岩石冻融力学实验及损伤扩展特性

通过红砂岩和页岩两种岩石饱水后的冻融力学实验,系统研究了岩性及冻融循环等对岩石损伤力学特性的影响;充分考虑岩石细观结构的非均匀性,运用宏观唯象损伤力学和非平衡统计的概念和方法,得到了冻融受荷岩石的损伤演化方程;应用推广后的应变等价原理,对不同冻融次数下受荷岩石应力与应变的变化规律,得到统一的损伤扩展本构关系;探讨了岩石...     

冻融循环作用下砂岩力学特性与电镜扫描试验研究

通过对取自新疆阿勒泰某隧道的砂岩开展冻融循环试验,在-25℃下冻结9 h,(20±2)℃下融解5 h,为一个冻融循环过程,对岩样分别进行0、5、10、20、30、40、50、60、80次冻融循环。然后,进行单轴压缩试验和电镜扫描试验,得到经历不同次数冻融循环后的饱和砂岩破坏特征、应力-应变曲线、弹性模量、泊松比,并分析该砂岩物理力学特性和破坏断口微裂纹演化与冻融条循环次数之间的关系。结果表明:随着循环次数的增加,该砂岩岩样弹性模量呈不同程度降低趋势,峰值应变呈逐渐增大趋势,而泊松比呈先增加后减小趋势,微裂纹长度、宽度及面积不同程度呈增大趋势,使砂岩损伤劣化不断加剧。     

水分及冻融效应对页岩力学特性影响的试验研究

将页岩试样干燥后进行饱水及冻融循环试验,并对各种状态下的岩样进行力学特性试验,研究了岩石的遇水软化性、冻融劣化及变形破坏规律,分析其损伤扩展特性。结果表明:水分及冻融循环对页岩的力学效应有重要影响。岩石结构弱化,摩擦特性增强,力学性质产生劣化,但经历20次冻融循环后冻融损伤趋于稳定。     

动荷载下粉煤灰土冻融损伤特性试验

为研究粉煤灰土作为路基填料的动力特性,通过粉煤灰土冻融循环后的动三轴试验,得出了动强度与冻融循环次数的关系,动模量与冻融循环次数的关系及动模量损伤数学模型,与试验对比结果表明:冻融循环次数与初始动模量预测粉煤灰土路基的动力性能指标的变化,模型具有较高的精度.有助于评估冻融循环对粉煤灰土路基使用寿命的影响.     

冻融作用下炭质页岩微结构损伤特性研究

通过核磁共振(NMR)试验分析冻融循环作用下炭质页岩的T2谱分布、孔隙度、T2谱面积的变化,利用超声波检测分析冻融循环作用下炭质页岩纵波波速的变化,引入损伤变量探讨炭质页岩冻融损伤与循环次数的关系,建立了炭质页岩冻融损伤演化方程。结果表明,随冻融次数的增多,炭质页岩T2谱分布、T2谱面积及孔隙度均逐渐增大,纵波波速在不断衰减;当冻融循环次数达400次时,炭质页岩微结构损伤度达到最大值。     

冻融环境下混凝土力学性能试验及损伤演化

在我国西部寒区,冻融作用往往是导致混凝土破坏的主要因素之一。通过对饱水状态下的多组混凝土试样进行冻融循环试验,并对试验后的试样进行了单轴压缩试验,从损伤和能量耗散的角度对试样进行了力学性能的分析;运用CT细观试验的方法初步对经历不同冻融循环次数下的试样进行了细观结构分析。通过试验研究,得到了饱水状态下混凝土材料的冻融破坏特征,以及不同冻融循环次数下试样质量、单轴应力-应变全过程曲线、抗压强度、能量耗散和细观结构的变化特征,系统研究了冻融循环下混凝土主要物理力学性能及损伤演化规律,为寒区重大工程冻融灾变预测提供较可靠的基础依据。     

分级循环荷载下保护层开采扰动煤岩强度及裂隙特性研究

针对回采时反复采动作用下的保护层开采扰动煤岩极易诱发巷道围岩失稳的问题,采用分级循环荷载模拟实际回采工程中采动应力的长期作用,研究保护层开采扰动煤岩在循环荷载作用下的力学强度及变形破坏特性.试验结果表明,在加卸载过程中,受保护层开采扰动煤样的体积膨胀变形明显,煤样内部结构破坏程度比未受保护层开采扰动煤样更高.在加卸载后期,受保护层开采扰动煤样表现为塑性破坏,未受保护层开采扰动煤样发生明显的脆性破坏.相比于未受保护层开采扰动煤样,受保护层开采扰动煤样的峰值强度下降,单位体积（直径为50 mm,高度为100 mm）内的煤样裂隙体积显著增加,峰值强度和裂隙体积占比均沿煤层走向分布较为均匀.处于断层带的未受保护层开采扰动煤样的彼此物性差异较大.受保护层开采扰动煤样比未受保护层开采扰动煤样更符合“煤岩破坏时,裂隙空间复杂程度与峰值强度存在反向对应分布”规律.     

