考虑残余强度和阈值影响的岩石弹性损伤统计模型

基于统计学理论和损伤理论,考虑岩石的残余强度和损伤阈值影响,建立了三轴压缩条件下岩石损伤统计模型。以损伤模型为基础,利用岩石在低围压作用下应力应变的极值特性,导出了模型参数的统一求解方法。通过与试验数据的对比和验证发现:以Drucker-Prager准则和Mohr-Coulomb准则计算岩石微元强度比以轴向应变函数计算岩石微元强度能更好地反映岩石的力学特性,说明了岩石的破坏进程与其应力状态密切相关;为考虑残余强度,引入损伤变量修正系数,在此基础上提出一种求解该修正系数的新方法,从而使得模型得出的理论曲线能很好地接近试验数据;以屈服点的微元强度为损伤阈值点,避免了损伤系数在低荷载下不在[0,1]之间的情况。最后通过分析岩石损伤变量的变化过程,证明了该模型可以很好地反映三轴受压状态下岩石的应力-应变关系。     

水压力作用下岩石统计损伤本构模型研究

为了探究水压力对岩石损伤的影响,在多孔材料弹性理论框架内,利用有效应力原理,结合连续损伤力学和统计理论把霍克-布朗(Hoek-Brown)准则作为微元体强度破坏准则,建立水压力作用下的岩石统计损伤本构模型;并根据残余强度和峰值强度的关系对损伤变量进行修正,使模型能够更好地反映岩石峰后阶段的软化特征。通过室内试验进行模型验证和参数分析,结果表明:建立的模型能够较好地反映水压作用下岩石的应力-应变关系;随着水压力的增大,模型参数n呈增大趋势,岩石的脆性度增高,参数F₀呈减小趋势,岩石的强度降低;峰值点法在确定模型参数时优于曲线拟合法。研究成果对于水压力作用下岩体工程的安全分析有一定的参考价值。     

一种新的岩石损伤软化本构模型

结合岩石微元强度提出了损伤变量的新形式,据此建立了新的岩石损伤软化本构模型.根据岩石三轴试验,可确定该模型中表述损伤变量的双参数.算例表明,该岩石损伤本构模型能反映岩石应变软化性状.     

考虑裂纹闭合效应的岩石损伤力学模型及耗散能量分析

针对现有岩石损伤力学模型的局限性,考虑裂纹闭合效应,并引入统计损伤理论,同时提出分布参数确定的方法,建立新型岩石损伤力学模型.该模型更加符合岩石的变形破坏规律,还可以反映岩石的残余强度和延性特征,应用范围更广;与试验结果及前人成果对比,表明模型更为合理可行.不同围压下岩样的损伤变量演化曲线都遵循S型曲线,并可以依据S型曲线对岩石的变形破坏阶段进行划分.裂纹闭合系数(h)对损伤耗能率有较大影响,随着h的减小,损伤耗能率增大,当h达到一定值,岩石破坏阶段对应的损伤耗能率陡增.因此,岩石的变形破坏不仅与其应力状态有关,还与岩石的损伤演化积累以及裂纹闭合效应有关.     

基于统计损伤理论的德鲁克-普拉格岩石强度准则的修正

德鲁克-普拉格强度准则是目前岩石力学中广泛应用的岩石强度准则之一，其计算结果较为保守，与实际存在差距，为此本文深入探讨了其修正方法。研究方法是在前人岩石损伤软化统计本构模型研究的基础上，通过探讨不同围压条件下模型参数与围压的关系,对模型进行修正，然后，根据岩石屈服或破坏的概念，利用岩石变形软化全曲线的极值特性，采用多元函数求极值的方法建立岩石强度理论，从而对德鲁克-普拉格岩石强度准则进行修正。修正后的德鲁克-普拉格准则能反映体积应力、剪应力、中间主应力和最小主应力对岩石强度的影响，同时还可以反映岩石强度莫尔包络线的曲线特征，它与试验结果吻合良好。工程实例计算表明，该强度准则能更好地反映工程实际。     

考虑蠕变效应的岩石损伤起始准则

 现有的损伤起始准则多为应力的函数,即在应力空间中某一固定的曲面,得到的损伤起始面为介于初始屈服面与最终破坏面之间的固定曲面。基于现有损伤起始准则假定,考虑了蠕变变形的影响,提出了一种岩石损伤起始准则。该准则在应力空间中所形成的损伤起始面随着蠕变变形的增加而收缩。故此,根据该准则,岩石即使在应力水平低于瞬态损伤起始应力的情况下,也会随着时间的增加而达到损伤起始点,从而激活损伤过程直至达到最终的破坏状态。考虑蠕变效应的损伤准则可以很好地解释一些蠕变试验（包括常应变率试验、常加载速率试验和常应力蠕变试验等）结果。损伤起始准则中所包含的材料参数可以通过常规三轴试验和单轴蠕变试验很方便地确定。     

