使用损伤钢筋混凝土柱高温作用下受力性能试验研究与有限元分析

为研究裂缝对火灾下钢筋混凝土结构性能的影响,设计4个足尺寸钢筋混凝土偏压柱试件,以裂缝宽度ω作为损伤指标,加载使其产生ω分别为0.05、0.10、0.15、0.20mm的裂缝,继而对不同使用损伤的柱试件进行四面受火试验。试验研究表明：受火后裂缝宽度发展约为受火前10倍,深度约为受火前3倍;使用损伤愈大,柱极限耐火时间愈短。假定火灾下裂缝宽度、深度开展与受火试验升温时间成正比,采用ANSYS软件对偏压柱截面进行温度场有限元分析。结果表明：有限元分析得出的截面温度与试验实测温度有较好的拟合性;沿柱截面高度方向温度分布存在一个温度畸变平台且使用损伤越大平台越长,导致截面高温下承载力显著退化;沿柱计算长度方向各截面温度分布发生变化,有限元分析中假设沿柱计算长度方向各截面温度分布相同的结论不再适用。提出考虑损伤平台的高温下混凝土柱承载力简化计算模型,显著提高了计算精度,证明了该方法的正确性和可靠性。     

受火后钢-混凝土组合梁材料性能试验研究

为研究火灾高温后组合梁桥的基本材料力学性能与特征,共制作3片具有代表性的缩尺梁模型：简支 T 形梁、简支箱形梁及连续箱形梁,利用火灾试验炉进行局部三面受火试验,并给出详细的试验方案。通过受火后取样试件与未受火试件的材性试验结果对比,可以发现受火（最高温度在700～900℃）对钢板材料的屈服强度及极限强度均有一定程度的降低,降低幅度为10％～20％;而钢板材料弹性模量随温度升高略有变化,但变化值不大。火灾对混凝土强度材性的影响可以忽略不计,但对其冷却后的材料强度有一定影响,相对于常温混凝土其强度会降低5％左右。     

花岗岩峰后力学特性试验与模型研究

深部围岩在开挖卸载过程中表现出的峰后复杂力学特性一直是工程界十分关注的问题,深入研究岩石峰后力学行为对深部资源开采工程具有重要意义。以深部立井马头门工程为依托,通过室内试验方法研究花岗岩峰后力学特性,采用非线性拟合方法获得花岗岩峰后软化模量与围压的指数关系式,假定岩石的剪胀角为恒定值,基于塑性理论构建考虑围压及剪胀角影响的岩石峰后应变软化模型;以FLAC3D为平台开发数学模型并进行验证,通过构建马头门巷道数值模型,分析深部围岩在应变软化条件下的破坏特征规律。通过研究可知,花岗岩峰后破坏具有脆–延性转化趋势,在高围压条件下,岩石峰后表现出塑性软化破坏特征,岩石峰后软化模量随着围压的增大而减小;通过FLAC3D进行数值验证可知,构建的应变软化模型与试验数据基本吻合,所建立的应变软化模型具有较高的可靠性;通过数值模拟方法分析深部马头门巷道围岩破坏特征可知,巷道拱顶及拱脚等局部区域出现了塑性剪切应变,与现场巷道围岩破损位置及深度基本相同。     

爆炸载荷作用下岩石损伤破裂过程的数值分析

探讨了JWL爆源模型与朗道模型、应变强度分布模型与应变软化模型的异同点,并在CDEM源程序中引入了JWL爆源模型及应变强度分布模型。利用改进的CDEM程序研究了爆炸载荷作用下岩石损伤破裂的物理过程,重点分析了压碎区、破损区比半径及总破裂度随岩石应变强度的变化规律。研究发现：①最大应变强度是控制岩石破裂范围的关键量,最大应变强度从0.5%增加至5%,压碎区比半径从37降至4,破损区比半径从45降至12,岩石总破裂度从55%降至5%;②相同应变强度情况下,岩石更容易发生剪切破坏,剪切破坏产生的破坏区域的比半径较拉伸破坏产生的大2~5,总破裂度大3%左右;③拉伸破坏为主导（拉伸应变强度主控）,破损区的裂缝将沿着径向平直发展;剪切破坏为主导（剪切应变强度主控）,破损区的裂缝将弧状向外扩展。     

