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一种考虑主应力空间的岩石非线性真三轴强度准则

2021-11-02李修磊凌天清

哈尔滨工业大学学报 2021年11期

李修磊,陈 臣,凌天清

(1.重庆交通大学 河海学院,重庆 400074;2.重庆交通大学 土木工程学院,重庆 400074)

各种岩体工程中,岩石都会受到地应力场的影响,岩体开挖时应力场会重新分布,复杂应力状态可能会导致岩石发生变形和破坏。强度准则就是研究各种应力场作用下岩石的强度及确定岩石破坏时的塑性区范围,是岩石工程稳定性评估和结构优化设计的基础。由于Mohr-Coulomb(M-C)、Griffith和Hoek-Brown(H-B)强度准则表达式简单且强度参数物理意义明确,在岩体工程理论和数值计算分析中广泛应用。其中,M-C准则为线性准则,无法反映岩石强度随围压增加呈非线性增加的关系,因而只适用于低围压的情况[1];虽然Griffith和H-B准则更符合实际情况,但高围压下与试验数据偏差较大[2-3]。为此,一些学者[4-6]改进了M-C和H-B准则,通过减去一个含围压的非线性项使其对三轴试验数据的拟合精度更高,但增加了参数数量及其确定的难度。上述强度准则认为岩石破坏强度只与大和小主应力有关,均未考虑中间主应力的影响,与真三轴试验数据明显不符。

大量真三轴试验结果证明,中主应力对岩石强度有显著影响[7-9],一是以中、小主应力相等为初始点,岩石的强度随着中主应力的增加先增加后减小,但始终高于常规三轴试验强度;二是岩石越致密坚硬,中主应力效应越大。一些学者在大量试验和理论分析的基础上,提出了多种岩石三维强度准则,可归纳为两类:1)依据强度理论和试验数据构建新的岩石强度准则表达式,如由Misses强度理论推导的考虑静水压力的Drucker-Prager(D-P)强度准则[10];……

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