动荷载作用下饱和粉土动力特性研究

为了分析不同动强度影响因素的动荷载作用下黄河冲洪积粉质土的动应力—动应变发展规律,模拟了一定振动频率的循环荷载的动三轴试验。试验选用郑州市东北部分布广泛的粉土,分析了动应力幅值、循环振动次数、固结围压、固结比等对粉土动力特性的影响,从动应力—动应变关系研究了动荷载作用下粉土的动力特性。试验结果表明:饱和粉土的动应力—动应变的发展与土样的动强度影响因素有关;在循环荷载作用下,因动荷载与围压比值的不同,试样呈现出三种形态;随动荷载作用次数的增加,在同等动应力幅值作用下,试样抵抗外力引起变形的能力越来越差,其弹性模量随振动次数增加而减小、随围压的增加而增大。     

黄泛冲积平原土料的动力参数试验研究

利用DSZ-100型电磁式单向振动三轴仪对黄泛冲积平原饱和土施加循环荷载,确定土料的动力参数,并根据试验结果,对黄泛冲积平原具有代表性的黏土、粉质黏土、粉土在动荷载作用下的动力变形特性进行了比较和归纳:①同一固结比下,土的阻尼比和动弹性模量随固结应力的变化并不明显;②应变在10-4～10-2时,土的动弹性模量衰减幅度最大;③在同一固结比下,土的最大动弹性模量随固结应力的增大而增大;④固结比对土样的最大动弹性模量有很大影响.     

裂隙-荷载耦合作用下砂岩强度变形细观损伤机理研究

通过岩石力学伺服试验机，对完整砂岩与裂隙砂岩进行单轴压缩试验与单轴循环加卸载试验，探究荷载－裂隙共同作用下砂岩力学性质的演化规律。试验结果表明:循环荷载作用对完整砂岩与含预制裂隙砂岩的力学性质有显著的强化作用；随着循环周数增加，试样弹性模量呈现出“强化”现象，且第一周加卸载循环对弹性模量的强化作用最为显著。结合试样的细观损伤机理，分析了初始抗压强度、加载路径、应力状态与宏观缺陷等条件对循环荷载下峰值强度演化规律的影响，并阐明了弹性模量“强化”现象的细观机理。     

含预制椭圆孔大理岩强度及破裂机理研究

为研究椭圆孔长轴与水平轴夹角(α)和短轴与长轴比值(k)对大理岩试样强度及破裂机理的影响规律,利用RTX多功能岩石三轴测试系统对含预制椭圆孔的大理岩进行了单轴压缩试验,并借助数字散斑应变量测方法对试样表面最大主应变场变化过程进行记录。研究发现:随着α的增大,试样平均峰值强度和弹性模量随之增大,裂纹类型从主裂纹向次裂纹过渡,试样破坏模式从张拉破坏向剪切破坏过渡;随着比值k的增大,试样平均峰值强度和弹性模量出现波动变化现象,裂纹类型由Ⅰ型主裂纹向Ⅱ型主裂纹转变,试样破坏模式为拉剪混合破坏,拉裂纹占比不断提高;当比值k较小时,夹角α对试样性质影响较大,随着比值k的不断增加,夹角α的影响越来越小。     

人工骨料全级配大坝混凝土的拉压力学性能

用大尺寸试件试验研究了全级配大坝混凝土在单轴拉伸与压缩荷载下的力学性能，并研究了龄期对混凝土性能的影响，给出了单轴拉伸和压缩的应力-应变全曲线及相对拉应力与相对裂缝宽度曲线。试验发现，龄期增加，混凝土的强度、弹性模量及断裂能提高，龄期对极限应变和最大裂缝宽度的影响不明显。双曲线方程可以用于表述混凝土强度、弹性模量及断裂能等力学参数与龄期的关系。     

循环加卸载下花岗岩强度变形及声发射特征

为了研究花岗岩在循环荷载作用下的强度、变形及声发射特征,采用MTS815岩石力学试验机开展了单轴和三轴循环加卸载试验。结果表明:三轴循环压缩下偏应力-轴向应变曲线的上凹现象和滞回环的迁移现象相比于单轴不太明显;峰值强度和峰值应变与围压间呈现良好的线性增长关系;单轴循环加卸载下,试样表现出柱状劈裂破坏,而在三轴循环加卸载下,试样则具有明显的剪切破坏特征;前5次的循环下加载、卸载段的弹性模量和泊松比都随着循环次数的增大而增大,而在最后一次加载段弹性模量有所降低;三轴循环下试样在最后一次加卸载破坏时产生的声发射振铃计数要明显少于单轴循环。此外,在单轴循环下,每一次加卸载阶段对应的损伤-时间曲线都会出现平台,而三轴下对应的损伤-时间曲线并未出现明显的平台,表明岩样损伤保持平缓增长。     

