滑移線場

滑移線場

滑移線上任一點的切線方向即為該點的最大切應力方向。將P點沿第一剪下方向所得的滑移線稱為線,沿第二剪下方向所得的滑移線稱為線。由於過塑性區內任一點均可引出兩條相互正交的滑移線,從而可構成滑移線網路,它們布滿於塑性區,形成滑移線場。

經典的滑移線場理論是面對與塑性狀態下的土體而言的,當土體處於彈性狀態的時候,經典的滑移線場理論就不適用了。

基本介紹

  • 中文名:滑移線場
  • 外文名:slip line field
  • 對象:均質
  • 本質:剪下構造網路
  • 學科:數理科學
  • 類型:力學術語
定義,滑移線與滑移線場,經典滑移線場理論,滑移線的概念,應力方程的特徵解法,潛在的滑移線場理論,

定義

當方形壓頭載入於均質、各向同性塑性材料(土壤)時,最大剪應力軌跡在材料中的空間分布稱為滑移線場(slip line field)。滑移線場實際上就是一個剪下構造網路。達包尼埃(P.Tapponnier,1975年)和莫納(P.Molnar,1976年)用Prandtl模型中的滑移線場說明中亞大型走滑斷層系的形成和分布。

滑移線與滑移線場

變形體處於塑性平面應變狀態時,在塑性流動平面上(塑性區)各點的應力狀態均滿足屈服準則,而且過任一點P都存在兩個相互正交的第一、第二剪下方向。一般來說,這兩個方向將隨P點的位置而變化。當屍點的位置沿最大切應力方向連續變化時,則得兩條相互正交的最大切應力方向的軌跡線,即稱為滑移線。滑移線上任一點的切線方向即為該點的最大切應力方向。將P點沿第一剪下方向所得的滑移線稱為線,沿第二剪下方向所得的滑移線稱為線。由於過塑性區內任一點均可引出兩條相互正交的滑移線,從而可構成滑移線網路,它們布滿於塑性區,形成滑移線場,如圖。
滑移線場

經典滑移線場理論

滑移線的概念

土體內任意一點都存在有兩個方向的主應力,並且這兩個主應力的方向是相互垂直的。將每個點的相鄰兩個主應力用線段連線起來,便可以得到分布於整個土質邊坡內部的兩簇相互正交的曲線,所得到的曲線即是主應力跡線,如下圖中所示的1-1和2-2。當土體處於塑性狀態的時候,每一點的土體都存在著兩條剪下破壞面,將每點的剪下破壞面用線段連線起來所得到的曲線即是滑移線,滑移線分布於整個塑性區。
滑移線場
經典滑移線場即是土體的剪下破壞面,且隨著應力場的變化而變化。

應力方程的特徵解法

經典滑移線場是建立在M-C屈服準則的基礎之上的,其基本計算方程可表達為下列三個方程式:
式中:
一一土體的容重,kN/m3;
c一一土體的黏聚力,kPa;
一一土體的內摩擦角,度。
上面的三個方程恰好有三個未知量,其未知量為應力分量
。經典滑移線場理論的應力基本方程即是上面的三個方程。

潛在的滑移線場理論

經典的滑移線場理論是面對與塑性狀態下的土體而言的,當土體處於彈性狀態的時候,經典的滑移線場理論就不適用了。然而,在土質邊坡中某點土體達到極限狀態而發生剪下破壞的時候,其他地方的土體仍有不少是處於彈性狀態下的,並且滑移線是分布於整個邊坡範圍內的,難免會經過彈性區,這就造成了經典滑移線場理論無法突破的關鍵點。在實際計算的過程中,為了獲得分布於整個坡體範圍內的最危險滑動面,我們有必要將經典滑移線場理論做進一步的理論延伸,使其不僅能套用於塑性區,也可以套用於彈性區。即在此引入潛在滑移線場的概念。邱金偉朱以文等中給出的潛在滑移線的定義,土質邊坡中的每一點的土體都存在有兩個相互正交的最危險的滑動面(這裡的最危險滑動面不一定是土體處於剪下破壞時的臨界狀態),將每點的最危險滑動面連線起來所得到的兩簇曲線即稱為潛在滑移線。
運用動力有限元方法可得到所有結點的應力,通過上述方法可計算得到每一結點的滑移線方向,沿著起點的滑移線方向往坡體後方追蹤,相交於下一條垂直於X軸直線,如果交點恰好在結點上,則順著該結點滑移線方向繼續追蹤,如果交點不在結點上,這個時候則需通過插值法來計算獲得該點的滑移線方向,即利用相鄰豎向的兩結點的滑移線的方向進行線性插值得到該點的滑移線方向。然後沿著線性插值所得到的滑移線方向繼續往前追蹤,直至達到坡面為止。然後再沿著起點滑移線的方向進行反向追蹤,最終可以得到另一側的滑移線,兩條滑移線即構成了一條完整的滑移線。選取不同的起點,便可以搜尋得到不同的滑移線,當所選的點布滿一條由坡面到坡底的直線時,便可獲得布滿整個坡體的滑移線,最終所有的滑移線構成了滑移線場。起點一般不選在邊界上。

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