不同应变率下混凝土受压损伤试验研究

通过在大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室的大型静动态电液伺服试验系统上对普通混凝土受压试件在应变率为10-5/s～10-2/s范围内进行动态单轴直接抗压试验,分析了动态荷载下混凝土的抗压强度、弹性模量以及临界应变随应变率的变化规律,结果表明,混凝土的弹性模量随应变的增加而增加,混凝土的抗压强度和临界应变与应变率之间呈线性关系,并给出了抗压强度、临界应变受应变率影响的经验公式;以切线模量的退化来量度损伤,从损伤的角度分别在应力和应变空间分析了混凝土动态损伤槛值随应变率的变化规律和混凝土的动态损伤演化规律。研究表明,随着应变率的增大,混凝土损伤应力槛值增加,但损伤应力槛值与最大应力的比值变化不大,损伤应变槛值及其与临界应变的比值随着应变率的变化影响不大;在相同的应力比或应变比条件下,混凝土损伤值随着应变率的增加而减小。     

应变速率和应力水平对CA砂浆动态抗压性能的影响

为了研究应变速率和应力水平对中国铁路轨道系统(CRTS)Ⅰ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)动态抗压强度、弹性模量和临界应变的影响规律,对0%,30%,60%和90%应力水平下的CA砂浆试件进行了应变速率为1×10-5~1×10-2s-1的单轴压缩试验.结果表明:应变速率和应力水平对CA砂浆的动态抗压性能影响显著;随着应变速率的增加,CA砂浆的动态抗压强度显著提高;随着应力水平的增大,CA砂浆的动态抗压强度明显降低,最大降低幅度为6.78%;CA砂浆的弹性模量随着应变速率和应力水平的增加呈增大趋势;CA砂浆的临界应变随应变速率的增加而增大,但随应力水平的增大而减小,且应变速率对临界应变的影响大于应力水平对临界应变的影响.     

不同浸水历时水泥乳化沥青砂浆动态受压试验

水泥沥青(CA)砂浆试件历经0,7,14,30,60d水浸泡后,在电子万能试验机上进行了应变速率1×10-5~1×10-2s-1的动态压缩试验,研究了水浸泡历时与应变速率对CA砂浆抗压强度、弹性模量、峰值应变以及应力-应变全曲线等动态特性的影响.结果表明:水浸泡历时和加载应变速率对CA砂浆的力学性能影响明显;CA砂浆的抗压强度和弹性模量随应变速率的增大而增大;相同应变速率下,CA砂浆的抗压强度和弹性模量均随水浸泡历时的增加先减小后增大;CA砂浆的平均抗压强度最大降低幅度为46.31%,平均弹性模量最大降低幅度为44.91%;CA砂浆的峰值应变随应变速率与水浸泡历时的增加呈增大的趋势,且水浸泡对峰值应变的影响大于应变速率对峰值应变的影响.     

加载速率效应对生土材料单轴抗压特性的影响研究

通过对生土块材在不同加载速率下进行单轴抗压试验,研究了生土材料抗压强度,弹性模量以及峰值应变随加载速率的变化规律,结果表明:当加载速率处于1～3mm/min时,生土材料表现出相对稳定的抗压特性,其抗压强度与弹性模量均随加载速率的增加先增大后减小,峰值应变随加载速率的增加逐渐减小。以切线模量的变化来量度试块的损伤,分析了生土试块损伤的演化规律和临界损伤应力随加载速率的变化规律。研究表明:随加载速率的增加,试块临界损伤应力呈先增大后减小的趋势,在相同的应力比条件下,试块的损伤随加载速率的变化规律不明显。     

粗晶大理岩单轴压缩力学特性的静态加载速率效应及能量机制试验研究

 加载速率对岩石力学性质具有重要影响,影响的程度与岩石本身的微结构和加、卸载应力路径及状态等密切相关。基于静态加载速率范围内的9个不同等级应变率下粗晶大理岩单轴压缩试验,研究加载应变率对岩石的应力–应变曲线、破坏形态、强度、弹性模量及变形模量与应变能耗散及释放的影响规律,探讨岩石损伤演化的能量机制。根据总体积应变及裂纹体积应变与起裂及扩容应力的相关性,确定各应变率下岩石起裂及临界扩容应力。加载应变率大约以1×10－3 s－1为分界点,小于该值时应力–应变曲线峰值点附近仍存在一定的塑性屈服或流动段,超过该值后表现为“折线”型。随着加载应变率的增加,岩样破裂模式由张剪型逐渐过渡到张性劈裂甚至劈裂弹射。一般而言,起裂及临界扩容应力和峰值应力均随加载速率增大而增大,且起裂及临界扩容应力越接近峰值强度,但当应变率为1×10－4～1×10－3 s－1时,上述值均出现一个相对低值区间,这与粗晶大理岩的微结构特征相关。起裂应力、临界扩容应力、弹性模量及变形模量均与峰值强度线性相关。单轴压缩下峰前能量耗散量越多,强度越高,峰后可释放弹性应变能和释放速率越大,岩石的张性贯通破裂特性愈强,破裂块数越多。能量耗散使岩石损伤而强度丧失,而能量释放使岩石宏观破裂面贯通而整体破坏。     

