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統(tǒng)一強(qiáng)度理論在土木水利工程中的應(yīng)用論文
摘 要：隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化智能手段的不斷進(jìn)步，關(guān)于土木水利工程項(xiàng)目中的統(tǒng)一強(qiáng)度理論的研究也越來(lái)越深入，本文將結(jié)合統(tǒng)一強(qiáng)度理論的概念以及力學(xué)模型展開(kāi)分析，進(jìn)而探索統(tǒng)一強(qiáng)度理論在各種土木水利工程項(xiàng)目當(dāng)中的具體應(yīng)用，希望可以進(jìn)一步了解我國(guó)統(tǒng)一強(qiáng)度理論的發(fā)展現(xiàn)狀，并且采用理論聯(lián)系實(shí)踐的方式，加深對(duì)統(tǒng)一強(qiáng)度理論的應(yīng)用理解。
關(guān)鍵詞：統(tǒng)一強(qiáng)度理論；土木水利工程；應(yīng)用。
前言：關(guān)于強(qiáng)度理論的研究，一直都是土木工程項(xiàng)目中各種材料結(jié)構(gòu)分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)，選擇不同的強(qiáng)度理論會(huì)造成不同的工程項(xiàng)目問(wèn)題，而統(tǒng)一強(qiáng)度理論的提出，將過(guò)去許多強(qiáng)度理論融合在了一起，進(jìn)而形成一種更為深刻、研究范圍更為廣泛，效用更加強(qiáng)大的強(qiáng)度理論體系，用更清晰的線性數(shù)學(xué)表達(dá)方式，展現(xiàn)出了結(jié)構(gòu)材料的特點(diǎn)。
一、統(tǒng)一強(qiáng)度理論的概念。
1991年，我國(guó)西安交通大學(xué)土木工程系著名教授俞茂宏同志創(chuàng)造性地提出統(tǒng)一強(qiáng)度理論公式，并且將它稱為廣義的雙剪強(qiáng)度理論，這種雙剪強(qiáng)度理論能夠重新服從Tresca屈服準(zhǔn)則，在統(tǒng)一強(qiáng)度理論當(dāng)中，他發(fā)現(xiàn)了外凸理論中的外邊界上限，同時(shí)和Mohr Coulomb強(qiáng)度理論一起劃定了外凸理論中的內(nèi)邊界也就是下限，而且從理論上來(lái)講，不會(huì)有任何外凸極限面能夠小于一般的單剪極限面，同理可知，所有的統(tǒng)一強(qiáng)度理論中的極限面也是外凸極限運(yùn)行軌跡的上限，不會(huì)有外凸極限面可以超過(guò)雙剪極限面的邊界。
二、統(tǒng)一強(qiáng)度理論的力學(xué)模型和極限面。
從俞茂宏老師所設(shè)計(jì)的雙剪單元體模型當(dāng)中可以得知，所謂的雙剪單元體應(yīng)該是一個(gè)非常完美的正交八面體，在八面體的八個(gè)面上都分別作用著相同的兩組主剪應(yīng)力以及相同的正應(yīng)力，同時(shí)和雙剪力學(xué)模型相配套的是兩個(gè)數(shù)學(xué)方程式組織下的數(shù)學(xué)建模模型。統(tǒng)一強(qiáng)度理論是一種新創(chuàng)立的理論，它的數(shù)學(xué)公式是最新的，在具體的力學(xué)模型建構(gòu)上和傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論并不相同，統(tǒng)一強(qiáng)度理論把復(fù)雜的作用應(yīng)力中的常變量轉(zhuǎn)化成為了主剪應(yīng)力，在三個(gè)主剪應(yīng)力當(dāng)中有兩個(gè)獨(dú)立量，其中最大的主剪應(yīng)力是另外兩個(gè)主剪應(yīng)力相加所得到的，應(yīng)用這種雙剪模型的思考方式，可以建構(gòu)出相同的單元體模型，也就是雙剪理論力學(xué)模型。而關(guān)于極限面的分析，主要會(huì)在具體的主應(yīng)力空間、π平面空間以及平面應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行思考，從線性理論基礎(chǔ)推導(dǎo)到非線性統(tǒng)一強(qiáng)度理論，在b值不同的狀態(tài)下，可以得到不同的極限面，極限面在和不同的π平面相交的邊界叫作極限線。
三、統(tǒng)一強(qiáng)度理論在土木水利工程中的具體應(yīng)用。
�。ㄒ唬┎牧辖Y(jié)構(gòu)解析。
在具體的土木水利工程當(dāng)中，統(tǒng)一強(qiáng)度理論被應(yīng)用在了土木材料結(jié)構(gòu)的解析當(dāng)中，自從俞茂宏老師的統(tǒng)一強(qiáng)度理論提出以后，關(guān)于巖石結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的解析開(kāi)始采用了雙剪強(qiáng)度理論以及統(tǒng)一強(qiáng)度理論針對(duì)巖石材料的抗拉抗壓強(qiáng)度進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，探討不同性質(zhì)材料的土木結(jié)構(gòu)極限，從而推算出一系列材料結(jié)構(gòu)像是地基、山體斜波、矩形板還有菱形板等材料的極限負(fù)荷，得出它們的解析解，并且針對(duì)同一強(qiáng)度理論在這些材料結(jié)構(gòu)的解析解以及結(jié)構(gòu)數(shù)值進(jìn)行了總結(jié)，提高了我國(guó)材料結(jié)構(gòu)解析水平，更好地探索出了土木結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度性質(zhì)，降低了結(jié)構(gòu)壓力。
�。ǘ┙Y(jié)構(gòu)數(shù)值分析。
統(tǒng)一強(qiáng)度理論在分析土木水利工程中結(jié)構(gòu)材料間的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系時(shí)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序當(dāng)中，雙剪強(qiáng)度理論自身具有奇異性，在對(duì)雙剪統(tǒng)一理論進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)一些專業(yè)的有限元程序，進(jìn)而將雙剪屈服準(zhǔn)則以及統(tǒng)一強(qiáng)度理論設(shè)計(jì)規(guī)劃到結(jié)構(gòu)數(shù)值分析的程序當(dāng)中，用來(lái)解決土木水利工程當(dāng)中塑性力學(xué)以及工程項(xiàng)目問(wèn)題，它是一組有序性變化著的線性方程，能夠適應(yīng)很多種結(jié)構(gòu)材料，因而可以進(jìn)一步對(duì)混凝土板進(jìn)行分析，超越了其他類型的破壞準(zhǔn)則。
