大理岩三轴压缩变形破坏与能量特征研究

利用伺服试验机对大理岩进行了常规三轴压缩试验,基于试验结果,研究了岩样三轴压缩变形破坏及其能量特征。结果表明,低围压时岩样内部材料并未均匀化,岩石表现为应变软化特性;而高围压时岩样内部材料强度由低到高逐渐屈服,变形趋于均匀,岩石出现塑性流动特性。岩石峰值应变与围压成正线性关系;岩石残余强度对围压的敏感性显著高于峰值强度。岩石破坏应变能随着围压的增大而增大,且两者成正线性关系;岩石全部断裂能随着围压的增加亦成正线性增加。     

再生混凝土三轴受压力学性能试验研究

为了研究再生混凝土在三轴应力状态下的力学性能,以再生骨料取代率和围压值为变化参数,设计了36个圆柱体试件,采用位移控制的加载方式进行常规三轴试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取试件受力破坏全过程应力-应变曲线以及峰值应力、峰值应变等特征参数,分析了再生骨料取代率和围压值对再生混凝土三轴受压力学性能的影响,提出了侧向围压值与初始弹性模量、竖向峰值应力、峰值应变之间的关系公式。研究结果表明:取代率对三轴受力再生混凝土的峰值应力和峰值应变影响不大,与天然混凝土相比,其变化分别在5%和2%的范围内波动,而取代率对再生混凝土的初始弹性模量有较大的影响,与天然混凝土相比,三轴受力再生混凝土的弹性模量提高了20%左右;侧向围压值对三轴受力再生混凝土的各项性能指标影响显著,增大围压值能有效提高再生混凝土的弹性模量、承载能力和变形性能。研究结果为再生混凝土的进一步科学研究和推广应用提供参考。     

船用高分子材料压缩蠕变特性研究

研究了四种船用高分子材料的蠕变特性,分析了其压缩蠕变曲线特点,以及试验中弹性变形、粘弹性变形及粘性变形在总变形中所占比例,最后建立材料压缩蠕变的Burgers模型,得到了试验数据的拟合方程和拟合曲线。由实测曲线和拟合曲线可知,利用Burgers模型可以准确分析试验期间材料的蠕变性能,并能较好地预测材料后期的蠕变行为。     

基于MAT96本构模型的钢筋混凝土结构爆破拆除数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,分析了基于MAT96本构模型的钢筋混凝土结构爆破拆除过程。混凝土实体单元的单轴压缩模拟试验表明,材料的峰值抗拉强度为2.4 MPa,抗压强度为30.0 MPa,无围压压缩强度约为拉伸强度的12倍;在三轴压缩模拟试验中,随着围压升高,混凝土的抗压强度显著增加、变形显著增大,其模拟结果与真实混凝土试验相近。基于MAT96本构关系的混凝土试件在拉伸模拟试验中呈现的是混凝土的劈裂破坏,而压缩呈现的是对角线破坏,类似于混凝土材料实验室破坏模式,验证了MAT96材料本构关系与混凝土吻合较好。结合整体式建模模拟钢筋混凝土结构爆破拆除倒塌过程,基于计算结果,分析了建筑物在倒塌过程中的前冲、后坐、鼓胀等问题,并对整个倒塌过程做出了定量描述。通过与工程实践相对比,得知模拟结果较符合实际情况,对钢筋混凝土结构建筑物的拆除爆破工程具有指导意义。     

陶瓷纤维混凝土冲击力学响应及统计损伤本构模型试验研究

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对陶瓷纤维混凝土的动态力学性能进行研究,并验证了试验结果的有效性;基于IPBS模型(修正平行杆模型),建立考虑应变率效应的混凝土单轴受压统计损伤本构模型,模拟陶瓷纤维混凝土的动态损伤破坏过程。结果表明:陶瓷纤维对普通硅酸盐混凝土的增强增韧效果明显,尤其是在高应变率范围内;SHPB试验过程中应力均匀性和恒应变率加载条件得到了较好地满足;动态损伤本构模型提供曲线与试验曲线吻合较好,能够较为准确地描述陶瓷纤维混凝土破坏前的应力应变关系。     