氯盐环境下钢筋锈蚀损伤混凝土应力应变本构模型

采用加速腐蚀试验,对氯盐环境下钢筋锈蚀损伤混凝土棱柱体试件的破坏形态、应力-应变全曲线、峰值应力、峰值应变、极限应变及弹性模量进行了试验研究.结果 表明:钢筋锈蚀损伤混凝土试件的破坏多为微柱失稳破坏,大致平行于受力方向的锈胀裂缝是主要的破裂面;钢筋锈蚀损伤混凝土实测应力-应变全曲线与未锈蚀损伤混凝土相似,但是随着钢筋锈蚀率的增加,其应力-应变全曲线上升段的斜率逐渐减小,峰值应变增大;钢筋锈蚀率越大的试件,脆性越明显;钢筋锈蚀损伤混凝土试件的峰值应力均低于未锈蚀损伤试件,峰值应变、极限应变随钢筋锈蚀率增加而增大,弹性模量随钢筋锈蚀率增加而减小;建立了钢筋锈蚀损伤混凝土应力-应变本构模型,模型计算值与实测值吻合较好.     

酸雨环境下老旧砖砌体的抗压性能

为研究酸雨环境下老旧砌体抗压力学性能退化规律,实验室配置了PH值分别为1.5、2.5和3.5的3种硫酸和硝酸混合溶液来模拟酸雨环境,采用完全浸泡加速腐蚀的试验方法对砖、砂浆和砖柱进行不同程度的腐蚀,并测定其抗压强度。试验表明,随着腐蚀时间的增加,砂浆试块抗压强度先增大后降低;砖试块抗压强度随腐蚀时间的增加而降低;模拟酸雨溶液PH值越小,砂浆和砖试块抗压强度降低程度也愈大;砖柱极限承载力和弹性模量均随腐蚀时间的增加而降低,且模拟酸雨溶液PH值越小,降低程度愈大;随着腐蚀时间的增加,砖柱初始刚度逐渐减小,极限破坏位移增大;模拟酸雨溶液PH值越小,砖柱在达到峰值荷载时的变形值越小,脆性愈大;基于试验结果,建立了酸雨环境下砖柱应力应变曲线上升段统一数学表达式及酸雨侵蚀后普通烧结粘土砖砌体剩余抗压强度回归公式。     

再生混凝土的单轴压缩动态力学性能EI北大核心CSCD

利用再生粗骨料取代天然粗骨料制备再生混凝土,开展了单轴受压动态力学性能试验,研究了应变速率、再生骨料取代率对再生混凝土应力-应变曲线特征、弹性模量、抗压强度和峰值应变的影响.利用统计损伤模型分析了再生混凝土的细观损伤演化规律.结果表明:不同应变速率下再生混凝土的单轴压缩应力-应变全曲线具有相似性,随着应变速率的提高,其抗压强度、弹性模量呈增大趋势,峰值应变则逐渐减小;当取代率为100%时,再生混凝土表现出更显著的应变速率敏感特性;随着应变速率的提高,表征细观损伤非均质演化过程的特征参数呈现出明显规律性的变化,与微结构应变率效应机理、宏观非线性本构行为之间表现出良好的一致性.     

混凝土单轴动态受拉损伤试验研究

混凝土结构在使用过程中,都要遭受地震、爆炸、冲击等动态荷载作用,在动态荷载作用下,混凝土的动态特性及损伤特性将发生很大改变.通过在MTS试验机上对普通混凝土受拉试件在应变率10-5%～10-1/s范围内进行动态单轴直接拉伸试验,以切线模量的退化来量度损伤,从损伤的角度把混凝土受拉应力一应变上升段曲线分为3个阶段,即初始损伤未发展阶段、损伤稳定发展阶段、损伤不稳定阶段.研究表明,随着应变率的变化,损伤未发展阶段的最大应力水平也随之增加.同时分析了动态荷载下混凝土的抗拉强度、弹性模量、临界应变及泊松比的变化,结果表明混凝土的弹性模量和泊松比随着应变率的增加变化不大;混凝土的抗拉强度、临界应变与应变率之间呈线性关系,并给出了抗拉强度、临界应变受应变率影响的经验公式.     

