透水混凝土的细观孔隙结构分析

为了探究不同骨料粒径及不同胶凝材料用量对透水混凝土内部孔隙结构的影响，采用CT扫描技术对不同骨料粒径以及不同胶凝材料用量的试件进行了试验，并使用重构软件对扫描结果进行了二维及三维分析。结果表明：主要影响透水混凝土孔隙结构的因素是骨料粒径和胶凝材料用量；孔隙结构可以看作由孔室和孔喉两部分组成，骨料粒径对孔室的影响较大，孔室的大小随着骨料粒径的增大逐渐向大孔室发展；孔喉面积主要受胶凝材料用量的影响；孔喉面积对透水混凝土的透水率有一定的影响。     

成型温度对PBX装药内部质量及性能的影响

针对压制成型的PBX炸药装药，选择CT无损检测、巴西实验和扫描电镜检测等技术，对比研究了室温和加热两种温度下压制成型的炸药装药内部质量、静态力学性能和细观破坏形式。结果表明，加热压制有利于改善炸药装药的内部质量，可避免产生初始损伤，且提高了装药的力学性能。细观尺度上，室温压制成型的装药主要发生界面脱黏破坏，加热压制成型装药的主要破坏形式是穿晶断裂。     

基于虚拟元-有限元耦合的隧道内道床干缩裂缝细观研究

为解释道床与盾构隧道管片产生脱空的现象，研究新混凝土在浇筑后由干燥收缩产生的裂缝机理。基于虚拟元推导任意多边形骨料的刚度矩阵格式，利用UEL子程序实现有限元与虚拟元的耦合计算，纯弯梁数值试验结果表明耦合法较有限元法计算效率明显提升，且具有较好的稳定性。在此基础上，建立细观尺度下新老混凝土的干缩数值模型，并通过圆盘干缩模型验证了模型参数。研究骨料和砂浆的应力分布、内部湿度与裂缝发展的对应关系以及新老混凝土表面和界面的应力发展。结果表明：①收缩过程中，骨料主要承受压应力作用，砂浆沿骨料边界的切线方向受骨料约束作用易形成收缩裂缝，在新混凝土表面首先出现大量微小裂缝，随后界面两端发生剥离; ②受表面下骨料的约束作用，新混凝土表面拉应力呈现“驼峰”分布。开裂后表面被划分为多个收缩区，收缩区边界受拉应力，内部受压应力；③界面的拉伸和剪切应力由两侧开始增加，并且随着界面剥离的增加不断内移。在界面内部未剥离区域内存在由界面附近骨料约束导致的局部压应力和剪切应力增大。     

液体介质处理对纳米隔热材料细观结构的影响

为研究液体介质处理对纳米隔热材料细观结构的影响，并掌握材料结构对毛细管力的承受性，将纳米隔热材料分别在无水乙醇和去离子水中进行了浸泡和常温常压干燥处理。采用热导率测试结合SEM、N₂吸附-脱附、光学显微镜等对材料处理前后的细观结构进行了表征，并以Kaganer双孔模型对气相热导率随环境气压的变化进行了描述。研究结果表明，材料固体骨架颗粒尺度和孔隙结构均不受无水乙醇处理的影响；去离子水处理后的材料固体骨架颗粒尺度虽未改变，但颗粒之间的接触面积有所增大，并且孔隙结构发生了两极分化，一部分变大，另一部分变小；处理前以及无水乙醇处理后，材料的孔隙结构均可以等效为70 nm和300 nm两种尺度的典型孔隙，占比分别约为81%和19%，而去离子水处理后的材料孔隙结构需要等效为30 nm和60 μm两种尺度的典型孔隙，占比分别约为58%和42%。     

低应变率下混凝土动态拉伸破坏尺寸效应细观模拟

在混凝土静态破坏尺寸效应方面已取得了较完善的成果,而在动态破坏尺寸效应方面,包括其产生机制及对应的尺寸效应律的研究则非常匮乏。为探讨动态荷载作用下混凝土尺寸效应行为,从细观角度出发,结合混凝土细观结构特征,考虑动态加载下细观组分应变率效应的影响,建立了混凝土破坏行为研究的细观力学分析模型与方法。以双边缺口混凝土试件为例,对其在低应变率(10~(-5) s~(-1)～1 s~(-1))下混凝土动态拉伸破坏行为及尺寸效应进行细观数值模拟,并分析了应变率效应对动态破坏尺寸效应的影响。最后,结合应变率效应对强度及尺寸效应的影响规律—"强度增强效应"与"尺寸效应削弱效应",在静态破坏尺寸效应律的基础上,建立了混凝土拉伸强度的"静动态统一"尺寸效应理论公式,并验证了理论公式的准确性和合理性。     