不同应力路径下辉绿岩能量演化与破坏机制研究EI北大核心CSCD

以灵宝矿区辉绿岩为研究对象,开展了单轴及三轴循环加卸载试验和恒轴压卸围压试验,分析了应力-应变曲线及破坏形态,研究了辉绿岩在不同应力路径下的能量演化过程与破坏机制。研究表明:在三轴循环加卸载变形破坏过程中,随着循环次数的增加,滞回环的面积逐渐增大,岩样耗散能与弹性能均增大,耗散能的增长速率逐渐变大,弹性能的增长速率逐渐变小,且围压越大耗能比越大,岩样内部的裂隙扩展和汇合现象显著增加;在恒轴压卸围压变形破坏过程中,围压对辉绿岩的抗压强度和横向变形影响较大;在相同初始围压下,相比较循环加卸载应力路径,卸围压应力路径下试件破坏时弹性能密度更大。     

考虑围压对粗粒土蠕变特性影响的Burgers模型参数修正方法研究

传统的Burgers模型假设只有偏应力引起蠕变,而没有考虑围压对蠕变特性的影响,因此其主要用于描述岩石的蠕变特性。但不同于岩石,堆石料等粗粒土是由颗粒集合而成的摩擦型材料,其蠕变特性与围压密切相关。为了考虑围压对粗粒土蠕变特性的影响,该文首先推导了Burgers模型的三轴蠕变理论解,并根据各参数物理意义,提出一套简便实用的参数反演方法,用于获取同一围压不同偏应力下粗粒土的Burgers模型参数;进而总结并分析不同粗粒土的三轴蠕变实验结果,发现幂函数能较好地描述Burgers模型各参数随围压变化的规律;在此基础上,提出考虑围压对粗粒土蠕变特性影响的Burgers模型参数修正方法,并通过三组粗粒土的蠕变实验结果验证了所提方法的有效性。     

钢纤维混凝土多轴损伤比强度准则EI北大核心CSCD

以损伤比强度理论为基础,建立了钢纤维混凝土真三轴损伤比强度准则,并根据钢纤维混凝土试验资料,推荐了钢纤维混凝土损伤比变量表达式中的6个经验参数。利用钢纤维混凝土在单轴、双轴和三轴受力状态下的应力-应变曲线试验结果验证了损伤比取值合理性,对比了单轴受拉、单轴受压和双轴等压等典型受力状态下钢纤维混凝土和普通混凝土损伤比变量取值的差异。通过与国内外共104组钢纤维体积率为0.5%~2.5%的钢纤维混凝土三轴强度试验资料的比较,表明六经验参数钢纤维混凝土损伤比强度准则的三维破坏包络面接近已有认识;通过与国内外强度准则比较,表明损伤比强度准则与钢纤维混凝土三轴试验数据有较高的吻合度。对于围压三轴受力状态,提出简化的钢纤维混凝土常规三轴强度准则,并与已有常规三轴强度准则进行比较分析。此外,对于材料处于二轴受力,推荐了简化的损伤比二轴强度准则中的经验参数取值。     

三向应力状态下混凝土强度和变形特性研究

对设计强度为１０MPa的混凝土立方体试件进行三轴压缩试验,系统研究了等围压条件下混凝土的强 度和变形特性,围压分别为０,４,８,１２,１６MPa５个量级;同时研究了不等围压条件下混凝土强度变化特性, 试验表明,随着围压增加,混凝土的极限抗压强度有明显增强的趋势;随着小主应力的增加,中主应力的影响 有减弱的趋势;峰值应力处应变随围压增加幅度显著。得出了在不同恒定围压下混凝土的应力应变全过程曲线; 通过与当前文献资料的对比分析,指出了在混凝土结构计算中适用的强度及变形表达式,为工程实践提供了 依据。     

