断裂力学逆问题及应力法剪切的几个问题

讨论了一个与应力法剪切有关的断裂力学逆问题，基于这个逆问题，分析了应力法剪切的裂纹扩展方向以及轴向间隙和裂纹扩展方向的关系；进而提出了规则剪断定律和应力法剪切的预加载荷方式。     

法向压缩载荷对Ⅱ型裂纹扩展的影响规律研究

为得到法向压缩载荷对剪切型(Ⅱ型)裂纹开裂角和极限应力强度因子的影响规律,采用含单边裂纹的砂岩试件,在岩石剪切试验系统上对其进行剪切断裂试验研究,通过破坏时的最大剪切载荷计算出Ⅱ型极限应力强度因子,并拟合其与法向压缩载荷之间的关系;最后运用ABAQUS模拟验证本文试验结果。结果表明:法向压缩载荷对裂纹的起裂及扩展起到抑制作用,随着裂纹法向压缩载荷的增大,裂纹起裂角逐渐减小;随着法向压缩载荷增大,岩石Ⅱ型裂纹极限应力强度因子增大。     

应力法剪切断口附近区域的细观分析

借助于扫描电镜对轴的应力法剪切断口的剖面试样进行了观察，观察结果表明：应力法剪切下料的剪切塑变区类似平盘形，且断口的轴向塑变深度很小，仅为０．１ｍｍ量级。这对提高下料精度和材料利用率均具有现实意义。     

平面应变含缺陷岩样变形破坏全过程数值模拟

采用拉格朗日元法(FLAC)研究了左边界有缺陷的压缩岩样剪切带的启动及演变规律，峰后本构关系采用线性应变软化模型．计算结果表明，在应力一时步曲线峰值之前，剪切带首先出现在缺陷附近，直到贯通试样右边界；在剪切带传播过程中，塑性区沿切向及法线向外扩展；剪切带内部单元的剪切应变率一时步曲线经历了稳定、线性上升和非线性上升3个阶段．然而，剪切应变增量随时步持续增加．剪切带倾角接近于Arthur倾角，表明数值计算结果是可信的。     

法向压缩载荷对II型裂纹扩展的影响规律研究

压剪共同作用下裂纹是地下岩体中广泛存在的,为了研究法向压缩载荷对剪切型即II型裂纹扩展的影响规律,利用砂岩制作了单边裂纹试件,通过岩石剪切实验系统对不同法向压缩载荷作用下的裂纹进行了剪切实验研究,结果表明法向压缩载荷对裂纹的起裂及扩展起到抑制作用,随着裂纹法线压缩载荷的增大,裂纹起裂角逐渐减小;同时,得出法向压缩载荷与II型裂纹极限应力强度因子之间的关系,随着法向压缩载荷增大,岩石II型裂纹极限应力强度因子也随之增大。运用ABAQUS模拟软件,对不同压缩载荷作用下压剪裂纹的扩展进行模拟研究,得出了裂纹尖端II型应力强度因子随压缩载荷的变化规律。     

无切口应力法剪切的实验研究

提出了无切口应力法剪切模型,并在大量实验的基础上,从剪切断面质量,剪切力能和断口的细观分析等方面对无切口应力法剪切进行了深入探讨,证明了无切口应力法剪切在工程应用上的可行性与广泛性。     

黏土的高压三轴剪切特性研究

低应力作用下与高应力作用下土的力学特性存在较大差异．为了了解高应力下黏土的三轴剪切特性,指导深部地下工程建设,本文运用SKA～1型高压K0固结仪,对高应力下重塑黏土的K0固结不排水、各向等压固结不排水剪切特性进行研究,探讨了不同固结方式下诸如K0值、轴向应变、平均主应力、主应力差等变化规律,结果表明：高应力条件下各向等压固结三轴剪切试验破坏主应力差明显大于K0固结所得的相应值;两种应力路径下黏土的应力-应变关系曲线与低应力条件下三轴剪切试验具有相似的数学模型．     

