基于三维形貌和剪胀效应的软-硬节理抗剪强度模型

上、下盘抗压强度不一致的软-硬节理的抗剪强度难以准确获取，应用Barton模型等常用的岩石节理抗剪强度模型也不能准确表征这类特殊节理的抗剪强度。借助三维激光扫描和3D打印技术，浇筑了具有自然节理形貌上下盘抗压强度相同以及上下盘抗压强度不同的人工节理试样，并对其进行常法向应力下的剪切试验。分析了法向应力、三维形貌特征以及节理强度比对软-硬节理的抗剪强度和剪胀角的影响。试验结果表明:节理抗剪强度与法向应力、节理强度比和节理粗糙度呈正相关；剪胀角与法向应力呈负相关，与节理强度比和节理粗糙度呈正相关。通过研究剪胀角在剪切过程中随法向应力和节理强度比的演化规律，建立了含有三维形貌参数和节理强度比的岩石节理抗剪强度模型。通过与Barton模型的对比分析，验证了所提出模型的可靠性。采用该文模型计算云南某水电站库区内不稳定斜坡平硐内出现的软-硬节理的抗剪强度，计算结果和试验值较为接近，论证了该模型的适用性。     

岩石结构面粗糙面的分开模拟与光弹试验研究

根据分形曲线在聚碳酸脂板上人为地建立具有分形特征的不同粗糙度的结构面模型,通过对试样的单向压缩和压剪试验,在弹性理论的框架内,对试验数据进行了回归分析,应用光弹理论分析了结构面在受不同载荷作用下应力场分布、变化规律。结果表明：分形维数是反映结构面粗糙度恰当统计特征量,法向压力对不同粗糙度结构面上的抗剪强度有很大的影响。     

初始静剪应力下土与结构接触面静力特性研究

运用80t三维多功能土工试验机对粗粒土与结构接触面在一定初始静剪应力下的三维单调力学特性进行了试验研究。结果表明:接触面在不同剪切方向下均先剪缩后剪胀,剪胀主要在加载后期接触面接近和达到抗剪强度、切向位移较大时产生;接触面切向变形存在非共轴现象,切向位移增量方向随剪切的进行与切向应力逐渐靠近;切向位移间关系基本为直线,且其与初始静剪应力间的夹角和剪切方向角存在良好的数学关系;接触面抗剪强度包线基本为圆形,呈各向同性;剪切方向对接触面剪缩量、体变与切向位移关系、体变与切向应力关系及切向应力-应变关系有较大影响。     

基于三维扫描技术的土石混合体离散元模型参数反演及直剪模拟

利用三维扫描技术构建不同粒径的真实块石形状数据库,并建立不同含石量的土石混合体离散元随机模型.采用正交试验设计原理,分析试样宏细观参数间力学敏感性并建立两者的线性方程,结合物理试验对模型进行参数标定.对不同法向应力、不同含石量的土石混合体进行直剪模拟,结果表明:岩土体在剪切过程中,剪应力逐渐增大,变形先剪缩后剪胀;增加法向应力,试样抗剪强度提高,剪缩程度增大,但初始模量变化微弱;低含石量下剪力无明显峰值,应变硬化现象显著,变形以剪缩为主,随着含石量增加,初始模量及抗剪强度升高,高含石量下出现应力峰值,之后表现为应变软化,剪胀性突出.土石混合体增加法向应力或含石量,均会提高其初始配位数和力链强度,其中增加法向应力,配位数整体水平上升;在剪切过程中,低含石量下配位数呈递增趋势,高含石量下配位数逐渐减小,配位数不会持续增或减,当达到临界值时与试样体积一同趋于稳定;含石量越大剪切带越宽厚,剪切面周围速度及位移变化梯度较大,剪切中后期试样内出现逆时针涡旋速度场;动剪切盒内配位数较大,静剪切盒内配位数较小,剪切带处配位数波动幅度最大;岩土体中弱力链散乱稀疏,强力链分布集中,剪切时力链强度先增大后减小,逐渐发散变粗并沿对角线延伸,最终贯穿剪切区域.     

