层状岩体在三轴加载下的扩容及塑性应变特性

为研究层状岩体在三轴加载下的扩容及塑性应变特性,选取具有典型层理构造的千枚岩为研究对象,制作倾角为0°、30°、45°、90°标准岩样,采用MTS815试验系统进行三轴加载试验,定义了塑性应变比以研究轴向与环向裂隙的发展速度。结果表明:千枚岩应力-应变曲线5个典型区段及特征应力与围压和层理倾角存在明显的相关性;千枚岩扩容起点对应的体应变随着围压的升高而减小,扩容起点对应的轴向应变和体应变随着倾角的增大而减小;不同层理倾角千枚岩长期黏聚力普遍大于峰值黏聚力,长期摩擦角普遍小于峰值摩擦角;较低围压水平下轴向裂隙的发展速度比环向裂隙的发展速度更快,较高围压水平下环向裂隙的发展速度随着偏应力增大而显著变快。     

岩石巴西圆盘复合型断裂力学特征及空间效应研究

在不同加载角 直切槽巴西圆盘室内试验基础上,通过数值模拟结果与室内试验是否相符,标定细观参数以使PFC3D能展现出与室内实验相符合的特征。结果表明：当 时,断裂韧度差值 与加载角 呈线性关系;依据试验结果,拟合建立起荷载峰值与加载角 的关系表达式,可预测不同加载角 下的荷载峰值;三维数值分析得出裂隙尖端拉压临界角大于二维经典理论的结果,且由边面至跨中截面逐渐增加;随着加载角 的增加,直切槽周围最大张拉应力点由尖端向圆盘中心偏移;三维数值分析结果显示, 型断裂的空间效应最小,巴西劈裂最显著。     

几何与非几何相似试件确定混凝土韧度及强度

几何相似与非几何相似试件,分别为尺寸效应与边界效应模型的推荐试件型式。考虑尺寸效应和边界效应模型的各自特点与优势,提出了改进的混凝土离散颗粒断裂模型。基于几何相似与非几何相似两类试件的断裂试验,确定出混凝土的材料参数——断裂韧度与拉伸强度,并与试验强度值及由尺寸效应模型确定的断裂韧度进行了比较。结果表明:当韧带高度(W-a0)与骨料代表尺寸di的比值约为10时,对应的断裂韧度与拉伸强度的确定曲线的相关系数最佳,且与试验强度值、尺寸效应模型断裂韧度计算值吻合较好。采用几何相似、非几何相似、几何与非几何相似试件确定的混凝土材料参数,分别建立了不同情况下混凝土断裂破坏设计预测曲线,其±20%即可涵盖全部试验数据。基于统计归纳,可取虚拟裂缝扩展量Δafic=ndi和特征裂缝长度a*∞=0.5di,进而建立了峰值荷载与断裂韧度、峰值荷载与拉伸强度的解析关系式,实现了由实测峰值荷载直接确定出混凝土的断裂韧度与拉伸强度的目的,预测值的±15%可涵盖所有试验数据。基于解析公式,预测了满足线弹性断裂的大尺寸真实结构的峰值状态。     

千枚岩单轴压缩各向异性蠕变特性试验研究

为研究千枚岩蠕变的各向异性特征,以具有典型层理构造的千枚岩为例,根据层理面与水平面的夹角,分别制作层理倾角为0°、30°、45°、90°的岩样进行单轴压缩蠕变试验。结果表明,千枚岩瞬时应变占总应变的比例由第一级荷载的63.8%～99.8%逐渐降低到最后一级荷载的56.6%～85.2%;蠕变应变由第一级荷载的0.012‰～0.250‰,线性增加到最后一级荷载的0.43‰～1.07‰,蠕变应变占总应变的比例由第一级荷载的1.2%～27.4%逐渐增加到最后一级荷载的14.8%～43.4%;层理倾斜岩样的具有明显的蠕变特性,层理倾角30°岩样轴向蠕变速率最高;岩样长期强度与短期强度比值范围为0.62～0.64,随层理倾角的增加,长期强度在层理倾角为0°时取得最大值,与此对应,45°时取得最小值,呈中间低两头高的U型分布形式。     

