基于可释放应变能三维H-B准则研究

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Hoek-Brown(H-B)强度准则经过不断发展和完善,逐渐形成了较为完整的体系,在边坡工程、基础工程、地下工程及采矿工程等方面的应用效果较好,成为了迄今为止应用最为广泛、影响最大的强度准则,但是仍存在不同程度的问题。基于可释放应变能是岩体破坏的内在机理,以L.Y.Zhang提出的广义三维H-B岩体强度准则(GZZ准则)为基础,采用理论研究与试验相结合方法,建立了基于可释放应变能三维H-B岩体强度准则(简称EH-B准则),并对其屈服轨迹进行了修正。主要取得以下成果:(1)已有H-B强度准则主要通过完善岩体参数与考虑中间主应力效应方法对H-B准则进行改进,但从能量角度对H-B准则进行研究相对较少。基于可释放应变能是岩体破坏的内在机理,阐明了已有H-B强度准则物理涵义与岩体破坏的内在机理并不一致,这是其计算精度与适用性有待提高的重要原因。(2)基于可释放应变能是岩体破坏的内在机理,阐明了已有H-B强度准则将岩体在任意应力水平下破坏时的泊松比(?)恒看作0.5,这既是H-B强度准则计算精度和适用性提高有限的根本原因,也是提高H-B强度准则计算精度和适用性关键所在。(3)以L.Y.Zhang提出的广义三维H-B岩体强度准则(GZZ准则)为基础,引入源于弹性应变能的材料变形参数(?)hb,建立了基于可释放应变能三维H-B岩体强度准则(简称EH-B准则)。(4)EH-B准则理论分析及试验验证表明:(1)EH-B准则是GZZ准则的继承与发展,是一簇以(?)hb为参数的强度准则集合,并非单一的强度准则,(?)hb(28)0.5时,蜕变为GZZ准则;(2)EH-B准则不仅避免了将岩体在任意应力水平下破坏时的泊松比恒看作0.5,而且还可以完全利用已有H-B准则的已有研究成果,便于其应用于实际工程;(3)真三轴试验验证表明:EH-B准则的计算精度高于GZZ准则,且GZZ准则精度越高,相应的EH-B准则精度也就越高。(5)EH-B准则π平面屈服轨迹不满足完全光滑性和外凸性,存在奇异点,分别采用三种角隅模型(E-D、H-D及S-D)与变换主应力法(T-S)对EH-B准则π平面屈服轨迹进行修正,使其可直接嵌入数值软件,用于数值模拟计算。(6)修正后EH-B准则理论分析及试验验证表明:四种修正后EH-B准则π平面上屈服轨迹均能保持完全光滑性和外凸性,可直接嵌入数值软件,用于数值模拟计算,且修正后EH-B准则计算精度也高于GZZ准则,平均误差可低至2.75%。
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