沥青混合料疲劳破坏预测方法的研究

本文采用损伤力学中的唯象学方法着重研究了疲劳设计温度１５℃下沥青混合料劈裂疲劳和劈裂蠕变试验结果间的相互关系，进一步分析了影响两个方法结果差异的因素，建立了运用劈裂蠕变试验方法进行沥青混合料疲劳破坏预测的经验方法，其结果是令人满意的。     

基于灰色关联度的矿料对沥青混合料力学性能的影响分析

为分析矿料含量对沥青混合料力学性能的影响,利用旋转压实方法制备了4种级配沥青混合料,并通过劈裂试验、压缩试验以及蠕变试验研究了4种级配沥青混合料的低温抗开裂能力、常温抗拉/压破坏能力以及蠕变性能。随后,利用卷积积分和Laplace变换推导了4种沥青混合料的松弛模量随加载时间的变化趋势,并结合Burgers模型和二阶广义Maxwell模型对蠕变和松弛特性进行了拟合分析。最后,根据灰色关联度算法计算了矿料含量与沥青混合料力学性能的关联度,分析了矿料含量对混合料力学性能的影响。结果表明:沥青混合料的低温抗开裂、常温抗拉/压性能主要与0.15～0.3 mm和1.18～2.36 mm两档矿料的含量具有较高的相关度;而常温抗蠕变能力主要受0.6～1.18 mm和2.36～4.75 mm两档矿料的影响;温度升高后,抗蠕变能力受矿料含量变化的影响程度增加;松弛强度受细集料含量影响较大,而松弛时间主要受较大粒径矿料含量的影响。     

沥青混合料疲劳损伤的研究

以累积损伤为基础理论，根据六种沥青混凝合料的劈裂疲劳试验结果建立了反映疲劳特性的能量方程，分析了疲劳损伤机理及疲劳破坏过程中能量的累积规律，为建立沥青混合料损伤破坏统一型奠定基础。     

高模量沥青混凝土蠕变特性研究

通过单轴压缩蠕变试验和低温弯曲蠕变试验测试了不同试验条件下高模量沥青混凝土的蠕变劲度模量,分析不同的组成材料对高模量沥青混凝土蠕变性能的影响规律.结果显示低标号沥青和外掺剂能够显著提高沥青混合料的劲度模量,降低沥青混合料在高温蠕变过程中的瞬间变形和黏弹性变形发展的速度,但低温环境下高模量沥青混凝土对持续弯拉应力的松弛能力有所降低.     

沥青混合料损伤蠕变模型试验研究

在三元件黏弹性模型基础上耦合一个连续性损伤因子,构建一个能够描述沥青混合料三阶段蠕变全过程的损伤蠕变模型。综合考虑黏弹性特性与损伤机制,推导了该模型的本构方程,分析了沥青混合料的蠕变特性。通过沥青混合料在不同应力水平下的单轴压缩蠕变实验,编制非线性拟合程序,得到模型参数和损伤演化曲线。将不同应力条件下模型预测值与实验结果进行对比,结果表明,该模型能准确反映不同应力水平下沥青混合料蠕变过程三个阶段的特征和进入破坏阶段的临界时间。     

沥青砂动态剪切蠕变特性

为了解沥青砂的复杂力学行为,给沥青混合料细观力学研究提供数据支持,将几种沥青混合料的配合比转变为沥青砂的配比,采用自主研发的沥青砂成型装置及流变仪夹具获取沥青砂的动态剪切蠕变曲线,基于Burgers模型对蠕变曲线进行拟合,获取动态剪切荷载下沥青砂的黏弹性参数,分析黏弹性参数及松弛模量的变化规律。试验结果显示,Burgers模型对沥青砂动态剪切蠕变曲线具有较好的拟合效果。相同加载时间内,相比于AC-20级配沥青混合料,SMA-16级配沥青混合料蠕变变形量更大。橡胶沥青砂的抗剪切蠕变性能最优。沥青砂蠕变变形影响规律与混合料车辙变形一般影响规律相符。试验温度、沥青用量、沥青种类和级配类型均对沥青砂的黏弹性参数和松弛模量影响显著。     

硬质沥青及其混合料高温性能试验研究

本文对硬质沥青(A-30)和目前沥青路面常用的重交沥青(A-70)进行了DSR试验,对比分析了30号硬质沥青的高温性能;对四种沥青混合料进行单轴蠕变试验和车辙试验,分析了30号硬质沥青混合料的高温性能.试验结果表明:硬质沥青混合料可提高路面结构的高温稳定性,适用于基层铺装.     