4D炭/炭复合材料试样尺寸对剪切性能的影响

以4D炭/炭复合材料为研究对象,对不同尺寸规格冲剪试样和三点短梁压剪试样进行了剪切性能测试,分析了试样尺寸对剪切性能的影响。研究表明,试样的尺寸规格对其剪切性能有着显著影响。对于冲剪试样,Φ50mm×4mm试样剪切强度测试值高于Φ50mm×6mm试样,Φ50mm×4mm试样呈韧性断裂特征;Φ50mm×6mm试样呈脆性断裂特征。对于三点短梁压剪试验,在所用的各尺寸规格试样中,40mm×6mm×6mm试样采用26mm跨距时,测试数据的离散性最小。     

4D炭/炭复合材料试样尺寸对剪切性能的影响

以4D炭/炭复合材料为研究对象,对不同尺寸规格冲剪试样和三点短梁压剪试样进行了剪切性能测试,分析了试样尺寸对剪切性能的影响。研究表明,试样的尺寸规格对其剪切性能有着显著影响。对于冲剪试样,Φ50mm×4mm试样剪切强度测试值高于Φ50mm×6mm试样,Φ50mm×4mm试样呈韧性断裂特征;Φ50mm×6mm试样呈脆性断裂特征。对于三点短梁压剪试验,在所用的各尺寸规格试样中,40mm×6mm×6mm试样采用26mm跨距时,测试数据的离散性最小。     

多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验一体机的分级和验证

岩体结构面抗剪强度尺寸效应变化规律的研究需要在专门的多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验机上进行,以获得稳定的抗剪强度力学参数。为保证测试数据的可靠性,在满足测试载荷范围为2～1000 kN时要求恒定荷载示值精度为1％。由于现有测试系统的技术限制,无法实现在同一台设备上进行全部荷载的试验。为此,首先在提出一种设备荷载分级方法的基础上开发了一种多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验一体机,在满足测试精度的要求下分3级尺度直剪仪进行直剪测试,每一级尺度直剪仪设置了荷载重叠区以保证测试数据的等效性。最后对该直剪试验一体机的精度和载荷范围进行了测试,通过了多尺度试样的测试要求。目前该多尺度岩体结构面抗剪直剪试验一体机为多尺度试样的测试研究提供了平台。     

船体开孔薄板面内剪切屈曲特性研究

船体板材不可避免地存在不同形式的开孔,开孔破坏了结构的连续性,对结构的强度、稳定性具有重要影响,因此研究船体板开孔结构的屈曲特性对保证船舶安全十分重要。在面内载荷作用下,通过画框型剪切夹具、3D全场变形测量-分析系统等对两种不同形式的船体开孔薄板进行剪切屈曲试验,获得了圆形开孔板和方形开孔板的临界屈曲载荷、全场位移/应变信息和拉力-伸长率曲线等;考虑试验夹具的影响,基于Abaqus对不同形式的开孔板进行数值仿真,通过对开孔板进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,获得了两种不同形式船用开孔薄板的屈曲、后屈曲力学响应信息。通过数值仿真与试验结果的对比研究,验证了数值仿真方法的有效性、准确性。在此基础上,重点剖析载荷-伸长率关系、典型时刻板面全场位移、临界屈曲载荷以及开孔边缘的应力分布响应特征,明确了面积等效情况下圆孔和倒圆角方孔对方形薄板剪切稳定性的影响。为船用薄板面内剪切稳定性的试验和仿真研究以及大型船体结构的设计优化、力学性能评估等提供有益参考。     

基于三维能量屈服准则的新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度统一计算方法

已有新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度的计算方法分为考虑正应力和不考虑正应力2类,两类方法不仅存在理论依据不充分的问题,而且计算精度也有待提高,能够考虑正应力以及正应力为0的统一计算公式还未见报道。根据剪切试验破坏特征、机理,分析新老混凝土无锚筋结合面破坏机构,基于三维能量屈服准则、虚功原理和塑性极限分析理论,详细推导新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度理论计算公式。引入考虑正应力和粗糙度的综合影响系数,基于已有剪切试验数据并借助三维曲线拟合技术对理论公式进行修正,得到新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度统一计算公式。采用不同方法对27个新老混凝土无锚筋结合面压(拉)剪复合受力试验试件以及30个新老混凝土无锚筋结合面纯剪试验试件进行抗剪强度计算,对比分析结果表明:统一计算方法理论依据充分、计算简便,既可用于压(拉)剪复合受力构件,也可应用于纯剪受力构件;对于压(拉)剪复合受力试验试件,该文方法计算值与试验值的偏差率大都在±15%以内,统一计算公式的计算精度高于已有考虑正应力的计算方法;对于纯剪试验试件,该文方法计算值的偏差率大都在±20%以内,除计算低强度混凝土试件偏差率较大之外,统一计算公式的计算精度明显高于已有不考虑正应力的计算方法。     