岩石统计损伤软化模型及其参数反演

为了反映岩石应变软化现象,基于岩石微元强度服从Weibull随机分布的假定,结合连续损伤理论,建立岩石统计损伤软化模型。该模型含有2个待定系数,其中一个可通过岩石应力-应变曲线的峰值点确定,另一个取决于微元强度参数。通过研究微元强度参数对所建模型的影响,采用优化反演分析法确定模型参数,克服传统方法求解模型参数精度较低的难点,并依据微元强度参数选取合理的强度准则。采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行红层泥岩常规三轴压缩试验,对比试验曲线和理论曲线,验证了本文模型和方法的正确性与合理性。     

饱和非饱和岩石损伤软化统计本构模型

基于概率论和损伤力学讨论了岩石在荷载作用下的破坏、损伤和变形等特征．在混合物理论基础上，建立了饱和和非饱和岩石损伤软化统计本构模型．该模型能反映岩石在单轴抗压试验中初始加载阶段全应力应变由线稍向上凹曲的特征，以及在岩石受力过程中损伤和空隙(或孔隙)中流体对应力应变关系所起的作用．     

单轴压缩岩石蠕变损伤扩展细观机理CT实时试验

采用作者研制的CT(computerized tomography)机专用三轴加载试验设备，完成了单轴压缩荷载作用下岩石蠕变细观损伤演化CT实时试验。得到了岩石蠕变损伤演化全过程中从裂纹萌生、伸长、增宽、分叉、断裂到破坏等各个阶段清晰的CT图象。从CT数和CT图象的变化规律出发，对岩石蠕变损伤三阶段的扩展细观机制进行了分析，完成了裂纹宽度、长度随时间发展的变化规律的定量研究，给出了岩石蠕变细观损伤演化的初步规律。建议用CT数下降速度的概念来判断岩石蠕变损伤第3阶段的门槛值。试验结果表明，单轴压缩岩石蠕变CT试验的结果令人满意，CT机专用三轴加载设备的研制是成功的，这为岩石蠕变细观试验提供了一个创新的试验手段。     

基于正态分布修正的岩石损伤力学模型研究

深入探讨了岩体变形损伤机制,从岩体损伤的过程出发,认为损伤部分可分为损伤材料和因材料损伤而变化的微缺陷,在此基础上提出新的损伤定义。通过岩体微观受力分析建立了岩体损伤模型,深入研究了岩体有效应力与名义应力的关系,引进统计损伤理论,以岩石微元强度服从正态分布确定岩石统计损伤演化方程。该模型能够充分反映岩体的应变软化特性和应变硬化特性,且参数物理意义明确;与实测结果及前人研究成果进行比较分析,说明模型合理、可行。     

高碾压混凝土拱坝损伤振动响应特性

高碾压混凝土坝泄洪时,坝体的振动特征是反映其是否安全运行的重要指标。为探明高碾压混凝土坝的损伤振动响应特性,基于理论分析和数值模拟方法,以坝体典型裂缝和碾压成层结构为损伤性结构指标,对无损伤坝体、裂缝损伤坝体、成层损伤坝体和双损伤坝体的流激振动响应规律进行了对比分析。结果表明:碾压成层强度越低、碾压厚度越大、碾压层数越多,拱坝的流激振动响应越大。针对碾压成层和裂缝损伤建立4种不同的损伤模型,进行动力响应计算,得出:碾压成层结构以及裂缝结构,都会使得拱冠梁以及坝肩部位和损伤部位的动力响应增大;并且当同时存在2种损伤时,2种损伤还将相互影响,使得坝身的动位移进一步增大,对坝身安全最为不利。     

基于混凝土应力——应变关系的正交各向异性损伤模型及其应用

基于混凝土规范推荐的单轴应力应变关系曲线，结合损伤力学，推导了损伤演化方程。结合混凝土材料的五参数破坏准则，采用等效单轴方法可将单轴损伤演化方程推广为三维情况，建立计算模型，最后，采用APDL语言实现了程序化。通过对多种条件下混凝土试块的数值计算，得到了与试验比较一致的结果。对溪洛渡高拱坝进行计算的结果很合理。由于模型所需的计算参数少，同时又能比较准确地反映混凝土材料的损伤程度，因此便于工程应用。     

船舶撞击荷载作用下高桩墩的破坏分析

提出了以动量守恒定律为基础,试算输入不同简化撞击力-时间荷载曲线,计算结构的动力响应与现场检测结果一致为准则,基于有限元模型分析船撞结构损伤破坏的数值分析方法。以中泉石化船撞高桩系缆墩事故为背景,运用通用有限元显示动力分析软件LS-DYNA,建立了高桩系缆墩的三维有限元模型,采用所提出的方法计算分析了受撞系缆墩的破坏过程。数值分析结果表明,当撞击时间为13.75 s时,系缆墩残余位移与现场检测结果一致,系缆墩在船舶撞击作用下墩台发生剪切破坏的现象与事故现场相符;同时数值模拟结果表明系缆墩灌注桩混凝土在嵌岩端上部发生不同程度破坏,钢套筒进入屈服阶段;对系缆墩结构整体进行损伤等级评估,属于中等破坏。     