经历高温后花岗岩与混凝土力学性质的试验研究

对经历高温后的花岗岩和高强混凝土的力学性能进行了试验研究。比较分析了经历不同温度作用后花岗岩和混凝土的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化情况。研究表明:随受热温度的升高,花岗岩和高强混凝土的强度、弹性模量逐渐下降,峰值应变逐渐增大。高温后花岗岩具有明显不同于高强混凝土的特点,受热温度低于400℃,花岗岩的力学性质变化很小,而混凝土的力学性质迅速劣化。高温对混凝土力学性质的影响程度比对花岗岩要明显。     

温度和应力循环作用下花岗岩力学特性变化规律试验研究

采用多功能岩石高温三轴试验机,对花岗岩试件进行温度上限为100℃～600℃、应力上限分别为各温度下70%和85%单轴抗压强度的温度和应力循环试验,揭示温度和应力循环过程中花岗岩力学特性的变化规律,研究表明:(1)随循环次数增加,花岗岩弹性模量逐渐增大,每次循环加载的上限应变总体呈减小趋势,与应力上限为70%单轴抗压强度相比,应力上限为85%单轴抗压强度时上限应变的降低程度更大;(2)除600℃外,试件经温度和应力循环作用后的单轴抗压强度都大于对应实时温度下的强度值,其中循环温度上限为300℃时,其强度值增幅最大,在循环应力上限为70%与85%抗压强度条件下,增幅分别达到57.1%和50.9%;(3)经温度和应力循环后,花岗岩试件的强度产生明显变化,而峰值应变与实时温度下的峰值应变相差不大,说明从变形条件研究岩石的稳定性比强度条件研究岩石的稳定性更符合试验规律。研究结果对受温度和应力循环作用的深部岩石工程的稳定性研究有一定的借鉴价值。     

剪切荷载下贯通结构面应变能演化机制研究

 开展贯通结构面剪切荷载下应变能演化规律研究,有利于更好地理解岩体复杂的力学行为。以重庆武隆鸡尾山滑坡岩体结构面为例,综合利用三维激光扫描、红外热成像以及离散元数值模拟等技术,开展岩体结构面室内与数值试验,获取剪切破坏全过程应变能演化规律。研究结果显示：(1) 贯通结构面剪切破坏时,能量集聚发生在岩体结构面表面,其中面向剪切方向的部位,能量集聚相对较多,证明这些部位在剪切破坏过程中起到主要抗剪作用;(2) 贯通结构面上下盘接触部位在剪切破坏前,发生能量集聚现象,弹性应变能增加,当增加到能量极限时,接触部位岩体被剪断破坏,能量释放,应变能减小。并且不同部位的应变能演化规律不一样,结构面中部位置剪切破坏时上下盘可能发生多次摩擦,能量演化也交替出现集聚与释放现象;(3) 红外热成像试验温度分布结果与数值模拟弹性应变能结果具有较好的一致性,说明数值模拟数据真实可靠。该研究成果对完善岩体不同荷载下的能量演化机制做出了一定贡献。     

Influence of thermal damage on physical properties of a granite rock: Porosity, permeability and ultrasonic wave evolutions

In this paper, parameters for characterization of connected porosity and overall damage in the thermally-cracked rock of granite in order to assess, respectively, its transport properties and its mechanical strength are identified and quantified. Samples were heated to a range of peak temperatures up to 600 °C at ambient pressure. Characterizations were made by measurement of porosity, gas permeability, velocity and attenuation of ultrasonic waves. Our study confirms the strong influence of thermal damage on physical properties, and shows clearly the potential of the above techniques in connection with this type of damage. Typically, we show that the porosity measurement only informs about open porosity, which is distributed and available at rock surface, whereas the gas permeability measurement characterizes the connected porosity. As for the ultrasonic wave propagation, it is sensitive to overall damage in the material. Nevertheless, we observed that the three techniques are complementary and similarly describe the rock behavior in each stage of heat treatment; they show a good consistency between them.     

云南扁平状大断面公路隧道施工力学响应数值模拟

结合昆明-古林高速公路上的阳宗隧道的设计和地质情况,对软弱围岩条件下的扁平状大断面公路隧道采用不同方法施工时的力学响应进行了数值模拟,分析了围岩和支护结构体非线性力学行为的地应力场、位移场,确定了适合于大断面公路隧道的合理施方法。     

高地应力下岩体的破坏特征分析

结合工程实践经验,对高地应力下岩体的破坏特征进行了分析研究,研究发现,其破坏分硬岩和软岩两种,硬岩下有时会发生岩爆,软岩下可能会发生挤压大变形,都给施工造成了困难,指出在施工中都要对高地应力进行逐步释放,并做好施工辅助措施,以确保施工安全。