经历荷载历史后的混凝土动态抗压试验

为了研究荷载历史对混凝土动态抗压特性的影响,应用MTS试验机对经历了30%极限抗压强度荷载历史后的C30混凝土试件进行了应变速率为1×10-5/s～1×10-2/s的单轴动态抗压试验。试验结果表明:经历荷载历史后,混凝土的动态抗压特性发生了一定程度的变化;与直接加载相比,经历荷载历史后的混凝土平均极限抗压强度、弹性模量降低了,峰值应变没有明显变化;抗压强度、弹性模量随着应变速率的增大而增大,峰值应变正好相反。     

中高应变率下花岗岩动力特性三轴试验研究

利用改进的霍普金森压杆对不同围压、不同应变率下的岩样进行了试验研究,分析了其在中高应变率下的冲击响应特征与破坏模式。基于试验结果发现在围压一定情况下,岩石的动态抗压强度和峰值应变随应变率的增大而增大,其中抗压强度随应变率呈对数增长;弹性模量对围压和应变率不敏感,且应变率越大岩石破碎现象越严重。其次,在应变率相近情况下,花岗岩的动态抗压强度随围压呈增大趋势,其破坏模式由低围压下的轴向劈裂转向高围压下的压剪破坏;高围压下花岗岩应力–应变曲线出现屈服平台,具有明显的脆—延性转化特征。最后,检验了莫尔–库仑准则和霍克–布朗准则的适用性,指出此花岗岩更符合莫尔–库仑准则,其动态强度增大主要由黏聚力的应变率效应引起。     

大岗山花岗岩动态力学特性的试验研究

以大岗山花岗岩为例,分别进行静力三轴和动力三轴试验,分析花岗岩的抗压强度、弹性模量、泊松比以及相应的极限应变等重要参数与应变速率的关系。试验结果表明:不同围压下,随应变速率的增加,花岗岩的侧向破坏应变随应变速率的增加几乎保持不变,并且绝大部分统计结果值在0.002～0.004范围内;轴向破坏应变的增加幅度不明显;抗压强度增加,试验现象明显;弹性模量的提高幅度随围压的增加有减小的趋势;不同围压下花岗岩的泊松比与应变速率没有明确的关系。基于大岗山花岗岩静力三轴测试全过程应力–应变曲线和损伤力学分析,发现脆性岩石在不同围压下均以侧向损伤为主,通过回归拟合分析,建立大岗山花岗岩静力三轴压缩条件下的损伤演化方程。进一步根据损伤理论建立岩石动力损伤与静力损伤之间的关系,考虑动态强度与初始弹性模量的率相关性建立经验型的岩石动力损伤本构模型,可以作为研究地震荷载作用下岩体结构中应力波传播和衰减规律的基础。     

冲击荷载作用下灰岩的能量耗散及损伤演化规律研究

利用改进后的直径50 mm的分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,对灰岩试件施加不同加载速率的冲击压缩试验,分析了试验中灰岩试件的能量耗散特征;通过基于Weibull分布的动态统计损伤理论并结合试验曲线分析了灰岩的损伤演化规律,并探讨了最大损伤变量与能量耗散密度的关系。研究结果表明:透射、吸收、反射能量受入射能量的影响显著,并且透射能的相关性最显著;能量耗散密度随应变率的增加而显著增加,呈现较好的线性正比关系,能量耗散密度为零时的临界应变率为62.56 s^-1;动态抗压强度与应变率呈指数函数关系;灰岩试件的能量吸收率随应变率的提高而显著减小。基于Weibull分布的动态损伤本构模型的计算曲线与试验曲线较为一致,损伤变量D随应变的增加而逐渐增加,在应力应变曲线峰值处,损伤变量D存在一个明显的拐点,损伤在此处开始急剧增大;灰岩的最大损伤变量D_max与能量耗散密度呈较强的对数函数关系,存在D_max为零时的临界能量耗散密度值。     

废旧橡胶微粒对环氧砂浆力学性能的影响

用废旧橡胶微粒等体积取代环氧砂浆中的砂子,研究橡胶微粒对环氧砂浆抗压强度、弹性模量、变形能力和破坏压缩能的影响。结果表明,随橡胶微粒取代量增加,环氧砂浆的破坏点应变和压缩能不断增大,而抗压强度和弹性模量先增加后降低。当橡胶微粒取代量为30%时,抗压强度和弹性模量达到最大值,分别比未取代环氧砂浆提高36.6%和11.2%。     

