对三种强度破坏准则的物理解释

Duncan-chang模型的应用

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第2 4卷第 3期 20 0 7年 9月

广东工业大学学报 J u n lo a g o g Un v r i fTe h oo y o r a fGu n d n ie st o c n lg y

Vo . 4 12 No. 3 Se tmbe 00 pe r2 7

对三种强度破坏准则的物理解释 杨雪强宫全美李彰明，, (. 1广东工业大学建设学院，广东广州 5 0 9;. 10 0 2同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 20 9 ) 00 2

摘要：基于红砂岩的真三轴破坏强度试验资料，通过建立试验破坏强度与预测破坏强度之间的目标误差函数，提出了辨析拓展的双剪强度、aeD na Ld— u cn和 M t o aN k i 3种破坏准则中相关参数的方法； as k—a a等 u通过 3种破坏准则对 岩土类材料的内摩擦角、破坏强度和破坏强度比值等随球应力的变化趋势等宏观物理力学现象的描述来解释与评

述这 3种破坏强度准则；同时通过岩土体宏细观受力破坏机制的分析，阐述了双剪强度破坏准则中折减系数的物理含义，并对这三种破坏准则的角隅函数给出了新的物理力学解释. 关键词：应力张量不变量；破坏准则；摩擦角；抗拉强度；角隅函数 中图分类号： U5 T 49文献标识码： A文章编号： 0 77 6 (0 7 0 - 7 -8 10 -12 20 )30 60 0

1问题的提出 工程结构通常涉及到复杂的三维应力状态下的强度破坏问题，度破坏准则是工程材料本构理论强

( 2—0 3/, 2:( 2+03/;而 0 由下 - 0 2 - ) 2 0 3 0 2 - )2 3 - - 3 -L。可

面的式 ( )出. 3求双剪强度理论一方面同时考虑了 3 个主应力 0 0 - - 和 0 -对岩土类材料强度的影响，

另一方面也证明了中间主应力 0 -对其强度的区间 影响效应 j即当中间主应力 0:接近于最小主 . -从 应力 0 -逐步向最大主应力 0, -,的增加过程中，土岩

最重要的基础研究内容之一，早的岩土类材料强最 度的研究可追溯到 17 7 3年库仑提出的强度破坏理

论，之后无论从单剪、双剪和三剪等角度均对强度破 坏理论做出了深入系统的研究¨ .。 摩尔一库仑强度

破坏准则在三维主应力空间中

类材料的强度逐步提高；当达到峰值后，又从峰值逐 步降低 .以，强度理论较为全面地反映了岩土所双剪

是一个不规则的六棱锥体，平面上的投影是一个在兀不规则的六边形，能给出岩土类材料相对准确的它破坏强度预测 .尔一库仑破坏准则没有考虑中间摩 主应力对材料强度的贡献，相对而言是一个保守的强度破坏准则.

类材料的强度特性. Ma uk— aa 1] L d—u cn。两种破 t o aN k i -和 aeD na 4这 s 2 坏准则在三维主应力空间中均满足外凸连续光滑的条件，且也能正确描述中间主应力 0 -对岩土类材料的区间强度效应，因而在国内外岩土工程的理论与实践中被广泛地应用 .三轴压缩状态 (。≥0:在 - 0。 -

我国学者俞茂宏教授于 16年提出了双剪应 91 力屈服准则，9 5年以后系统地提出了双剪强度理 18

- ) 03和在三轴伸长状态 ( l=02 -3下， t o 3 - 0 1 -≥0 ) Ma u— 2 3 s k.aa破坏准则和摩尔一库仑破坏准则给出的破 aN ki

论，丰富和发展了金属、混凝土和岩土类材料的强度理论.对无黏性岩土类材料，双剪强度准则的数学表 达式为 F=r3 r+a 03+b l l+b l ( l 02 2 - - )+ t=0F≥ F 1,

坏强度预测值相重合； Ld—ucn但 aeD na破坏准则却 仅仅和摩尔一库仑破坏准则给出的这两种状态之一的破坏强度预测值相重合.

基于红砂岩真三轴的破坏强度试验资料，过通双剪强度、 t oaN ki Ld—ucn等破坏准 Mas k—aa和 aeD na u 则的预测值和实测的红砂岩强度破坏值 I、,内摩擦

F=r+6+a 03 0 )+ 2 l f 3 ( l+b西 o - - c L=0 F≤ FJ, () 1

式中 A和是材料的破坏常数，为折减系数，≤ b 0 b .; l、和 0 3主应力空间中的 3个主应≤1 0 0 l0 - - -是 3

角值及兀 平面上剪应力的比值等进行系统地相 互比较，来进一步检测这些值随第一应力张量不变 量，= 0 . 3-的变化趋势，期对这 3种常用的强度以 破坏准则有一个比较深入的认

识.

力，中：l=( l一03/ 0l其 r3 0 l - )2, 3=( l+03/; - 3 - - 0 l - )2 3 r2 0I— 2)2, l 0I l=( 1 0 2/ 02 - - -= ( 1 0 2/;r 3 -+ - ) 2 = 2 2

收稿日期： 06 1—5 20—0 2作者简介：杨雪强( 96 )男， 16一，教授，主要研究方向为岩土类材料的强度与变形的力学特性、基坑与边坡稳定及挡土结构土深 压力等.