混凝土动态性能试验研究现状及展望

介绍了混凝土动态特性的研究进展情况;综述了混凝土强度在动态荷载下的变化规律,包括单轴抗压强度、单轴拉伸强度以及多轴应力状态下的极限强度;论述了应变速率对混凝土变形性能的影响,包括弹性模量、泊松比、临界应变等;以及应变速率对混凝土破坏模式和吸能能力的影响.指出了目前试验研究工作存在的问题,并对未来的发展趋势进行了展望.     

不同应力路径下结构性软土的动力特性试验研究

为分析珠三角软土在不同应力路径下的动模量和动荷载特性,选取典型灰黑色淤泥进行不同围压和动轴力的动荷载室内试验,试验结果表明:动弹性模量Edmax与固结应力σ3存在函数关系;土体的动应变化规律随动应力比与门槛动应力比Rt和临界动应力比Rc之间的关系变化而变化;在不同围压σ3下,动强度随着围压的增大而增大;在相同围压下,随着振次的增大,动强度减小;软土有异于砂土,在动应力下强度降低为零并发生液化现象;在一定的固结压力下存在临界最小动强度,与围压有关;动孔压与振次之间的关系与轴向动应变随振动次数关系类似,同门槛动应力比Rt和临界动应力比Rc有密切联系。     

波浪荷载作用下饱和珊瑚砂动强度特性研究

分析了ＨＣＡ－１００空心圆柱扭剪仪加载限制条件,选择了符合实际波浪荷载作用的广义圆形应力路径实现方法和加载公式;利用空心圆柱扭剪仪模拟不同频率波浪荷载的广义圆形应力路径,研究了波浪荷载的加载频率和珊瑚砂相对密实度对饱和珊瑚砂动强度的影响规律。研究结果表明:广义圆形应力路径能够较好的模拟波浪荷载;试样破坏所需荷载循环次数随波浪荷载加载频率增加而增加,在低偏应力比条件下更为明显;相同加载频率下,饱和珊瑚砂动强度随破坏循环次数增加而减小;波浪荷载作用下饱和珊瑚砂动强度随荷载加载频率和珊瑚砂相对密实度增大而逐渐增大。根据不同荷载加载频率下饱和珊瑚砂对应的偏应力比与初始荷载加载频率为０．１Ｈｚ时的偏应力比之间的关系,建立了考虑荷载加载频率的饱和珊瑚砂动强度经验公式。     

带裂缝混凝土轴拉力学性能及Kaiser效应试验研究

为了解带裂缝混凝土在轴拉荷载作用下的力学特性和在变幅循环荷载作用下声发射Kaiser效应,设计了3种带不同初始缝长的混凝土轴向拉伸试验,详细分析了初始缝长对混凝土轴拉强度、断裂韧度、弹性模量等力学参数和声发射Kaiser效应的影响。结果表明:随着初始缝长的增加,混凝土弹性模量保持不变,断裂韧度逐渐增加,轴拉强度与初始缝长呈线性递减关系;在变幅循环荷载作用下,混凝土表现出明显的Kaiser效应,随着荷载水平的提高,Kaiser效应逐渐减弱;当缝高比小于0.4时,Kaiser效应随初始缝长的增大逐渐增强;Kaiser效应本质上是由混凝土内部损伤程度决定的。此外,混凝土轴拉强度的大小会影响其在低荷载水平作用时声发射信号的强弱,据此可判断混凝土试件强度的高低。     

边切槽圆盘试样的岩石动态断裂韧度实验

 提出用边切槽圆盘试样测量岩石动态断裂韧度的实验方法。在分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar-SHPB)的入射杆杆端附加劈尖及其基座，实现对试样施加高速率的劈裂载荷；将劈裂载荷时间历程及裂纹扩展时间输入有限元法计算模型得到动态应力强度因子时间历程；3个应变片粘贴在试样的切槽前端韧带上，测定裂纹扩展起始时间和扩展过程；结合动态应力强度因子历程和裂纹扩展时间，获得试样的起裂动态断裂韧度值。对大理岩实验的结果表明，边切槽圆盘试样能得到理想的劈裂加载；当加载速率为2.88×104 MPa·m1/2·s-1时，所测大理岩的动 态断裂韧度为5.15 MPa·m1/2，大理岩的断裂韧度在高加载速率下明显地提高。     