在拉伸载荷下铁素体球墨铸铁损伤力学特性

根据损伤力学的基本原理,利用测量电阻的方法,研究了拉伸受力状态下铁素体球墨铸铁的损伤力学特性．研究结果表明,当应力大于一定值时损伤发生,且随应力增加而逐渐增大,并得出了损伤变量随应力而变化的数学模型．铁素体球墨铸铁的损伤阈值低于屈服强度．损伤阈值随球化率而增大,但临界损伤变量与球化率的关系不大,在本试验条件下,约为０．０６～０．０６８．     

单轴压缩下三裂隙黄砂岩力学特性及裂纹扩展试验研究

为了研究单轴压缩下含裂隙黄砂岩的损伤劣化机理,利用伺服压力机对预制断续三裂隙黄砂岩进行单轴压缩试验,并结合高清摄像机录像对试样破坏全过程进行监控,进而分析了不同中心裂隙倾角α对三裂隙黄砂岩力学特性、裂纹扩展规律及破坏模式的影响。结果表明,随着中心裂隙倾角α的增加:(1)三裂隙黄砂岩单轴抗压强度先增大后减小,与完整砂岩试样相比,三裂隙黄砂岩试样峰值强度降低明显;(2)初始裂纹由岩桥区域附近萌生,α=15°、30°时垂直于中心裂隙B,α=45°时发展为连通裂隙AB、BC尖端并与中心裂隙B成一定角度,次生裂纹沿轴向扩展,主裂纹沿试样上下端面及边缘扩展;(3)裂隙砂岩试样的破坏模式由张拉破坏变为劈裂破坏,最后变为剪切破坏。     

冻融荷载下节理岩体的复合损伤模型

针对工程实际中的冻融受荷岩体,以岩石初始损伤状态为参考状态,将冻融与荷载作用引起的损伤视为细观损伤,节理引起的损伤视为宏观损伤,根据Lemaitre应变等效性假设,推导建立考虑宏细观缺陷的节理岩体复合损伤模型.应用该模型分析贯通率和冻融次数分别对岩体力学性质劣化的影响,结果表明:在贯通率一定时,损伤演化曲线随冻融次数的增加而增加,试验与理论峰值强度(或弹性模量)曲线随冻融循环次数增加而降低;在冻融次数一定时,损伤演化曲线与贯通率呈正相关关系,试验与理论峰值强度(或弹性模量)与贯通率呈负相关关系.说明贯通率与冻融次数对岩体的劣化产生一定影响,且饱和试验组受冻融效应较天然试验组力学性能劣化严重.将所建模型计算结果与试验值进行比较,理论曲线与试验曲线吻合良好,验证了所建模型的合理性与有效性.     

平面应变条件下冻融循环对黄土力学性质的影响

以原状黄土为研究对象,通过平面应变试验,研究冻融循环对原状黄土物理力学性质的影响.结果表明:随着冻融循环周期的增大,土样表面损伤越严重;在同含水率、同固结围压的条件下,原状黄土的偏应力-轴向应变(σ1-63)-e1曲线随着冻融循环次数的增大而逐渐减小,并且冻融循环对原状黄土(σ1-σ3)-ε1曲线的劣化作用随着含水率的...     

Behavior of high water-cement ratio concrete under biaxial compression after freeze-thaw cycles

The high water-cement ratio concrete specimens under biaxial compression that completed in a triaxial testing machine were experimentally studied. Strength and deformations of plain concrete specimens in two loading direction under biaxial compression with stress ratio of a=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 were obtained after 0, 25, 50 cycles of freeze-thaw. Influences of freeze-thaw cycles and stress ratio on the peak stress and deformation of this point were analyzed according to the experimental results, Based on the test data, the failure criterion expressed in terms of principal stress after different cycles of freeze-thaw, and the failure criterion with consideration of the influence of freeze-thaw cycle and stress ratio were proposed respectively.     

冻融循环条件下水泥稳定风化集料抗剪强度试验研究

选取质量分数分别为3%、5%、7%、9%的水泥,掺入到风化集料中,标准条件下养护7 d后,将冻融试验箱的温度调节在-15～15 ℃范围, 分别进行1、3、5、7、9次冻融循环,并在应变式直剪仪上进行直接剪切试验,得到了不同掺量的水泥稳定三峡库区风化集料内摩擦角和粘聚力经过不同次数的冻融循环作用后的变化规律。采用库仑理论计算出不同上覆荷载作用下,水泥稳定风化集料的抗剪强度变化规律,以期为三峡库区风化集料用作道路基层提供理论依据和试验指导。     

冻融环境下混凝土的断裂损伤试验研究

为研究冻融作用后混凝土的断裂性能及断裂特征,依据GBJ82-85混凝土快速冻融循环试验方法,对24组共72块混凝土试件进行冻融试验.采用四点弯曲试验法分析了300次快速冻融循环条件下水灰比、引气剂对混凝土断裂韧度,断裂能及相对动弹模损失率的影响,并进行了混凝土形貌分析.结果表明,随冻融循环次数的增加,混凝土的断裂韧度、断裂能及相对动弹模损失率呈明显下降趋势,水灰比越大、混凝土随冻融循环次数增加损伤程度越大.引气剂能够大幅度降低由于冻融循环造成的混凝土结构的损伤,断裂能损失率与相对动弹模损失率之间具有良好的线性关系.     