接触面等应力增量比路径单剪试验及模型研究

为研究等应力增量比路径下土与结构接触面力学特性,进行高塑性粘土与混凝土接触面等应力增量比路径单剪试验,获得不同应力路径下应力应变关系曲线。试验结果表明,高塑性粘土能够较好地适应大变形,接触面剪应力与切向应变关系呈剪切硬化型曲线,法向剪胀不明显;接触面剪切强度与应力路径无关,应力应变关系与应力路径密切相关;初始法向应力一定,应力增量比越小,剪应力增长越快,对应的破坏剪应力也越高;无剪胀发生情况下,法向应变与法向应力关系曲线与单向压缩试验具有一致性;应力比与切向应变呈良好的双曲线关系。在试验研究的基础上,基于广义位势理论,将土与结构接触面问题看着应力空间上的二维数学问题,采用塑性状态方程代替传统的屈服面,建立了双重势面接触面弹塑性模型。模型能够反映应力路径、初始法向应力对接触面力学特性的影响,具有一般性,参数能够通过试验完全确定,可以方便地应用于有限元分析,具有一定的应用推广价值。     

深孔钢闸门组合截面主梁应力计算方法

为了解决以往深孔钢闸门主梁弯曲正应力沿用细长梁理论其计算结果偏于危险,而有限元法计算工作量大且复杂的问题,因此,基于弹性理论,推导出了均布荷载作用下工字型截面梁纵向纤维挤压应力计算公式,以及考虑纵向纤维挤压和剪切翘曲影响的弯曲正应力计算公式,并提出了组合截面薄壁深梁的判定准则,并以有限元数值模拟结果为准对各种弯曲正应力解析计算方法进行了评价.结果表明:已有解析法误差较大,不能准确揭示组合截面薄壁深梁弯曲正应力的变化规律;而所提方法考虑了剪切翘曲及层间挤压的双向应力状态影响,计算结果精度较高且适用范围更广.     

正融土-混凝土接触面力学性质分析

为研究正融土-混凝土接触面力学性质,采用应变式直剪仪分别开展了3种含水率条件下冻结和常温环境粉质黏土-混凝土接触面直剪试验。分析了不同含水率、常温和冻结环境、不同法向荷载作用下粉质黏土-混凝土界面力学性质。结果表明:剪应力-位移曲线呈现明显的四阶段分布;影响其界面性质的因素为冻结情况、土壤含水率、法向压力;常温土-混凝土的剪切曲线呈弹塑性变形,没有明显峰值,正融土-混凝土接触面的剪切过程存在明显峰值。正融土-混凝土界面剪切强度始终小于正融土剪切强度;剪切过程的平稳阶段黏聚力和内摩擦角相比其他阶段偏小。     

应力法剪切的实验分析

在裂纹技术理论和实践的基础上，从实验的角度，分析了应力法剪切的切口参数和长径比对剪切断面质量的影响规律，从宏观和细观两个方面探讨了周边切口的导向作用。     

节理试件峰后剪切变形特性研究

在岩体节理面剪切变形过程中,节理面强度应力发生弱化现象是比较常见的。通过人工浇注混凝土节理试样直接剪切试验结果,分析了节理峰值后弱化变形特性的原因。对峰值应力和残余应力进行相关拟合,得出其节理面弱化后的残余强度值基本符合Mohr-Coulomb准则。探讨采用非线性关系曲线函数来表达节理面剪切位移弱化阶段曲线过程,得出了应力软化阶段界面计算表达式,将预测结果与直剪试验结果对比初步验证了模型的拟合能力。并进一步分析峰后弱化剪胀变形机制现象的原因以及和节理面法向变形的内在演化规律,试验结果表明剪胀角随节理面切向变形的增加而逐渐减小。     

钢管剪切弹塑性有限元分析

本文用弹塑性有限元素法计算并分析了钢管在三种情况下的剪切过程中应力场的变化，分析了应力状态对切口质量的影响，得到了试验的验证。为探索钢管无屑剪切新工艺提供了理论依据。     

坝区辉绿岩体的长期剪切流变强度分析研究

岩体长期剪切流变强度是进行岩体工程长期运行稳定分析的重要基础。以大岗山水电站坝区辉绿岩现场剪切流变试验数据为基础,分别采用等时应力-应变曲线法、非稳定蠕变判别法和稳态蠕变速率法计算获得坝区辉绿岩的长期剪切流变强度,并进行了对比分析。采用等时应力-应变曲线法分析坝区辉绿岩的长期剪切流变强度较为科学合理。与岩体瞬时抗剪强度相比,长期剪切流变强度因裂隙损伤扩展有所降低,坝区岩体长期剪切流变的内摩擦角衰减了30.7%,长期剪切流变的粘聚力衰减了22.6%。     

