壓縮應力是指在壓縮試驗過程中，施加在試樣的壓縮負荷除以其原始橫截面積所得的值，單位為兆帕(MPa)。在測定材料的壓縮強度、壓縮破壞應力、壓縮屈服應力以及定應變壓縮應力等性能指標時，都會使用到這個物理量。
黃土隧道計算
提出了黃土隧道地基濕陷壓縮應力的解析計算方法。通過對隧道基底壓力的不同解答進行比較分析，探討了不同埋深隧道的基底壓力和自重應力的差異。利用隧道地基土豎向壓縮應力計算方法，對比分析了隧道地基土豎向壓縮應力和場地自重應力的差異，揭示了地基土豎向壓縮應力和場地自重應力比值隨深度的變化規律。與數值計算結果相比，解析計算方法確定的濕陷壓縮應力被認為是安全可靠的，為評估黃土隧道地基的濕陷性提供了重要的壓縮應力條件。
計算原理
隧道中心點下地基土豎向壓縮應力的計算基于基底下土層的自重應力和凈基底壓力引起的附加應力。對于濕陷性黃土地基，自重應力和附加應力共同構成豎向壓縮應力。條形基礎中心點下地基的應力分布圖顯示，σ代表自重應力，可通過單位面積上覆土柱的有效重力計算；σ代表上覆荷載引起的附加應力，可通過凈基底壓力作用下彈性地基的解答確定。隧道具有一定的埋深，上覆土對襯砌結構產生圍巖壓力作用。太沙基公式提供了解決方法。隧道拱頂的圍巖壓力通過襯砌結構傳遞至仰拱基底。因此，隧道地基的壓縮應力不僅包括基底面以下土柱的自重應力，還包括隧道基底壓力及隧道兩側基底面以上土層自重引起的豎向應力。隧道地基土的豎向壓縮應力分布包括基礎底面以下地基土自重應力的σ，以及由基底壓力和隧道兩側上覆土層荷載引起的附加應力σ。
豎向比較
選擇了天然密度、隧道埋深分別為10米和20米的斷面，計算了基底中心點以及拱腳下一定深度范圍內的應力分布。隧道基底下壓縮應力的解析計算方法采用了太沙基公式，與數值計算結果比較。結果顯示，隧道埋深10米時基底壓力為140千帕(kPa)，兩側覆蓋土層均布壓力為308 kPa；隧道埋深20米時基底壓力為226 kPa，兩側覆蓋土層均布壓力為448 kPa。
結果可靠性
由于缺乏現場地基壓力的實際測量數據，為了驗證提出的計算結果的可靠性，針對上述隧道，運用連續介質模型的數值解法進行了計算。將提出的解析法與基于連續介質的數值方法進行比較，得到的計算結果基本吻合，且隧道基底土層埋深越淺，計算結果越接近。對于深埋隧道拱腳下地層的豎向應力，解析法與數值方法得到的結果在淺層差異明顯，較深處趨于一致。定義由隧道基底下的豎向應力與場地原埋深的自重應力的比值為豎向應力系數，即k=σz /σzo。通過計算，發現豎向應力系數k與深度呈雙曲線關系。針對兩種埋深隧道，通過數值方法考慮襯砌結構與圍巖土體的相互作用，得到了地基中心豎向應力系數k隨深度的變化。結果比較，發現運用兩種計算方法得到的豎向應力系數k隨深度的變化規律一致。豎向應力系數k隨著深度的增加而增加；在基底下20米范圍內豎向應力比場地原有自重應力明顯減小；在基底下較深部位k值變化較小最終趨近于1。
相關理論
金屬蜂窩異面壓縮下平均壓縮應力的理論