冻融损伤混凝土力学性能衰减规律

为研究冻融作用对混凝土力学性能的影响,采用快冻法将混凝土盐冻或水冻至不同损伤程度后,测其动弹性模量、抗折强度、抗压强度和劈裂抗拉强度.以动弹性模量为损伤变量,分析了冻融损伤与抗折、抗压强度之间的关系,采用回归分析的方法建立了抗折强度衰减方程.结果表明,混凝土抗压、抗折、劈裂抗拉强度以及动弹性模量均随冻融循环作用次数的增加而逐步降低;抗折、劈裂抗拉强度以及动弹性模量的衰减速率随冻融循环作用次数的增加而不断增大,但抗压强度的衰减速率则是先增大后减小;在冻融循环次数相同的情况下,含气量越高、水灰比越低,混凝土的强度损失越小,其力学性能损失的大小顺序依次为:抗折强度和劈裂抗拉强度、动弹性模量、抗压强度;冻融损伤与抗折强度的相关性较好,但与抗压强度的相关性较差,当冻融损伤小于40%时,混凝土的抗压强度一般不低于其初始强度的70%.     

影响混凝土断裂性能若干因素的试验研究

采用RILEM推荐的双参数：临界应力强度因子(KIC^S)和临界裂缝尖端张开位移(CTODC),同时还采用了特征长度lch研究了不同粗骨料粒径、不同硅灰掺量以及不同养护条件下这3个因素对混凝土断裂特性的影响。试验结果表明,粗骨料粒径增大,高强混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和临界应力强度因子增大,脆性减小;标准养护时间越长,高强混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度以及临界应力强度因子的值越大,混凝土的脆性越小;掺加硅灰提高了混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和临界应力强度因子,但却增大了混凝土的脆性。     

荷载历史后高强混凝土动态抗压试验

应用MTS试验机,在应变速率为10-5/s～10-2/s,对经历50%极限抗压强度荷载历史的C60混凝土试件进行的单轴动态抗压试验,研究荷载历史对高强混凝土动态抗压特性的影响。试验结果表明混凝土的动态抗压特性发生变化,动态抗压强度和弹性模量随应变速率的增大而增大,峰值应变则减小;与直接加载比较,荷载历史后的混凝土极限抗压强度随应变速率的增幅较大,平均极限抗压强度和弹性模量降低,峰值应变无明显变化。     

不同长度石灰岩动态压缩力学性质试验研究

为研究高应变率下岩石力学性质尺寸效应,采用?50 mm分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对直径50 mm,长度为15～100 mm的12种规格的石灰岩试件进行冲击加载试验。结果表明,石灰岩试件单轴动态抗压强度存在明显的尺寸效应,动态抗压强度随试件长度变化呈先增大后减小的趋势,在试件长度为60 mm时强度最大;长度为15～35 mm的试件应力–应变曲线的形态变化比较大,试件长度大于35 mm时随着试件长度的增大应力–应变曲线大致形态变化不大;随着试件长度的增大,试件的峰值应变呈减小趋势,试件的动态弹性模量呈先增大后减小的变化趋势在试件长度为60 mm时存在一个峰值;随着试件长度的增大破碎程度呈先减小后增大的变化趋势与强度存在相关性,强度越大试件破坏越弱。     

浮法玻璃应变率相关的动态本构关系

采用改进的SHPB(分离式Hopkinson压杆)技术测试了较高应变率范围内浮法玻璃的动态应力-应变曲线,探讨了其动态力学性能.结果表明:浮法玻璃为弹脆性材料,其动态应力-应变关系呈非线性特征.在较高的应变率范围内,浮法玻璃动态应力-应变关系与应变率相关,其弹性模量随应变率的增大而增大.基于损伤力学的基本理论,并根据SHPB测试结果,拟舍得到了浮法玻璃应变率相关的动态本构方程.     

三维动静加载下不同长径比煤样力学特性及能量耗散规律

为研究三维动静加载下不同长径比煤样力学特性及能量耗散规律,利用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对直径50 mm,长径比分别为0.5,0.6,0.8和1.0的4组圆柱体试样开展三维动静加载试验,从动态应力和动态应变等方面研究不同长径比煤样的力学特性,并对破碎后煤样进行能量分析。研究结果表明：当试样长径比在0.5～1.0范围内时,动态峰值应力和组合峰值应力均随应变率增大呈乘幂函数关系增长,长径比越大,试样的应变率敏感性越强;相同应变率下,动态峰值应力和组合峰值应力随试样长径比增加而增大,且应变率越大,二者长径比效应越显著。试样动态峰值应变和动态最大应变均随应变率增大呈线性关系增长,不同长径比试样动态峰值应变及动态最大应变的应变率敏感性相差不大,相同应变率下动态峰值应变随试样长径比增加而减小,动态最大应变受预加静载及试样允许的最大变形量双重因素影响,随长径比增加表现为先减小再增大。试样长径比越大,煤的破碎耗能密度越小,破碎程度越高,破坏模式由张拉破坏向剪切破坏转变。研究成果有利于探究动静载叠加作用下冲击失稳破坏机制,为冲击地压防治提供理论支持。