三轴循环荷载下大理岩阻尼参数的试验研究

在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上对大理岩在4级不同围压下进行试验,每级围压下分3级动应力进行循环加卸载,得到三轴应力状态下大理岩阻尼比和阻尼系数与不同应力状态之间的变化规律.通过试验发现:在同一级应力状态下岩石塑性变形随着加载次数的增加逐渐增大,每次动循环岩石的能量耗散随着σmax/σc和围压...     

深埋大理岩三轴加卸荷过程能量演化特征

为研究深埋大理岩加卸荷全过程的变形破坏特征,利用MTS岩石力学试验系统对锦屏深埋大理岩试样开展25、50、80 MPa 3种不同初始围压和0.01、0.1、1.0 MPa/s 3种不同卸荷速率的三轴加卸荷试验,引入能量转化参数以更好地表征峰前及峰后能量转化特征,并据此构建基于耗散能的损伤模型,深入探索大理岩加卸载破坏全过程的损伤演化状态。结果表明：大理岩在卸荷段前主要以弹性能的累积为主,卸荷开始后耗散能占主导地位。峰前卸荷过程中U_d耗散速率>U₃消散速率>U_e储存速率,与常规三轴加载相比,大理岩在峰前卸荷段的应变能转化速率大得多。峰后应力跌落段各应变能转化速率明显较峰前卸荷段大,表明峰后大理岩环向扩容加剧,弹性能在峰后快速释放。随着初始围压、卸荷速率的增大,大理岩由张拉-剪切破坏转变为以剪切破坏为主,峰后耗散能的耗散速率越快,则大理岩剪切破裂性质愈明显、脆性破坏越强、破坏程度越小。高围压可能会抑制岩石的损伤累积扩展,而高卸荷速率下大理岩试样内部裂纹扩展不充分导致其发生破裂时损伤曲线急剧上升。     

岩石动态拉伸断裂特性的实验研究

采用新近发展起来的拉伸式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ冲击装置（ＳＨＴＢ），对岩石切口圆柱断裂试样进行了动态拉伸断裂特性的实验研究。同时，利用ＭＴＳ试验机进行了岩石的静态拉伸断裂实验，成功地获得了岩石试样的断裂韧度及断裂能随加载率而变化的实验结果。对静态和动态破坏后的试样断口进行的扫描电镜观察进一步表明，试样断口形貌的复杂程度与其断裂耗能有着十分密切的联系。     

动荷载下混凝土强度变形特性及其试验方法的研究

根据大量的试验数据，提出了不同加载速率对混凝土的抗拉强度，受拉弹性模量，泊松比，峰值应变和应力一应变全曲线的影响规律，探讨了强度的尺寸效应和骨料粒径效应的速率敏感性，同时进行了受拉的周期循环荷载试验，给出了滞回曲线表达式，最后对动荷载下混凝土受拉试验方法进行了评价。     

加卸荷条件下大理岩变形特征及能量演化

为揭示深埋大理岩在不同应力路径下的变形特征和能量演化特征,基于大理岩的常规三轴试验和卸荷三轴试验,分析了大理岩变形破坏过程中变形和能量演化的围压效应和应力路径影响。结果表明:大理岩在加卸荷条件下均表现出显著的围压效应;卸荷条件下大理岩的损伤扩容应力阈值和峰值强度较加载条件下的低;加载应力路径下能量耗散阶段占比更大,卸荷应力路径下能量聚集阶段占比更大;加卸荷条件下损伤扩容点对应的总能量和弹性应变能与围压具有良好的线性关系;针对峰值应力对应的总能量、弹性应变能及耗散能,加载应力路径下其均与围压具有正线性关系,而卸荷应力路径下均与围压成指数关系。基于以上结论,提出了确定大理岩破坏点的定量方法,结合应力-应变关系曲线,有效地解决了高围压作用下大理岩破坏点难以确定的问题,为深埋洞室围岩的稳定性分析提供依据。     