（三）混凝土結(jié)構(gòu)。
應(yīng)用雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論對(duì)土木水利工程中的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)爆破時(shí)，可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中的鋼筋板節(jié)點(diǎn)采取沖切破壞的實(shí)驗(yàn)方式，來(lái)探究混凝土的沖切強(qiáng)度，運(yùn)用統(tǒng)一強(qiáng)度理論對(duì)混凝土板以及混凝土的扁殼采用塑性絞線理論的分析以及極限分析，在計(jì)算出混凝土結(jié)構(gòu)沖切強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步探索混凝土結(jié)構(gòu)中連接面的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。
（四）水利水電項(xiàng)目。
在很多具體的水利水電工程項(xiàng)目當(dāng)中，統(tǒng)一強(qiáng)度理論被設(shè)計(jì)成為非線性化的有限元程序，利用計(jì)算機(jī)電腦操作程序來(lái)對(duì)水利水電工程進(jìn)行項(xiàng)目分析，像是對(duì)水電拱壩強(qiáng)度裂縫的研究，探索拱壩非線性開(kāi)裂的過(guò)程，拱壩的作用應(yīng)力曲線，拱壩開(kāi)裂時(shí)的軌跡等，將雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論使用在我國(guó)黃河中上游地區(qū)的大型水利水電工程項(xiàng)目中生產(chǎn)廠房的巖石洞群分析中，研究黃河水電站周圍巖石材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性強(qiáng)度，能夠大大提高黃河水利水電工程的生產(chǎn)效益。
而在其他的海洋面結(jié)果，臨岸結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度探索中可以發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)一強(qiáng)度理論還可以被應(yīng)用在錐面型的冰面荷載研究當(dāng)中，拓寬了雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論的適用范圍，在對(duì)長(zhǎng)江三峽高邊坡工程項(xiàng)目分析中也取得了不錯(cuò)的研究進(jìn)展。
�。ㄎ澹┩聊玖W(xué)工程。
俞茂宏教授在1997年又進(jìn)一步對(duì)土木工程項(xiàng)目中的統(tǒng)一強(qiáng)度理論進(jìn)行了改進(jìn)，加強(qiáng)了對(duì)土木力學(xué)材料的應(yīng)變軟化研究以及彈塑性模型下的柱狀孔問(wèn)題計(jì)算研究，在土木力學(xué)工程項(xiàng)目中，他新提出了統(tǒng)一滑移線場(chǎng)的理論分析，這種理論能夠被應(yīng)用在很多材料的極限負(fù)荷研究當(dāng)中，在b≠0的情況下，不同結(jié)構(gòu)材料的極限荷載值并不相同，運(yùn)用雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論可以了解條形地基工程下的極限荷載值，進(jìn)而推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)材料之間的中間作用應(yīng)力。
（六）地下與礦山工程項(xiàng)目。
在對(duì)一些比較復(fù)雜類型的地下土木工程以及礦山土木工程項(xiàng)目進(jìn)行分析時(shí)，關(guān)于柱形孔擴(kuò)張的問(wèn)題是需要進(jìn)一步研究和分析的，在彈性孔擴(kuò)張時(shí)，它所受到的壓力會(huì)根據(jù)空間內(nèi)軸對(duì)稱的方式，沿著統(tǒng)一特征曲線中的結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度變化而變化，剪脹性和軟化程度固定的情況下，土木結(jié)構(gòu)材料間的作用強(qiáng)度b增大，那么塑性擴(kuò)孔的壓力也會(huì)隨之增大，由統(tǒng)一強(qiáng)度理論可知，在煤層隧道的底板強(qiáng)度分析時(shí)，和真實(shí)的情況是非常符合的，柱形孔擴(kuò)張所形成的壓力會(huì)造成一系列結(jié)果，進(jìn)而影響到土木礦山工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。
結(jié)論：綜上所述，關(guān)于統(tǒng)一強(qiáng)度理論的應(yīng)用研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和研究?jī)r(jià)值，在很多土木水利工程項(xiàng)目的實(shí)踐分析中，為了更好地保證材料結(jié)構(gòu)間的強(qiáng)度安全，讓土木結(jié)構(gòu)材料能夠發(fā)揮出更好的強(qiáng)度潛力，提高土木水利工程項(xiàng)目的質(zhì)量，運(yùn)用統(tǒng)一強(qiáng)度理論的美學(xué)元素來(lái)創(chuàng)造出更多符合現(xiàn)代人們需求的工程項(xiàng)目，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)各個(gè)地區(qū)各類型土木水利工程項(xiàng)目的快速發(fā)展，為社會(huì)創(chuàng)造出更多的生產(chǎn)價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
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