干湿循环作用下弱胶结砂岩声发射特征及其细观劣化机理

针对弱胶结砂岩遇水软化和泥化现象，采用饱水实验、QEMSCAN扫描电镜以及声发射试验，对不同干湿循环次数作用下弱胶结砂岩的物理力学性质及其细观结构特征变化进行了探讨。研究表明:弱胶结砂岩遇水软化宏观特性分为4类，其宏观特性的差异主要取决于弱胶结砂岩细观颗粒胶结方式、胶结物成分和含量相关等细观参数;弱胶结砂岩遇水软化细观特征，一方面在饱水过程中胶结物溶蚀逐渐减少、颗粒自身膨胀产生细粒碎屑，另一方面饱水过程中导致岩样内部次生孔隙率增大;随着干湿循环次数的增加AE事件计数率与能量释放率也不断的降低，主要是干湿循环次数增加，砂岩内部骨架颗粒与胶结物质均得到不同程度的软化，颗粒胶结性能变差，裂纹发展速度较缓，规模较小，释放的能量较小，因此，随着干湿循环作用增加砂岩破坏时出现较低的试件计数率和能量释放率，反映出干湿循环次数增加后应力扰动敏感性降低进而导致破坏程度降低，为进一步研究弱胶结砂岩变形破坏机理奠定基础。     

X型裂隙破裂试验及数值模拟研究

为研究交叉裂隙对类岩石试样的物理力学性质的影响,制备了与岩石物理力学性质相似的类岩石材料,并对含不同角度主次裂隙的标准立方体试样进行单轴压缩试验,得到试样最终破坏模式及应力-应变曲线,同时利用RFPA对其进行了数值模拟研究,得出研究结果,可为认识水工裂隙岩石破裂规律提供参考。     

泵送剂掺量对充填料浆流动性能及充填体力学性能的影响

泵送剂作为改善充填料浆流动性能的添加剂，已经被广泛应用于矿山，但泵送剂对料浆凝固后充填体力学性能的影响却尚不明确。针对某矿不同泵送剂掺量的充填料浆，开展了料浆塌落度试验、流变试验 、充填体试块单轴抗压强度试验及试块电镜细观试验。结果表明：泵送剂对塌落度呈非线性梯度影响，随着泵送剂掺量不断增加，同剂量的泵送剂对塌落度的影响能力慢慢减弱；屈服应力与塑性黏度均随泵送剂掺量 的增加而降低，泵送剂掺量在超过3%后，屈服应力的下降幅度明显减缓，而对于塑性黏度，掺量超过2%时，其下降幅度就已经开始明显减缓；泵送剂对3 d养护龄期试块强度的影响较弱，而对于7 d、28 d养护龄期试 块，掺量为1%和2%时，对充填体抗压强度的影响是正面的，当掺量大于2%时，充填试块抗压强度呈下降趋势；掺量在1%时充填试块的细观结构是最致密的，随着泵送剂掺量的增加，大孔隙逐渐增加。综合考虑泵送剂 成本、料浆流动性及抗压强度，针对试验中的料浆配比，推荐泵送剂掺量为2%。     

脆性各向异性岩石破坏过程数值模拟

在改进刚体弹簧方法的基础上,采用Hoek-Brown准则判断界面破坏,提出各向异性Voronoi网格的生成方法,并引入界面细观参数各向异性的赋值函数,最终建立了脆性各向异性岩石损伤破坏过程的数值模拟方法。利用该方法对文献中的试验结果进行了模拟。计算表明,该方法不仅能成功模拟岩石抗压强度随软弱面倾角变化的"U"形规律,定量上与试验结果吻合良好,而且能同时定量模拟岩石变形特性即弹性模量和泊松比的各向异性特征。