大理岩球砾循环加卸载接触力学特性试验研究

为研究岩石颗粒在循环加卸载条件下的接触力学性质,采用直径60 mm的大理岩球砾开展系列压缩破碎试验、准静态循环加卸载试验和动态循环加卸载试验。试验结果表明:在压缩荷载作用下大理岩球砾的弹性变形阶段较短,弹塑性变形阶段处于主导地位;随准静态循环加卸载次数增加,大理岩球砾的累计塑性变形、接触刚度-位移曲线斜率以及等效恢复系数都逐步增大,但增幅逐渐减小,最后趋近于稳定值;动态循环加卸载试验中球砾的累积塑性变形随循环次数演化曲线可以划分成初始阶段、等速阶段和加速(破坏)阶段,上限荷载越大、荷载幅值越大,大理岩球砾在初始阶段产生的塑性变形越大,累计塑性变形曲线进入等速阶段所需循环次数也越多;动荷载作用下的阻尼比随循环次数增加而逐渐减小,最后渐趋于稳定,上限荷载越大、荷载幅值越大,大理岩球砾循环加卸载初期的阻尼比越大,随循环加卸载次数增加,上限荷载和荷载幅值对阻尼比的影响逐渐减弱。研究成果可为分析堆石料、铁路道砟等岩石颗粒材料受力变形特征提供理论依据。     

基于分形理论的混凝土动力拉伸过程定量研究

为了从细观层面上定量研究混凝土动荷载作用下的破坏过程,以正弦波动力荷载作用下的混凝土 CT 试验为基础,编制了基于差分盒维数理论的分形维数计算程序,分别研究了混凝土试样三个断面大统计区域和感兴趣区域上的分形维数随加载过程的变化过程,通过分析混凝土试样在加载过程中分维数的变化规律,探讨了分维数变化与损伤裂纹演化过程的关系。结果表明: 正弦波动力拉伸荷载作用时混凝土试样中一般有多条裂纹同时萌生,但当主裂纹形成后,次生裂纹会闭合,主裂纹会抑制次裂纹的发展,且裂纹大致与拉荷载方向垂直,破坏形式属于脆性断裂,损伤裂纹表面平整,裂纹沿材料强度较弱的区域发展; 混凝土试样各断面分形特征明显,分形维数能较好地描述混凝土损伤裂纹的演化规律,可作为研究混凝土裂纹演化的定量参数; 感兴趣区域分维数的变化更明显,更有利于描述混凝土受力破坏时内部的应力集中、应变局部化和损伤裂纹的演化规律。     

带裂缝混凝土动态轴拉的声发射特性研究

为研究带裂缝混凝土在动态轴向拉伸荷载作用下的声发射信号特性,采用张口位移控制加载的方式,开展了张口位移速率为10~(-5)~10~(-2)/s的混凝土动态轴向拉伸断裂试验,分析了不同加载速率下声发射特征参数振铃计数、状态参数事件计数率和荷载随时间的变化曲线。试验表明:振铃计数包络曲线和荷载曲线具有良好的对应关系,且随着加载速率的提高,声发射活动越集中,试件断裂时间越短,更偏向脆性破坏,声发射能很好地揭示试件动态拉伸的受载情况和破坏状态。基于声发射特征参量的能量分析揭示了混凝土断裂破坏能量释放规律。结果表明:带裂缝混凝土动态轴向拉伸破坏不具有典型的3阶段特征,声发射信号在破坏瞬间突发性增强;随着张口位移速率的提高,混凝土断裂破坏时间缩短,极限强度增加,释放的能量呈指数增长。     

用直裂缝平台巴西圆盘确定混凝土的动态断裂韧度

采用一种直裂缝平台巴西圆盘试件，在分离式霍普金森压杆系统上研究了混凝土动态起裂韧度的测试方法。该方法基于一维应力波理论，利用压杆上的应变信号计算试件所受的动态冲击载荷P(t)，结合动态有限元法求得试件相应的动态应力强度因子KI(t)，再由试件上应变片测得的起裂时间tf对应的临界动态应力强度因子KI (tf)，即为混凝土的动态起裂韧度KId。试验表明，混凝土的动态起裂韧度高于在材料试验机上测得的静态断裂韧度，因为在动态加载情况下，圆盘试件除在预制裂缝方向产生与静态加载一样的裂缝扩展外，还产生大致平行于预制裂缝方向的多重裂缝扩展破坏现象。试件破坏模式、临界破坏时间等是影响混凝土材料动态起裂韧度测试结果的重要因素。