Effect of freeze-thaw cycles on bond strength between steel bars and concrete

The effect of freezing and thawing cycles on mechanical properties of concrete （compressive, splitting tensile strength） was experimentally investigated. According to the pullout test data of three kinds of deformed steel bars, the bond stress-slip curves after freezing and thawing were obtained. The empirical equations of peak bond strength were proposed that the damage accounted for effects of freezing and thawing cycle. Meanwhile, the mechanism of bond deterioration between steel bars and concrete after freezing and thawing cycles was discussed. All these conclusions will be useful to the durability design and reliability calculation of RC structures in cold region.     

Concrete damage and neutralization under coupling effect of carbonation and freeze-thaw cycles

Simulating the coupling effect brought by freeze-thaw and carbonation environment,we experimentally investigated concrete durability,the variation characteristics of both concrete dynamic elastic modulus,and its neutralization depth.The influences imposed by carbonation on the freeze-thaw damage of concrete was studied as well and vise versa so as to shed light on the influencing mechanism together with the mutual interaction between them.The experimental results show that the damage caused by the coupling effect of freeze-thaw and carbonation on concrete is severer than any single effect of them two could bring.This provides certain theoretical references and paves down foundations for the further study in concrete durability related by the coupling environmental effect.     

往复荷载下预紧力对露出型柱脚力学性能的影响

预紧力作用下锚栓与结构协同工作时柱脚各组件的应力和柱脚刚度发生怎样的变化,有待于进一步研究.以露出型柱脚为研究对象,利用ANSYS软件,建立考虑接触的三维有限元模型,进行循环荷载下的非线性分析,研究锚栓预紧力对柱脚整体及各部分组件的力学性能影响.结果表明：预紧力可使锚栓与底板的连接更加紧密,增强柱脚的整体性和初始抗弯刚度,延缓底板的翘曲,但是由于锚栓预紧力的影响,锚栓的塑性变形发展趋势增加.考虑抗震设防要求进行柱脚设计时宜合理选择锚栓预紧力.     

Deterioration mechanism of sulfate attack on concrete under freeze-thaw cycles

The experiments of concrete attacked by sulfate solution under freeze-thaw cycles were investigated. The sulfate solution includes two types of 5% Na2SO4 and 5% MgSO4. Through the experiment, microstructural analyses such as SEM, XRD and TGA measurements were performed on the selected samples after freeze-thaw cycles. The corrosion products of the concrete were distinguished and quantitatively compared by the thermal analysis. Besides, the damage mechanism considering the dynamic modulus of elastically of concrete under the coupling effect was also investigated. The experimental results show that, under the action of freeze-thaw cycles and sulfate attack, the main attack products in concrete are ettringite and gypsum. The corrosion products exposed to MgSO4 solution are more than those to Na2SO4 solution. Furthermore, the content of gypsum in concrete is less than that of ettringite in test, and some of gypsum can be observed only after a certain corrosion extent. It is also shown that MgSO4 solution has a promoting effect to the damage of concrete under freeze-thaw cycles. Whereas for Na：SO4 solution, the damage of concrete has restrained before 300 freeze-thaw cycles, but the sulfate attack accelerates the deterioration process in its further test period.     

冻融循环作用后圆钢管混凝土界面粘结性能试验研究

为研究冻融循环作用后圆钢管混凝土界面粘结滑移性能,以冻融循环次数、钢管壁厚、混凝土强度为变量,设计21个试件进行推出试验,分析冻融损伤后圆钢管混凝土柱粘结强度、荷载—滑移及钢管应变的变化规律。结果表明：经冻融循环作用后圆钢管混凝土柱的荷载—滑移曲线与未经冻融试件趋势相似,均可分为上升段、下降段、残余段;受冻融循环作用影响的圆钢管混凝土柱界面粘结性能下降,粘结强度与冻融循环次数成反比,界面滑移量总体呈上升趋势;增大套箍系数可增大试件界面粘结强度,提高圆钢管混凝土柱抗冻性能。根据试验结果,提出考虑冻融循环次数和套箍系数的圆钢管混凝土柱粘结强度计算表达式,计算结果与试验结果吻合良好。