浇注式沥青混凝土疲劳寿命的能量法

根据应变控制模式下的4点弯曲疲劳试验方法,用能量法研究了浇注式沥青混合料抗疲劳性能。通过多个应变水平下的疲劳试验,得出浇注式沥青混凝土的疲劳寿命与累积耗散能在双对数坐标下的线性关系。并回归出了浇注式沥青混合料在不同应变水平下疲劳寿命预测方程。用Maxwell模型分析了浇注式沥青混合料疲劳破坏与能量耗散的关系,并将滞后回线和滞后角引入到浇注式沥青混合料疲劳性能研究中,得出滞后角大的混合料有更好的抗疲劳性能。     

掺外加剂沥青混合料路用性能及黏弹性试验分析

为了研究外加剂对沥青混合料路用性能的改善,选取3种外加剂,配制了5种沥青混合料,对其高温稳定性、低温抗裂性能、水稳定性等路用性能及黏弹性进行了试验与分析.试验结果表明:沥青混合料的路用性能与模量关系密切,高温模量最高的抗车辙剂混合料及PR.M混合料的高温稳定性能良好;在低温时模量降低的橡维联混合料的低温抗裂性能良好;添加抗车辙剂与橡维联的沥青混合料兼顾了高、低温性能.掺有抗车辙剂与PR.M的3种沥青混合料,其水稳定性显著改善.配制的5种混合料在不同温度下的蠕变规律基本相同,蠕变变形随时间延长而逐渐增大,直至趋于稳定,混合料抵抗变形能力逐渐提高.对于抗压回弹模量提升效果显著的抗车辙剂和PR.M,其混合料的蠕变劲度模量较其他混合料高.     

表征沥青及沥青混合料性能的流变学模型

本文结合由高、低温蠕变实验所得到的沥青混合料的变形特性,在分析现有流变学模型性能的基础上,提出了一种能较准确地表征沥青混合料变形特性的流变学模型,推导了其蠕变方程,并通过蠕变实验结果确定了材料的模型参数,为采用流变学理论和粘弹性理论研究沥青混合料及沥青路面奠定了基础。     

主蒸汽管道蠕变变形寿命损耗量

根据塑性变形基本方程导出多维应力状态蠕变条件下总应变能计算式．按照总应变能耗散失效理论得出主蒸汽管道蠕变变形寿命损耗量表达式．     

Creep properties and resistivity-ultrasonic-AE responses of cemented gangue backfill column under high-stress area

To investigate the creep and instability properties of a cemented gangue backfill column under a highstress area, the uniaxial compression creep tests were conducted by single-step and multi-step loading of prismatic samples made of cemented gangue backfill material(CGBM) under the high stressstrength ratio. The creep damage was monitored using an electrical resistivity device, ultrasonic testing device, and acoustic emission(AE) instrument. The results showed that the CGBM sample has a creep hardening property. The creep failure strength(CFS) is slightly larger than the uniaxial compressive strength(UCS), ranging in ratio from 108.9% to 116.5%. The instantaneous strain, creep strain, and creep rate increase with increasing stress-strength ratio in the single-step loading creep tests. The instantaneous strain and creep strain decrease first and then increase during the multi-step loading creep process. The axial creep strain of the CGBM column can be expressed by the viscoelastic-plastic creep model. Creep instability is caused by the accumulation of strain energy under multi-step loading and the continuous lateral expansion at the unconstrained middle position during the creep process. The creep stability of a CGBM column in a high-stress area can be monitored based on the variation of electrical resistivity, ultrasonic pulse velocity(UPV), and AE signals.     

灌浆节理的剪切特性和剪切蠕变特性试验

通过剪切试验和剪切蠕变试验,研究了灌注水泥浆的硬性节理面的剪切特性和剪切蠕变特性.首先,利用大理岩制作了张拉型节理面,灌注水泥浆液,形成灌浆节理面;然后,利用三轴室进行直剪破坏试验,得到了灌浆节理面的变形特性和剪切破坏特性;第三,进行了灌浆节理的剪切蠕变破坏试验,得到了灌浆节理面剪切蠕变破坏特性和蠕变变形特性;最后,对直剪试验和剪切蠕变破坏试验结果进行了分析.所得结果加深了对灌浆节理面剪切破坏及变形特性的认识,为进一步研究灌浆节理面的抗剪强度与蠕变模型,提供了前提基础.     

(TiB+TiC)/Ti复合材料的高温蠕变机制

对原位合成非连续增强体积分数为5%的(TiB+TiC)/Ti复合材料和纯Ti在500~700℃温度范围内的蠕变变形机制进行了研究.结果表明,复合材料在实验温度范围内其应力指数为5.80~6.43,与扩散型变形机制的应力指数相近,激活能为284 kJ/mol;Ti的蠕变机制随温度的提高发生了变化,在500℃和600℃温度的下应力指数为4.30、4.03,与位错型蠕变变形机制应力指数相近,其激活能为228 kJ/mol;而在700℃时Ti的蠕变机制为扩散型变形机制,应力指数为5.91.在700℃时纯钛和复合材料的蠕变速率和应力指数n较接近,这说明在此温度下由于增强相与基体传递载荷的能力下降,导致了增强效果的下降.     

