分层总和法计算锚墩下的岩体力学性态,最终可以以D-P屈服准则确定岩土体的塑性屈服区域,以FLAC3D软件分析锚墩下的岩土体的弹塑性变形屈服特征.通过与分层总和法计算结果的对比分析,以及该方法在某公路边坡工程中的实际应用证明,此方法具有一定的可行性,能给预应力锚索设计和施工提供依据.     

锚墩下岩体瞬时弹塑性变形分析

从强风化岩质边坡的特点出发,运用弹塑性理论分析预应力锚索锚墩下岩体的弹塑性变形,同时结合分层总和法计算锚墩下的岩体力学性态,最终可以以D-P屈服准则确定岩土体的塑性屈服区域,以FLAC3D软件分析锚墩下的岩土体的弹塑性变形屈服特征。通过与分层总和法计算结果的对比分析,以及该方法在某公路边坡工程中的实际应用证明,此方法具有一定的可行性,能给预应力锚索设计和施工提供依据。     

多因素影响下水工隧洞最小覆盖层厚度力学分析

综合考虑中间主应力系数n、渗流体积力pw及剪胀系数β等的影响,采用统一强度理论和D-P准则,根据应力、位移连续性条件,计算得到了圆形水工隧洞径向应力σr、环向应力σθ的解析解;推导出隧洞围岩塑性区半径r和最小覆盖层厚度h;分析了渗透系数比kd/kc、剪胀系数β、岩体强度参数c、φ及中间主应力系数n对最小覆盖层厚度h的影响.结果表明:当kd/kc≤500时,h值相对较小,当kd/kc>500时,h值趋于一定值;不考虑渗流时,h值增大约94％;c、φ值对h值影响较明显;采用统一强度理论计算,h值随着n的增大而增大,采用D-P准则计算,h值则出现波动,呈现中间主应力的区间性;采用两种理论计算的h值均随着β的增大而增大.     

基于Drucker-Prager系列准则的边坡安全系数计算方法

探讨了基于DP(Drucker-Prager)准则的边坡安全系数的计算方法。ANSYS有限元软件采用的岩土材料屈服准则为莫尔-库仑六边形外接圆DP准则,对均质边坡,可先求出外接圆DP准则条件下的安全系数,然后利用安全系数转换公式计算出各DP准则条件下的安全系数。对于具有多层土体的边坡,先通过调整各层土体的c,φ值,以实现DP系列准则间的相互转换,再计算得到各DP准则条件下的安全系数。通过算例验证了所提出的方法的可行性。     

浅埋小净距隧道围岩压力的极限分析

基于Mohr-Coulomb强度准则,利用极限分析上限定理,推导出浅埋小净距隧道围岩压力计算新公式.采用MATLAB数值模拟软件中的fmincon函数进行最优化计算,求解该破坏模式下围岩压力的上限解,并将该计算值与规范法计算结果进行了对比.研究结果表明:该计算值与规范法计算结果比较接近,验证了该计算方法可行;随着系数m...     

山区客运专线曲线区段钢轨磨耗量的仿真分析

以山区客运专线钢轨磨耗量以及运营安全性作为研究对象,数值仿真作为手段,仿真计算基于Kalker线性蠕滑理论,借鉴Elkins磨耗指数模型,考虑轨道不平顺,车轮踏面与钢轨型面及弹性地基影响,使用SIMPACK软件建立动车组模型仿真,计算了蠕滑率和蠕滑力的大小,讨论了曲线半径对蠕滑率、钢轨磨耗量、减载率及脱轨系数的影响。比较了不同曲线下,两种踏面的动力学性能。随着圆曲线半径减半,LMa（高速动车组踏面）的左轨磨耗量增大了大约6倍左右。从磨耗量和安全性的角度对山区客运专线设计方法提出建议。     

基于M-C准则的沥青路面多种破坏的统一力学指标及其应用

基于M-C准则,初步提出了一种沥青路面多种破坏现象的统一力学控制指标——路面损伤潜在指数(APPDI)。以5条高速公路沥青路面为例,在有限元计算的基础上利用APPDI分析其路面破坏的力学模式。结果表明:应力的主应力组成对沥青路面的破坏有很大的影响,主应力的多种不同组成状态分别对应不同温度下车辙、TopDown裂纹和层底弯拉。APPDI结合应力莫尔圆及其在路面结构中出现的位置,可以判断沥青路面结构的破坏形式,为解释路面破坏机理及优化路面设计提供了一定理论基础。     

最大偏应力屈服准则在π平面上图形的形状、方位

根据塑性力学原理,首先建立π平面与主应力空间的关系模型,然后根据最大偏应力屈服准则在π平面上的表达式,推导并验证最大偏应力屈服准则在π平面上图形的形状和方位,目的在于明确拉伸情况下,最大偏应力屈服准则在π平面上的形状、方位。     

数值极限分析方法在隧道破坏机理研究中的应用

分析了模型试验采用逐级加载方式下隧道的破坏过程,并通过数值计算得出了不同荷载下隧道的塑性区,结果表明采用数值极限法得出的极限荷载与模型试验得出的结果十分接近,两种方式下隧道破坏面的位置和形状相似,证实了数值极限分析法在隧道破坏机理研究中的可行性。     

