双剪强度理论.ppt

1、2.5双抗剪强度理论，2.5.1理论提出了前人的研究，并且在摩尔理论发表后，一些研究者的成果是基于轴对称围压试验，并根据最大极限应力圆的包络线作出的。可以看出，在一定范围内，它们都与实验结果一致，但都忽略了中间主应力的影响。1971年在剑桥大学举行的一次国际会议上，一篇专门讨论莫尔-库仑理论的论文指出，莫尔-库仑理论的最大缺点是它没有考虑中间主应力的影响16。1919年，桑德尔提出了剪切应力和静水压应力的组合，以反映中间主应力的影响。此后，于贝尔(Huber，1904)、米塞斯(Mises，1913)、亨斯基(Hencky，1925)、罗西和艾辛格(Ros and Eichinger，1927

2、)都提出了形状变化能量理论。它的表达式还包含。因此，它在20世纪40年代和50年代被广泛应用于岩石力学。特别是著名的力学家德鲁克和普雷格对其进行了修正，引入了流体静力应力效应。1952年，著名的德鲁克-普雷格准则被提出。因为它反映并具有完美的数学表达式，所以被广泛使用。然而，这在理论上是不合理的，因为它不能与岩石三轴试验的结果不一致。汉弗莱森-尼亚勒和美国工程院院士齐怀奇、齐克威茨、奥科和陈文夫都指出，德鲁克-普雷格准则与实验结果不一致26，27，不符合岩石强度的变化规律。葛秀润院士和李世会老师也指出，采用德鲁克-普雷格标准是不合理的28，29。在文献29中，通过实例比较，指出：“用德鲁克-普

3、雷格准则得到的结果显然是荒谬的”。自20世纪60年代以来，一些国家开始开发和测试真三轴试验机。文献15，18总结了这方面的结果，其中前苏联的重利尼科-博罗迪克认为它能影响强度变化15%，帕特拉认为它能极大地影响岩石强度的变化，桑加认为许多脆性岩石的强度在很大程度上取决于中间主应力。高廷发等人总结了国内外7种岩石的真三轴试验结果，中间主应力的影响程度为20%50%17。日本东京大学的青木伊藤教授19，20，对岩石中间主应力效应的研究作出了重要贡献。十多年来，他通过大量实验证明了这种效应的存在。米歇尔认为效果是岩石材料的基本品质21，22。由、林、许、耿乃光等进行的实验表明，不仅存在效应，而且存在

4、区间效应18，23，即当中间主应力的值从最小主应力向最大主应力逐渐增大时，材料的强度逐渐增大，并在达到一定峰值后从峰值开始减小23，24。和许的实验再次证实了中间主应力效应及其区间性质24，25。可以看出，不同应力角下岩石的强度差异很大，但德鲁克-普雷格准则的理论预测与应力角无关，即不同应力角下的子午线界限是相同的，这与岩石的多轴特性有很大不同。然而，围压下的常规三轴试验不能反映应力角的差异，因此这种差异是隐蔽的。由于莫尔-库仑理论的角奇异性在20世纪70年代和80年代没有得到很好的解决，工程和计算机程序中也采用了德鲁克-普雷格准则。为了克服德鲁克-普雷格准则的缺陷，人们对其进行了各种修改。沈

5、珠江院士1995年总结了各种失效准则30。尽管双剪强度理论和莫尔-库仑强度理论不同于各种经验标准，“他的研究工作突破了经验领域，取得了巨大的成就3”。然而，通过观察莫尔-库仑理论的力学模型及其数学表达式，我们可以看到它包含在力学模型中，但却在数学建模中丢失了。实际上，它只考虑了剪应力及其正应力，这也可以称为单剪强度理论。虽然经验公式可以与一些实验结果相一致，但缺乏理论依据。因此，有必要探索合理的力学模型和正确的数学模型。1985年，于茂宏在中国科学 31，32发表了一篇关于双剪强度理论及其推广的论文，并推导出一个非常简单的双剪强度理论。可见，莫尔强度理论和双剪强度理论都是线性方程，便于工程应用

6、。从1900年到1985年，它们的发展持续了85年。强度理论的上限之所以长期没有找到，是因为它是由两个数学方程定义的，而以前的所有强度理论和破坏准则都是一个方程，这就要求在概念和数学建模方法上有新的突破。从力学模型到数学模型，双剪强度理论不仅考虑了模型中所有应力分量的不同影响，而且尽可能减少了数学表达式中材料参数的数量。它采用两个方程和一个附加条件的划分方法，其结果只是最大范围的极限面。统一强度理论、单剪强度理论和双剪强度理论是凸强度理论客观存在的发现和理论解释。它们之间的一大片空白区域被1991年提出的统一强度理论的一系列极限面所覆盖，如图2 36，37所示。其数学表达式为、11、统一强度理论基于多滑移单元的力学模型，考虑了作用在单元上的所有应力及其对材料破坏的不同贡献，并采用两个区间的数学建模方法推导36。它仍然有一个非常简单的数学形式，但它有一个非常丰富的内涵。它是一系列强度理论，完全不