废弃纤维再生混凝土受压徐变及预测模型

为研究再生粗骨料替代率、废弃纤维体积掺入量对废弃纤维再生混凝土受压徐变破坏时间、徐变变形和徐变度的影响规律,对普通混凝土、再生混凝土和废弃纤维再生混凝土试件在实验室条件下进行了85%、90%和95%应力水平的徐变试验。试验结果表明：随着再生粗骨料替代率的增加,徐变破坏的时间缩短、徐变变形及徐变度增大;随着废弃纤维体积掺入量的增加,徐变变形及徐变度减小,徐变破坏时间增加。废弃纤维的加入能有效缓解再生混凝土受压徐变的破坏程度。在考虑再生粗骨料替代率及废弃纤维体积掺入量的基础上,对ACI209R徐变预测模型进行修正,模型预测结果与试验值吻合较好。     

循环蠕变加载下疲劳裂纹扩展速率的探讨

根据循环蠕变加载下应力-应变迟滞徊线的周期性,提出了在一个循环周期内以应变能密度为损伤参量,并把材料的机械疲劳损伤和蠕变损伤统一处理的方法,以解决这两种损伤之间的交互作用问题;指出了在循环蠕变的加速现象中包含了这两种损伤之间的交互作用的效果;借助于等效杨氏模量概念,对静蠕变公式进行修正后用于循环蠕变的应变计算,进而对能量密度进行计算。然后参照单轴疲劳的研究过程,导出了循环蠕变加载下基于能量密度的疲劳裂纹扩展速率公式。     

岩石非线性蠕变模型

在西原模型的基础上,研究建立了一种新的岩石非线性蠕变模型.首先,在分析岩石宏、细观蠕变过程的基础上,提出了蠕变参数变化率概念;以此为基础,统一建立了等速蠕变和加速蠕变阶段的岩石蠕变参数变化公式.然后,利用该非线性蠕变参数以及根据岩石的屈服软化过程,以西原模型为基础,建立了岩石的非线性弹-粘弹-粘塑性蠕变模型.最后,将单轴压缩蠕变试验结果与数值计算结果对比,验证了模型对于描述岩石全过程蠕变变形破坏的正确性.     

超静孔隙水压下软土卸荷蠕变特性试验研究

考虑超静孔隙水压作用的软土卸荷力学特性对富水软土地区地下空间开挖变形和稳定性分析具有重要作用。以深圳地区淤泥质软土为研究对象,开展不同初始超静孔隙水压作用下的K₀固结不排水三轴卸荷强度试验和卸荷蠕变试验。试验结果表明：初始超静孔隙水压越大,固结围压越小,软土卸荷破坏越具有突然性;软土卸荷强度应力-应变曲线大致呈双曲线型,其双曲线函数拟合结果表明,卸荷强度随着初始超静孔隙水压的增大而大致线性减小。卸荷蠕变对初始超静孔隙水压敏感性很大,卸荷蠕变破坏时的偏应力约为卸荷强度试验中偏应力的90%。UU0.5应力路径相对于UU0.0应力路径更容易发生卸荷强度破坏和卸荷蠕变破坏,在实际工程中,应尽可能控制软土侧向卸荷比和超静孔隙水压的大小。     

Influence of creep strength of weld on interfacial creep damage of dissimilar welded joint between martensitic and bainitic heat-resistant steel

The mechanical properties, creep rupture strength, creep damage and failure characteristics of dissimilar metal welded joint (DMWJ) between martensitic (SA213T91) and bainitic heat-resistant steel (12Cr2MoWVTiB(G102)) have been investigated by means of pulsed argon arc welding, high temperature accelerated simulation, mechanical and creep rupture test, and scanning electronic microscope (SEM). The results show that there is a marked drop of mechanical properties of undermatching joint, and low ductility cracking along weld/G102 interface is induced due to creep damage. Creep rupture strength of overmatching joint is the least. The mechanical properties of medium matching joint are superior to those of overmatching and undermatching joint, and creep damage and failure tendency along the interface of weld /G102 are lower than those of overmatching and undermatching joint after accelerated simulation for 500 h, 1 000 h, 1 500 h, and the creep rupture strength of medium matching joint is the same as that of undermatching joint. Therefore, it is reasonable that the medium matching material is used for dissimilar welded joint between martensitic and bainitic steel.     

大岗山水电站坝区辉绿岩流变特性的三轴试验研究

为解决大岗山水电站坝基的辉绿岩的流变力学问题,利用RLW-1000三轴流变仪进行了不同应力路径下的三轴流变试验,得到了各工况下的应力-应变-时间曲线。结果表明：辉绿岩是典型的硬脆性岩石,存在明显的流变门槛值,破坏时表现为突发性的脆性破裂。在破裂应力水平下表现出减速蠕变、等速蠕变和加速蠕变,减速蠕变和加速蠕变历时都十分短暂。临近破裂时的横向蠕变速率均不同程度的大于轴向,这是导致岩石扩容的主要原因。由于流变过程中损伤不断发展,导致岩石整体强度下降,因此流变破坏强度普遍低于常规三轴压缩试验瞬时破坏强度。辉绿岩存在一定的蚀变现象,蚀变矿物呈细鳞片状集合体。由于蚀变带的存在,使得岩块的强度受到影响,岩石破裂极易发生在结晶程度较差的矿物颗粒部位或胶结程度较差的两种矿物接触部位。