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Mohr-Coulomb准则的试验验证与修正

2020-05-21

中南大学学报(自然科学版) 2020年2期

(中南大学土木工程学院,湖南长沙,410075)

强度理论是研究材料在复杂应力状态下破坏规律的科学[1],进行工程设计和结构稳定性分析时,正确描述材料的变形破坏规律至关重要。到目前为止,国内外学者已提出许多强度准则,但都有一定适用范围和应用条件。强度准则较著名的有Drucker-Prager[2]准则(D-P准则)、修正的Lade准则[3]、Mogi-Coulomb[4]强度准则(M-C 准则)等。然而,大量的研究表明,没有1个准则相对其他准则而言有明显优势[5-6],如:D-P 准则假定了材料拉压强度相等,与大多数试验结果不符;修正的Lade准则与Mohr-Coulomb准则预测的三轴拉伸强度不相等。虽然Mogi-Coulomb[4]强度准则对真三轴数据拟合精度有了明显提高,但在偏平面内不满足外凸性条件;SINGH等[7]引入指数函数对高围压状态进行了修正,提出了非线性M-C准则公式,但在应用中发现该准则适用性有限,因此,有必要进一步对强度准则进行研究。M-C 准则概念简洁明了,参数少且易于通过试验获得,广泛应用于岩土工程中[8-11],为此,本文作者针对M-C准则进行进一步试验验证与修正。长期以来,人们用常规三轴试验对M-C 准则进行适用性验证,但对真三轴试验验证较少。本文作者首先利用已有真三轴试验数据,讨论M-C 准则对岩土材料的适用性及局限性,并对M-C 准则进行修正,然后,提出基于真三轴试验数据的黏聚力c、摩擦角φ计算式,并以花岗岩为例验证该计算式的适用性。最后,考虑材料拉压强度差异修正拉压比K计算式。

1 M-C准则及真三轴试验验证

1.1 M-C准则

对于一般受力下的岩土材料,当以压应力为正时,其抗剪强度可用M-C准则表示为

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