為了研究蜂窩材料在靜態壓縮及沖擊加載下的異面壓縮力學行為，基于蜂窩材料的對稱性特點，以Y形蜂窩胞元為研究對象，根據能量守恒原理，將Y形蜂窩胞元所吸收的能量等效為塑性鉸轉動所需要的能量與Y形蜂窩胞元壁轉動所需要的能量之和。在此基礎上，分別采用Mises屈服準則和Tresca屈服準則推導蜂窩材料在靜態壓縮下的平均壓縮應力的理論模型?；贑owper-Symonds模型考慮應變率對Y形蜂窩胞元材料力學性能的影響，推導蜂窩材料動態平均壓縮應力的理論模型。
蜂窩材料
取一個褶皺單元進行分析，設其長度為2H，由能量守恒原理，外力作功等于這部分Y形蜂窩胞元所吸收的能量，它包括兩個部分：① Y形蜂窩胞元塑性鉸的轉動所需要的能量；② Y形蜂窩胞元壁轉動所需要的能量。伸張變形能主要發生在Y形蜂窩胞元的中間節點附近，很難直接準確地描述節點附近的伸張量，將一個正六邊形等效為圓來處理，設其等效圓半徑為R，進而采用金屬圓管軸向壓縮伸張能來計算。一個Y形胞元相當于1/2個六邊形胞元，面積元dA和應變率。蜂窩鋁Y形胞元伸張變形能中間節點處伸張大，原理中間處伸張小，整個邊的伸張量不一致，但是六邊形胞元六條邊伸張量總和平均值可以用薄壁圓一周伸張量來等效處理。每一個Y形胞元共屬于3個六邊形，每個六邊形鄰邊有6個Y形胞元，故相當于一個圓周內有兩個Y形胞元，也即一個Y形胞元伸張變形能相當于1/2個等周長的圓的伸張變形能。由于實際的蜂窩材料其d/l 的值通常不超過0.1，d/l∈[0.02，0.10]時3種關于蜂窩材料的平均壓縮應力曲線圖。當d/l≤0.03時，3種關于蜂窩材料平均壓縮應力的計算結果大致相等，而當d/l>0.03時，3種關于蜂窩材料平均壓縮應力的計算結果存在較大的偏差。
鋁蜂窩試驗
所有準靜態試驗均采用Instron5569標準電子萬能拉伸試驗機，并取穩態壓縮速度為5毫米/分鐘進行。商用鋁蜂窩均為蜂窩板，試驗所用試件采用線切割的加工方式得到。加工后試件的外圍會出現一些不完整胞元，為保證試驗具有較好的可重復性，同時考慮標準沖擊試驗機最大試件尺寸的限制，試件的外徑制成100毫米。試驗表明，切割出的試件的邊緣齊整，一致性較好，能滿足試驗要求。試驗用蜂窩胞元均為正六邊形結構的蜂窩試件，蜂窩材料均為3003H19，單個胞元均為正六邊形結構。給出了各種鋁蜂窩試件應力—應變曲線，給出了12種鋁蜂窩試件的靜態平均壓縮應力的試驗值，并利用所得到的蜂窩材料的靜態平均壓縮應力的計算公式，計算得到了理論值，為了便于比較，還給出了現有文獻中所給出的蜂窩材料靜態平均壓縮應力的計算公式其中 =3.898 ( / )， =3.628 ( / )， =6.6 ( / )。選取壓縮長度為38毫米，3003H19的屈服強度為140兆帕，計算其平均應力，并比較所推導的計算公式與現有文獻中的半經驗公式之間的計算結果。每一種計算模型的計算結果均已給出，為便于比較分析，還給出了理論值與試驗結果比較的偏差。理論值與試驗值之間的偏差 =[ ( )0 – ( )1 ]/( )0 ×100%，( )為鋁蜂窩試件靜態平均壓縮應力的試驗值，( ) 為利用所得到的靜態平均壓縮應力計算公式計算得到的理論值。
參考資料 >
壓縮應力.新浪科技.2024-10-23
自重應力.個人圖書館.2024-10-23
3003H19鋁箔用途.愛采購.2024-10-23