玄武岩纤维布约束高温损伤混凝土方柱轴压力学性能试验

对36个玄武岩纤维布增强聚合物基复合材料（BFRP）约束的高温损伤混凝土方柱和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,玄武岩纤维布横向约束能改变高温损伤后混凝土方柱的破坏形态,显著提高混凝土方柱的轴压强度和变形能力。其中三层玄武岩纤维布包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土方柱轴压强度分别提高了48%、130%、206%和389%,轴向变形分别提高了433%、344%、319%和251%。采用典型的纤维增强聚合物基复合材料（FRP）约束常温未损伤混凝土轴压力学性能的设计模型预测FRP约束高温损伤混凝土的轴压强度和变形时存在较大的偏差。通过构建柱状膜结构静水压力平衡模型和约束混凝土方柱与FRP体积应变能平衡模型,分别改进了FRP约束混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算模型的基本形式。基于该基本形式和试验数据,分别确定了BFRP约束高温损伤混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算中与温度相关的参量,提出了适用于高温损伤混凝土方柱的轴压极限应力和极限应变的设计模型。      

全轻页岩陶粒混凝土三轴受压试验及其破坏准则

利用大连理工大学的大型静、动真三轴试验机,对强度等级为LC30的全轻页岩陶粒混凝土进行了等比例三轴受压试验。试验中,观察了试件的破坏形态,测得了试件的三轴受压极限强度、塑性应变、峰值应变、总应变以及应力-应变曲线。结果表明,全轻页岩陶粒混凝土在三轴受压状态下,强度和变形较单轴受压有显著增大,并伴随有明显的平台流塑现象,也呈现四种破坏形态。因此,在工程设计中将应力平台流塑段强度及其对应的塑性应变作为轻骨料混凝土的设计强度和设计应变。此外,分析了中间主应力对三轴压的强度和变形影响,并通过三轴强度模型对极限应力进行了预测,其相对误差的绝对值均小于6%,说明试验结果是准确、可靠的。最后,基于八面体应力-应变空间分别建立了其相应的破坏准则,但前者试验点一致性较好,且拉、压子午线与静水压力轴在高压应力区有交叉点,其破坏曲面是闭口的;而后者离散性虽然较大,拟合度较差,但却同样可以很好地反映出破坏面向外扩展的趋势和子午线光滑、外凸的曲线特征。     

不同应力路径下砂岩能耗变化规律试验研究

为研究不同应力路径下岩石的能耗变化规律,采用MTS815岩石力学试验系统开展了砂岩的单轴压缩、常规三轴和卸荷三轴试验。结果表明:耗散能曲线变化是岩石内部损伤和破裂产生的表现,在弹塑性变形阶段,常规三轴耗散的能量占岩石吸收总能量的比例最大,卸荷三轴次之,单轴压缩最小;岩石的储能极限与围压具有明显的线性关系,单轴压缩试验中岩石的储能极限最低,卸荷三轴次之,常规三轴试验岩石的储能极限最高;岩石峰前和峰后的能量耗散速率与围压也具有良好的线性关系,峰后应力跌落阶段能量耗散速率明显较峰前能量耗散速率大数倍至数十倍,说明岩石峰前损伤速率较小,而峰后却快速损伤破裂,耗散能曲线的突然变陡表明岩石破坏发生。     

端部约束箍筋对受弯破坏RC剪力墙变形能力的影响

该文从机理分析、试验验证以及有限元模拟三个角度分析了端部约束箍筋对钢筋混凝土剪力墙变形能力的影响规律。混凝土应力-应变模型以及平截面假定的理论分析结论表明当原钢筋混凝土剪力墙破坏为混凝土压溃或钢筋屈曲的受弯受压破坏时,端部约束箍筋对其变形能力有积极作用;反之,如果原剪力墙破坏表现为钢筋拉坏的受弯受拉破坏,增加约束箍筋没有明显的影响。以端部箍筋为参数的剪力墙试验和有限元Vector2的分析结果均支持以上结论。提出了增加端部约束箍筋是否能影响无约束剪力墙变形能力的判定公式,公式能准确判断剪力墙破坏类型,从而判定箍筋是否对其变形能力产生影响,判断公式与试验对比结果非常符合。     