浅析土工试验中的抗剪强度

通过对土工试验中直接剪切试验与三轴压缩试验所测得的抗剪强度进行对比与分析,指出三轴压缩试验结果更接近土的实际理论值,为地质人员使用抗剪强度指标提供了依据,从而对工程不同的要求提出不同的试验方法。     

Experimental observation of fracture patterns in layered slate

The layered structure of slate rock induces strength anisotropy. The strength in the direction of the layers (schistosity) is considerably smaller than in any other direction. A series of loading tests on circular samples and another series of loading tests on rectangular samples are performed to examine fracture patterns in slate. The tests are monitored by visual recordings and by recording acoustic emission. The processing of this data results in localization. This allows identification and analysis of the occurrence and propagation of the individual fractures. It is shown that the strength anisotropy on μ-scale is the key factor behind the strength anisotropy on sample scale, as well as behind the deformation behaviour of the sample. In addition, it is observed that a small variability in the layer direction can affect the fracture pattern considerably.     

内置角钢改进夹心节点抗震性能研究与抗剪承载力计算

梁柱采用不同强度混凝土的节点核心区通常采用同柱等强的高强度混凝土浇筑（传统节点）,而采用同梁等强的低强度混凝土浇筑（夹心节点）可简化施工过程,但同时降低了节点的抗震性能。为研究内置角钢改进夹心节点的可行性,通过一个空间夹心节点和一个内置角钢空间夹心节点试件进行双向等幅低周往复试验研究,对比分析了破坏模式、延性、耗能、刚度、应变和抗剪承载力等方面的差异。结果表明:采取改进和不采取改进措施节点破坏模式均以梁端屈服后的节点破坏为主,但采取改进措施的试件延性和抗剪承载力明显提高,耗能能力、刚度退化和变形能力有一定改善,表明改进措施改善了节点的抗震性能。最后在此基础上,给出了与该文和其他文献试验结果吻合较好的采取或者不采取改进措施夹心节点抗剪承载力计算公式。     

钢骨高强混凝土边节点抗震性能试验研究

进行了5个低周期反复荷载下钢骨高强混凝土柱与钢筋高强混凝土梁边节点试验,分析了其破坏模式与受力性能,明确该类节点的滞回曲线特征,得到其延性系数和等效粘滞阻尼比系数,该类节点延性系数、等效阻尼比系数比钢筋高强混凝土节点大,与钢骨普通混凝土节点比较接近。通过试验,分析了钢骨、高强混凝土及箍筋等对节点的抗剪承载力的影响,建立了该类节点的抗剪承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

层状岩石细观构造表征及劈拉受载各向异性行为研究

层状岩石结构内部矿物之间的定向排列与胶结作用形成不同构造方向的细观结构,使岩石变形破裂及其力学性能存在明显的各向异性。该文以板岩为研究对象,通过构建空间相关函数,建立可表征不同片理方向的岩石细观颗粒离散元模型。基于细观力学参数反演,针对不同片理角度（θ）的巴西劈裂试验开展数值仿真分析,对板岩的各向异性行为进行了研究。结果表明,由于岩石受内部片理构造的影响,在劈拉荷载作用下,呈现三种破坏模式,当θ ≤ 30°时主要发生矿物颗粒之间的拉伸破坏,当θ=45°~75°时为剪切与拉伸共同作用产生的破坏,当θ >75°时为沿着片理面的拉伸破坏;岩样破坏所耗能量及劈拉强度随片理角度的增大而逐渐降低。该文提出的方法能较好地模拟层状岩石的各向异性力学特征及变形破裂规律,与试验结果表现出良好的一致性。     

