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)度理論會造成不同的工程項(xiàng)目問題，而統(tǒng)一強(qiáng)度理論的提出，將過去許多強(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，而且從理論上來講，不會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，不會有外凸極限面可以超過雙剪極限面的邊界。
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。
（一）材料結(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)度的解析開始采用了雙剪強(qiáng)度理論以及統(tǒng)一強(qiáng)度理論針對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，在對雙剪統(tǒng)一理論進(jìn)行應(yīng)用的過程中，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，用來解決土木水利工程當(dāng)中塑性力學(xué)以及工程項(xiàng)目問題，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，來探究混凝土的沖切強(qiáng)度，運(yùn)用統(tǒng)一強(qiáng)度理論對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)電腦操作程序來對水利水電工程進(jìn)行項(xiàng)目分析，像是對水電拱壩強(qiáng)度裂縫的研究，探索拱壩非線性開裂的過程，拱壩的作用應(yīng)力曲線，拱壩開裂時(shí)的軌跡等，將雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論使用在我國黃河中上游地區(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，在對長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。
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俞茂宏教授在1997年又進(jìn)一步對土木工程項(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)，它所受到的壓力會根據(jù)空間內(nèi)軸對稱的方式，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)意義和研究價(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，為社會創(chuàng)造出更多的生產(chǎn)價(jià)值。
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