ECC双轴压力学性能及破坏准则试验研究

利用真三轴液压伺服试验机,对3种强度的高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered CementitiousComposites,ECC)进行了双轴压试验研究,得到了ECC在双轴压应力状态下的破坏形态、极限强度和应力-应变曲线,并与普通混凝土的试验结果进行对比,分析了不同应力比下ECC的破坏机理和主压强度的变化规律。试验结果表明,双轴压应力状态下,ECC强度包络线与普通混凝土有一定差别,强度较低时两者结果相近,但强度较高时相同应力比下ECC主压强度增幅明显小于混凝土。最后,基于Kupfer等建立的普通混凝土的强度准则和试验结果,提出了ECC的双轴压强度破坏准则。     

饱和砂土基于相变状态的不排水本构模型

饱和砂土基于相变状态的改进本构模型能较好地描述砂土不排水情况下的应力-应变关系。通过改进模型中相变状态参量的计算方法,将e-lgp°表达式加以改进,通过详细的阐述,提出e_pt-lgp的关系式,并通过三轴压缩试验的数据对提出的关系式加以验证。应用新的关系式计算不排水条件下试样的相变孔隙比e_pt,进而计算出模型中的相变状态参量。改进后的不排水本构模型的计算结果与不排水三轴压缩的试验结果能较好地吻合,即验证了本构模型的有效性,也验证了e_pt-lgp关系式的合理性,使原有的边界面本构模型更好地描述不排水的情况下、不同密度和围压状态下饱和砂土的力学行为。     

基于统计损伤理论的硫酸盐侵蚀混凝土本构模型研究

基于统计损伤理论及宏观试验现象,该文建立了考虑硫酸盐侵蚀影响的混凝土单轴、双轴压缩统计损伤本构模型。混凝土变形破坏被理解为细观断裂、屈服两种损伤模式的连续累积演化过程。硫酸盐侵蚀效应改变了混凝土微结构的组成成分和力学特征,进而改变了微裂纹萌生、扩展的形态以及损伤的累积演化过程,可通过改变断裂和屈服两种细观损伤机制演化过程的概率分布形态来模拟。分析结果表明:在硫酸盐侵蚀环境下,侵蚀程度的加深显著改变了混凝土细观损伤累积演化过程,最终导致混凝土宏观力学性能呈现先“强化”后“弱化”的现象。在此过程中,细观损伤演化过程呈现出明显地规律性,可由统计损伤模型中5个特征参数的变化规律表征。该文模型为复杂环境下侵蚀混凝土细观损伤过程预测和分析提供了新的方法和工具。     

Nonlinear creep damage constitutive model for soft rocks

In some existing nonlinear creep damage models, it may be less rigorous to directly introduce a damage variable into the creep equation when the damage variable of the viscous component is a function of time or strain. In this paper, we adopt the Kachanov creep damage rate and introduce a damage variable into a rheological differential constitutive equation to derive an analytical integral solution for the creep damage equation of the Bingham model. We also propose a new nonlinear viscous component which reflects nonlinear properties related to the axial stress of soft rock in the steady-state creep stage. Furthermore, we build an improved Nishihara model by using this new component in series with the correctional Nishihara damage model that describes the accelerating creep, and deduce the rheological constitutive relation of the improved model. Based on superposition principle, we obtain the damage creep equation for conditions of both uniaxial and triaxial compression stress, and study the method for determining the model parameters. Finally, this paper presents the laboratory test results performed on mica-quartz schist in parallel with, or vertical to the schistosity direction, and applies the improved Nishihara model to the parameter identification of mica-quartz schist. Using a comparative analysis with test data, results show that the improved model has a superior ability to reflect the creep properties of soft rock in the decelerating creep stage, the steady-state creep stage, and particularly within the accelerating creep stage, in comparison with the traditional Nishihara model.     

轴向受压CFRP 管混凝土柱的膨胀模型及应力-应变关系

在实验基础上, 建立了CFRP 管混凝土柱的轴向压缩膨胀模型。利用膨胀模型计算的紧箍力变化规律和主动侧限混凝土柱的轴向压缩本构模型, 结合多轴应力下的混凝土破坏准则, 推导出被动侧限混凝土柱轴向压缩应力-应变关系理论表达式。根据各组份材料性能、含量、轴向压缩荷载作用下各组份的应力状态及变形协调条件, 建立了CFRP 管混凝土柱轴向压缩本构关系。实验结果证明, 理论预测结果与实验值吻合良好。