预制节段UHPC梁接缝抗剪性能的有限元模拟

该文采用有限元软件ABAQUS对预制节段超高性能混凝土(UHPC)梁剪力键接缝的抗剪性能进行了三维精细有限元模拟。模型中同时考虑了材料非线性、几何非线性以及UHPC材料的塑性损伤,模拟得到的荷载-滑移曲线和破坏模态等均与试验结果吻合良好。采用经过验证的有限元模型对剪力键接缝的抗剪性能进行了数值参数分析,结果表明：接缝的抗剪承载力及其对应的滑移随着所施加的侧向应力或UHPC强度的增大而增大,但UHPC抗压强度对抗剪承载力的影响大于UHPC抗拉强度,而且UHPC的抗拉压强度之间无固定的相关规律,因此对于UHPC接缝抗剪承载力的计算应分别考虑抗拉强度与抗压强度的影响;由于剪应力分布的不均匀性,抗剪承载力的计算还应考虑多键块的强度折减效应。此外,对剪力键接缝构造的参数分析结果表明：当键块的宽度和总高度相同时,接缝抗剪承载力随着键块相对高度的减小而增大,但当键块相对高度小于1/2时,接缝的抗剪承载力基本保持不变;当键块总面积以及键块数量相同时,多个键块之间的协同工作能力随键块竖向间距的增大而变强;键块深度对接缝抗剪承载力的影响不大。与目前被广泛采用的普通混凝土接缝抗剪承载力的计算公式对比,有限元...     

局部采用纤维增强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为了提高梁柱节点受剪承载力、变形能力及耗能能力,同时避免节点钢筋拥挤而导致的施工困难,采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土作为节点核心区基体材料,考虑轴压比和节点核心区配箍率的影响,进行了7个FRC梁柱节点和1个钢筋混凝土(RC)梁柱节点对比试件的拟静力试验,分析其破坏形态、承载力、变形能力、耗能能力、节点核心区剪应力-剪应变曲线和梁端塑性铰区弯矩-转角曲线。结果表明,在节点核心区主斜裂缝出现前,试件已具有很高的受剪承载力和变形能力;当轴压比试验值为0.07~0.28时,随着轴压比增大,FRC试件的受剪承载力、侧向变形能力、耗能能力及节点核心区的剪切强度和剪切变形能力增加;增加节点核心区配箍率,承载力退化有所减缓;FRC试件梁端塑性铰转动能力有较大提高。     

管节点承载力的非线性有限元分析

本文提出了运用四边形等参壳元构造管节点有限元模型,用自动步长增量法来计算管节点的极限承载力：在ＡＤＩＮＡ程序的基础上开发了前处理和后处理程序,使管节点（包括空间管节点）的有限元分析的成本大大降低;平面管节点的算例表明本文方法与实验结果相吻合,在此基础上本文提出并计算了圆管与矩形管管节点。     

节点区柱钢管非连续式方钢管混凝土柱-梁节点受剪性能研究

为研究节点区柱钢管非连续式钢管混凝土柱-梁节点的受剪性能,对5个柱-梁中节点试件进行低周反复荷载试验。对节点的破坏形态和骨架曲线进行分析,结果表明随着节点面积增大系数(节点面积/柱面积)和相对配筋系数(节点体积配筋率/梁配筋率)的增大,节点的受剪承载力和延性逐渐改善。基于修正斜压场(MCFT)的基本理论,并对节点的受力边界进行简化,建立该节点在剪、压复合作用下的抗剪承载力计算方法;采用该文的简化方法计算得到的节点峰值剪应力与试验结果进行对比,二者吻合良好。     

A new method for producing bimetallic rods

In this research, a new method for producing bimetallic rods is introduced. The method is a new application of equal channel angular extrusion (ECAE) process. Advantages of using this method can be expressed as; good dimensional control on both the core and clad layer, possibility of performing the process in more than one pass which can result in larger bonding strength, and the possibility of performing the process in different temperatures which is critical for producing most of the bimetallic joints as well as aluminum–copper joint. The shear strength obtained using this method is compared with the same final product produced by general extrusion process. While the shear strength after the first pass of ECAE is almost equal to the sample produced by general extrusion process, using two passes of ECAE result in a 12.5% increase in the shear strength of the joint.