坝区辉绿岩体的长期剪切流变强度分析研究

岩体长期剪切流变强度是进行岩体工程长期运行稳定分析的重要基础。以大岗山水电站坝区辉绿岩现场剪切流变试验数据为基础,分别采用等时应力-应变曲线法、非稳定蠕变判别法和稳态蠕变速率法计算获得坝区辉绿岩的长期剪切流变强度,并进行了对比分析。采用等时应力-应变曲线法分析坝区辉绿岩的长期剪切流变强度较为科学合理。与岩体瞬时抗剪强度相比,长期剪切流变强度因裂隙损伤扩展有所降低,坝区岩体长期剪切流变的内摩擦角衰减了30.7%,长期剪切流变的粘聚力衰减了22.6%。     

采动影响下断层滑移失稳的动力学分析及数值模拟

为研究开采扰动下断层滑移失稳诱发冲击矿压的致灾条件,基于"砌体梁"理论分析了开采过程中断层围岩系统的受力状态和力学响应.首先推导了断层面正应力、剪应力的计算公式,进而得到断层滑移失稳与覆岩"关键层"的破断和采场的推进的关系;利用数值模拟计算比较了不同开采影响因素下的断层面位移场、应力场、速度场和能量场的响应规律.结果表明:断层滑移对采动影响具有不同的敏感性,断层带上剪切位移和应力分布受断层摩擦角、采深、断层位置和回采方式等影响较大;而受断层力学性质(诸如法向刚度、切向刚度等)影响较小.受采动覆岩演化高度影响,断层带上不同位置处的应力路径变化较大,临近断层处易出现滑移.最大滑移速度和震源参数与最大剪切位移呈正相关关系.     

岩石节理面剪切流变的试验研究

通过对龙滩水电站岩石节理样本进行快剪和剪切流变试验的比较研究，分析了节理面流变对剪切强度的影响及剪切蠕变机理，确定了节理面的长期抗剪强度，并从岩石理论模型出发，对试验数据进行了回归分析，建立了不同正应力作用下的剪切蠕变经验公式，以便于了解岩石材料在给定条件下的蠕变特性。     

环向约束条件下破裂岩体力学特性试验研究

深部地下工程围岩多为破裂岩体，与支护结构间存在相互作用，破裂岩体的力学性能对工程稳定起着极其重要作用．采用环向约束试验方法研究破裂岩体的承载和变形特性．结果表明：破裂岩体的轴向应力-应变曲线是-分段连续曲线，峰谷后表现出等效弹塑性特性，随环向约束力的逐步提高，破裂岩体轴向应力呈现应力强化趋势，可达到并稳定在一个较高的应力状态，而环向约束应力则随侧向应变的增加呈线性增加，直至屈服．因此，环向约束条件下破裂岩体的力学特性明显不同于岩石三轴试验残余段的剪切滑移特性，反映了破裂岩体在有效环向约束条件下具有良好的结构效应．     

岩体结构面直剪实验的剪切面积误差分析

基于实验所得数据及合理假设,采用了最小二乘法数学理论,研究了应力与强度参数的变化规律．结果表明：随着剪切面积的减小,使得每块岩样的正应力与剪应力同比例增大,对强度参数产生影响;在硬岩结构面直剪实验中,剪切面积的改变量与剪切位移呈线性关系,并且相同剪切位移条件下,低竖直压力的面积改变量大于高竖直压力的面积改变量;剪切面积的减小,对凝聚力的影响大于对内摩擦角的影响,内摩擦角基本保持不变．通过实例进行验证,内摩擦角相对误差为O．729／6,而凝聚力相对误差为4．14％．     

应力路径对重塑粘土本构关系影响的试验研究

为探讨应力路径对重塑粘土本构关系的影响,进行了增、等、减排水和常规三轴压缩不排水应力路径下的三轴压缩试验,获得了四种应力路径下重塑粘土的应力应变关系,采用数值建模方法通过可视化分别给出了四种应力路径下整个应力场中的剪切和体积三维变形曲面,并给出了四种应力路径下的剪切和体积屈服轨迹。对比这四种应力路径下的变形结果发现,无论在应力范围、应变峰值、应变曲面的形状和体积屈服轨迹的变化趋势上都存在显著差别,然而剪切屈服轨迹相似。这些结果证实了应力路径对粘土本构关系的影响是相当大的和不容忽视的,而有效平均正应力对应力路径相关性的影响是决定性的。