基于灰色理论的混凝土压缩损伤参数尺寸效应

为解决混凝土损伤参数的尺寸效应问题,通过试验获得几组混凝土压缩试件的损伤参数。基于灰色理论进行混凝土压缩损伤参数的尺寸效应研究,建立预测方程,以试验测得的小试件初始损伤和峰值损伤数据为基础,预测大试件的初始损伤和峰值损伤。结果表明,大体积混凝土的初始损伤和峰值损伤均随混凝土尺寸的增大而增大,但最终均趋近于一个固定值,初始损伤趋近于0.182 7,峰值损伤趋近于0.352 6。     

考虑土体结构性的修正邓肯—张模型

探讨了结构性土体的应力-应变关系，将土体应力-应变关系分为应变软化型和应变硬化型，并根据其力学性状将应力-应变关系分阶段讨论，其中硬化型应力-应变关系分为两个阶段，而软化型则分为三个阶段。同时，在邓肯—张模型的基础上，考虑了土的结构的损伤，引入损伤比的概念，对邓肯—张模型进行了修正。以几种土的试验结果为基础将本文模型及邓肯—张模型和软化模型进行了对比，结果表明本文模型能够更好地反映土的应力-应变关系。     

混凝土防渗渠道冻害及防治措施

混凝土防渗是目前广泛采用的一种渠道防渗技术措施，但在北方季节性冻土地区存在冻胀破坏问题，给管理与运行带来了诸多困扰。文中从分析混凝土防渗渠道冻害成因入手，提出了防治冻害的措施。     

渡槽水毁及其它破坏的修复

跨越河流、沟谷的渡槽 ,其进、出口段一般为填方渠道 ,如遇超标准大洪水 ,水流溢出渡槽 ,将对渡槽支墩基础和填方区产生冲刷 ,由此造成支承及槽身结构产生倾斜、开裂 ,槽身连接部位发生错动使止水拉裂 ,冲刷严重时可能导致渡槽整体倒塌。分析了水毁渡槽破坏的机理 ,并提出了相应的修复措施 ,如加固渡槽支墩、地基变形的处理、槽身及支承结构裂缝的修补、渗漏问题的处理、表层混凝土剥蚀及钢筋锈蚀的处理等。对每一个处理方法作了全面介绍     

某重力坝考虑混凝土拉压损伤的地震响应分析

本文结合某实际重力坝工程,采用有限元软件ABAQUS的混凝土材料塑性损伤本构模型模拟了其混凝土材料在地震荷载作用下拉压损伤、拉压转换的全过程,并通过地震超载的方式使混凝土重力坝逐步达到极限状态,探讨了混凝土重力坝拉压损伤演化过程和变化趋势。通过与仅考虑混凝土受拉损伤在不同地震超载系数下的计算结果对比,还考虑混凝土受压损伤对重力坝强震破坏过程和极限抗震能力分析的影响。研究结果表明,同时考虑拉压损伤和只考虑拉损伤的极限抗震能力相同,且重力坝的强震损伤极限状态主要是由受拉损伤控制,同时在多轴应力状态下,拉压损伤有可能在同一部位同时出现。     

埋地电力电缆故障点的确定

介绍了利用直流电桥法测定地下电力电缆绝缘层破坏而引起的供电系统故障点的方法,对绝缘完全损坏测量及绝缘不完全损坏的情况分别采用不同的方法。     

不同加载速率下混凝土损伤阶段的划分

在不同加载速率（10-5/s,10-4/s,10-3/s,10-2/s）下进行混凝土试块单轴受压试验,基于改进后的Weibull模型构建了损伤变量,并在应变空间下对损伤曲线做了进一步的细化研究。首先根据损伤曲线的特点,提出了合理方法来确定损伤界点在曲线上的位置,两个界点将损伤曲线划分为3个损伤阶段。在此基础上,探讨了加载速率对损伤界点、损伤阶段长度的影响规律。研究结果表明:①第一损伤界点对加载速率的提高较为敏感,并随加载速率的增大几乎呈线性发展,第二损伤界点对加载速率的提高不敏感;②加载速率的提高使3个损伤阶段的区间长度重新分配,对前两个损伤阶段影响较大,对第3个损伤阶段区间长度的影响较小;③两损伤界点位置基本对称分布于峰值应变两侧,大部分损伤集中在峰值应力1倍的峰值应变范围内,且两损伤界点对应的应变水平比值约为3.5,并随加载速率的提高而减小。