同时确定钢纤维高强混凝土的断裂韧度及拉伸强度

考虑钢纤维高强混凝土试件细观非均质性对宏观断裂的影响机制,将钢纤维掺量、长度、直径及钢纤维抗拉强度等细观层面的钢纤维特征参数,引入钢纤维高强混凝土宏观断裂模型的虚拟裂缝扩展量的具体计算公式,从而发展了考虑钢纤维特性的可同时确定钢纤维高强混凝土的断裂韧度与拉伸强度的模型及方法。采用变化参数为钢纤维掺量和混凝土水灰比的三点弯曲试件,基于所提模型,同时确定了钢纤维高强混凝土的断裂韧度与拉伸强度,确定值与试验拉伸强度值以及尺寸效应模型计算的断裂韧度吻合良好。基于测试数据离散性为钢纤维高强混凝土固有属性的事实,采用确定的断裂韧度及拉伸强度,建立起钢纤维高强混凝土塑性——准脆性——线弹性不同结构断裂模式的±20%全曲线,其可涵盖实验室条件下的所有试验数据。该文所提模型及方法适用于钢纤维高强混凝土及高强混凝土,可为钢纤维高强混凝土等复合材料真实断裂韧度与拉伸强度的确定,及个性化结构断裂破坏的预测等关键科技问题提供依据。     

考虑非贯通节理损伤演化岩体复合本构模型

非贯通节理岩体的力学特征与完整岩石相比有较大差异.为推导非贯通节理岩体在单轴压缩下的复合损伤本构模型,采用修正自洽方法考虑不同损伤变量之间的复合.从附加应变能增量和损伤应变能释放量相关联的思路出发,采用等效直线裂纹作为节理裂隙损伤演化轨迹,分别计算细观损伤、初始节理和节理裂隙损伤演化引起的附加应变能;基于Betti能量互易定理,引入自洽方法考虑节理裂隙之间的相互作用,并采用逐条添加节理的方法对传统自洽方法进行修正,得出岩体不同受力阶段细观、初始节理和节理裂隙损伤演化的复合损伤本构模型;将本构模型的理论计算结果与现有文献的室内试验结果进行对比分析,结果显示:本构模型的理论计算结果与室内试验结果规律一致,随着节理个数增加,初始弹性模量和荷载峰值均呈下降趋势,下降幅度较为一致;节理裂隙的损伤演化对岩体的力学特性有重要影响,考虑节理裂隙损伤演化的理论应力应变曲线和荷载峰值与室内试验结果更为吻合,有效验证了复合损伤本构模型的正确性与合理性.     

确定混凝土开裂与拉伸强度及双K断裂参数

该文考虑混凝土材料的非均质特性,发展了确定无尺寸效应的混凝土开裂强度与起裂韧度、拉伸强度与断裂韧度等材料参数的断裂理论与相应方法。基于三点弯曲、楔入劈拉、四点弯曲等不同类型混凝土试件的断裂试验,确定出对应的开裂强度与起裂韧度、拉伸强度与断裂韧度等材料参数,并与试验强度值及由双K断裂模型确定的双K断裂参数进行了比较,从而验证了所提模型与方法的合理性与适用性。基于确定的材料参数,分别建立了混凝土起裂与断裂破坏的全曲线,给出了确定无尺寸效应起裂韧度的混凝土试件最小理论尺寸。建立了起裂荷载与起裂韧度之间的解析公式,对三点弯曲、楔入劈拉、四点弯曲等不同类型混凝土试件的起裂荷载,以及不同混凝土的起裂韧度进行了成功预测。     

煤矸石粗骨料混凝土力学及耐久性能的研究进展

煤矸石是我国排放量最大的固体废渣之一，将煤矸石作为粗骨料应用在混凝土中，符合绿色环保节能减排的理念，并受到建筑行业和研究人员的广泛关注。通过对煤矸石粗骨料混凝土研究进展的总结，介绍了我国不同地区煤矸石的化学组成和物理性质，总结了煤矸石粗骨料掺量对混凝土的塌落度、力学性能、耐久性能、微观结构的影响，并通过现有煤矸石粗骨料混凝土研究成果的分析，对煤矸石粗骨料混凝土未来的研究方向作出展望。     

层状岩体单轴抗压强度的速率效应力学特性研究

以地下工程建设中普遍存在的层状岩体为研究对象,针对不同层理角度岩样开展了大跨度单轴加载速率试验,系统研究了加载速率对千枚岩力学特性的影响,试验结果表明:千枚岩由于微裂隙的存在,加载速率对裂隙的发育存在一个临界值,随着加载速率的增加,峰值强度未单调增加,而是呈现先升后降再升的S型曲线;层理软弱物质的承载力有限,在高速率条件下,出现了弹性模量下降现象;总能量、弹性应变能、耗散能具有与强度类似的S型曲线变化规律,层理倾角为0°时能量最高、90°时能量最低。