基于Hoek-Brown准则的强度折减法研究及程序实现

发布时间：2017-03-20 01:06

  本文关键词：基于Hoek-Brown准则的强度折减法研究及程序实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有限元强度折减法是岩土体稳定分析的重要方法之一,基于线性Mohr-Coulomb准则的强度折减法已较为成熟,但基于非线性强度准则(如Hoek-Brown准则,非线性Mohr-Coulomb准则)的强度折减法还在发展和完善过程中。本文以Hoek-Brown准则和非线性Mohr-Coulomb准则作为研究对象,并对可能适用于各种非线性强度准则的广义强折减法进行初步探讨,具体研究工作为：(1)对线性Mohr-Coulomb准则在正应力6-剪应力τ空间,p-q空间以及主应力空间内的表达形式,应力不变量表达形式以及基于Mohr-Coulomb准则的基本弹塑性理论公式进行归纳和总结。(2)对Hoek-Brown准则和非线性Mohr-Coulomb准则在正应力6-剪应力τ空间及其主应力空间内的表达形式进行归纳。(3)选取三个经典的土质边坡算例,采用基于线性Mohr-Coulomb准则的常规强度折减法对其进行稳定性计算,通过与不同的稳定性分析方对比法验证所编制程序计算的准确性。本课题研究所取得的成果归纳如下：(1)推导出Hoek-Brown准则和非线性Mohr-Coulomb准则在p-q空间的应力不变量表达形式以及基于上述两个准则的基本弹塑性理论公式。对现有Hoek-Brown准则强度折减方法进行综述。(2)基于Python的Matplotlib程序库开发Geomaterial model visualizer(版本1.0)可视化界面,通过该界面,可以全方位观察Hoek-Brown等强度准则或屈服函数在主应力空间内的形态。该界面可用于岩土体强度准则的教学和科研。(3)基于Kumar等提出的Hoek-Brown准则在正应力a-剪应力t空间内的表达式,推导出一种基于Hoek-Brown准则的强度折减法,这里称之为σci和mb等比折减方法。(4)通过有限元编程实现σci和mb等比折减方法：作为验证方案,与中南大学林杭提出的mb和s折减法进行对比。对两个均质边坡算例和一个非均质边坡算例进行计算,数值结果表明本文提出的折减方法原理清晰,易于理解,并且能够快速有效地获得岩土体的安全系数。
【关键词】：强度折减法 Hoek-Brown准则 数值模拟 有限元方法
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1. 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 基于Mohr-Coulomb准则的强度折减法研究现状12-13
• 1.2.2 基于Hoek-Brown以及其他准则的强度折减法研究现状13-15
• 1.3 研究内容与方法15-17
• 2. 岩土体强度准则及强度折减法基础理论研究17-41
• 2.1 线性MOHR-COULOMB准则基本理论17-24
• 2.1.1 线性Mohr-Coulomb准则基本理论的形成17-18
• 2.1.2 线性Mohr-Coulomb准则表达形式及弹塑性基本理论18-22
• 2.1.3 基于线性Mohr-Coulomb准则的强度折减法理论22-24
• 2.2 非线性MOHR-COULOMB准则基本理论24-28
• 2.2.1 非线性Mohr-Coulomb准则的基本表达形式24-25
• 2.2.2 基于非线性Mohr-Coulomb准则的弹塑性基本理论25-27
• 2.2.3 非线性Mohr-Coulomb准则的有限元强度折减方法27-28
• 2.3 HOEK-BROWN准则基本理论28-35
• 2.3.1 Hoek-Brown准则的发展过程28-30
• 2.3.2 Hoek-Brown准则的基本表达形式30-31
• 2.3.3 基于Hoek-Brown准则的弹塑性基本理论31-32
• 2.3.4 基于Hoek-Brown准则的强度折减法32-35
• 2.4 GEOMATERIAL MODEL VISUALIZER(版本v1.0)可视化程序35-38
• 2.5 本章小结38-41
• 3. MOHR-COULOMB有限元强度折减法计算41-55
• 3.1 有限元强度折减法计算说明41-46
• 3.1.1 有限元强度折减法计算流程41-42
• 3.1.2 对比方法说明42-45
• 3.1.3 计算效率说明45
• 3.1.4 计算程序及结果显示说明45-46
• 3.2 基于线性MOHR-COULOMB准则的强度折减法计算46-53
• 3.2.1 均质边坡稳定分析46-49
• 3.2.2 带有软弱夹层边坡稳定分析49-51
• 3.2.3 浸水边坡稳定分析51-53
• 3.3 本章小结53-55
• 4. 基于HOEK-BROWN准则的强度折减法及程序实现55-73
• 4.1 HOEK-BROWN准则强度折减法的理论推导55-58
• 4.1.1 Hoek-Brown准则的剪应力t-正应力6表达形式55-57
• 4.1.2 基于Hoek-Brown准则的强度折减法57-58
• 4.2 基于HOEK-BROWN准则强度折减法的程序实现58-61
• 4.2.1 Hoek-Brown准则强度折减法程序实现说明58-59
• 4.2.2 程序实现及验证59-61
• 4.3 基于HOEK-BROWN准则强度折减法的计算61-70
• 4.3.1 计算说明61
• 4.3.2 均质岩石边坡61-67
• 4.3.3 非均质岩石边坡67-70
• 4.4 本章小结70-73
• 5. 总结与展望73-77
• 5.1 总结73-75
• 5.1.1 主要工作73-74
• 5.1.2 主要发现和创新点74-75
• 5.2 展望75-77
• 参考文献77-83
• 附录A83-87
• 附录B87-89
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果89-93
• 学位论文数据集93

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