三向应力状态下粗粒土的强度准则研究

用p,q,b这3个变量表示Mohr-Coulomb破坏准则、粗粒土破坏准则,将这两个强度准则在π平面上的破坏线与粗粒土等p等b试验结果比较:发现后者由于考虑了中主应力系数b的影响,更接近试验结果;但这两个破坏准则都有奇异点,不利于数值计算。在松砂、紧砂、砾石料、粗粒土的等σ_3等b试验结果基础上,提出了一个无奇异点的新强度准则,其在π平面上的破坏线与试验结果更加吻合。     

45钢单轴应变循环软化行为的本构模型

为了更好地描述材料的循环软化行为,基于调质处理的45钢在对称与非对称应变循环加载下的变形特征,建立了其循环塑性本构模型.模型中考虑了材料在初始1/4循环加载时达到上屈服限后的应变软化现象.此外,用屈服面半径和背应力演化方程对后继循环软化行为进行了模拟.结果表明,在低周疲劳过程中,无论是循环软化滞回圈形状,还是循环应力幅值随循环周次的变化,理论预测与实验结果均吻合得很好.     

基于纤维单元的斜跨异型拱桥极限承载力分析

斜跨异型拱桥拱肋同时受到面内和面外索力作用,为双向压弯构件,受力具有明显空间特征.采用梁单元纤维模型材料非线性方法,同时考虑几何非线性,对张家口通泰大桥进行极限承载能力全过程分析.随着荷载的不断增加,吊索逐根达到承载极限;拱肋同时发生面内、面外变形;一侧拱脚附近截面在轴力和面内、面外弯矩的共同作用下,逐步进入塑性;最后吊索全部屈服,主梁受力接近于简支梁,跨中截面形成塑性铰,全桥结构达到承载极限.纤维模型能够准确模拟拱肋双向压弯荷载下截面逐步进入塑性的全过程,适用于复杂受力构件梁单元材料非线性计算.     

极限分析法在公路边坡稳定性计算分析中的适用性研究

公路边坡的稳定性是公路工程面临的热点与难点问题之一。介绍了极限分析方法基本理论及LimiState软件的计算原理,借助LimiState软件对公路工程中常见的倾斜分层土坡进行了模拟研究,并将结果与常用的土力学分析方法进行了对比。结果表明:从滑动面性状来看,相较于理想圆弧面,采用极限分析法获得的滑动面更接近于真实情况;从安全系数来看,计算结果更为安全,即计算结果更为保守。这表明基于LimiState软件的极限分析法计算得到的结果比较准确,能够满足边坡稳定性的计算要求,可以在实际工程中推广应用。     

Ⅰ型裂纹稳定扩展裂尖塑性区研究

运用FRANC2D/L软件分别对6.35 mm和2 mm两种厚度Arcan试件的Ⅰ型裂纹稳定扩展进行数值计算,研究了该软件的网格划分技术对计算结果的影响,发现该软件的计算精度主要受裂纹区的网格密度影响（当裂纹面单元与裂纹每步扩展单元尺寸一致时,计算精度好）.通过分析有效应力,研究了材料、裂纹扩展长度及试件厚度对裂纹尖端塑性区尺寸的影响.研究结果表明,材料的屈服应力越大,其裂尖塑性区尺寸越小;塑性区尺寸随裂纹扩展长度的增加,先增大后趋于不变;塑性区的形状与板厚或边界有关,6.35 mm厚的母材及3种焊接板材塑性区成扩散型,2 mm厚的母材成Dugdale模型,25.4 mm以上厚度母材成平面应变模型;裂纹启裂时,塑性区随着厚度的增加而减小,最终不变.     

锚墩下岩体瞬时弹塑性变形分析

从强风化岩质边坡的特点出发,运用弹塑性理论分析预应力锚索锚墩下岩体的弹塑性变形,同时结合分层总和法计算锚墩下的岩体力学性态,最终可以以D—P屈服准则确定岩土体的塑性屈服区域,以FLAC3D软件分析锚墩下的岩土体的弹塑性变形屈服特征。通过与分层总和法计算结果的对比分析,以及该方法在某公路边坡工程中的实际应用证明,此方法具有一定的可行性．能给预应力锚索设计和施工提供依据。     

隧道火灾作用下水泥路面瞬态温度场计算方法

隧道发生火灾时水泥路面板内升温迅速,温度梯度较大,采用数值方法求解路面热传导偏微分方程易导致数值解振荡、计算结果失真,且过程繁琐.根据火灾下水泥混凝土热工参数变化规律及傅里叶余弦变换,推导了隧道火灾下路面内温度场的理论计算公式,并与通用有限元软件计算结果进行了比较.结果表明,推导公式可用于计算连续时间内路面板不同位置的温度分布,较好解决了数值方法求解路面瞬态温度场时数值解振荡、不连续的问题,提高了计算精度,且路面内温度场变化规律呈明显的抛物线型态势,与一维热传导微分方程的物理意义吻合较好.因此,推导公式求解火灾下路面结构瞬态温度场具有更好的适用性.