节理试样法向蠕变特征及其非定常Kelvin模型

为研究不同法向载荷下大理岩节理试样法向蠕变特征,对4个大理岩节理试样进行了5个法向载荷下的短期蠕变试验。基于节理法向蠕变机理和蠕变试验曲线特征,提出一种非定常Kelvin蠕变模型,并对模型适用性进行分析。结果表明:大理岩节理试样短期法向蠕变主要包括减速蠕变阶段和等速蠕变阶段。在蠕变量较小时,减速蠕变阶段较短;反之,较长。非定常Kelvin模型对蠕变试验曲线的拟合效果较好。随法向载荷增加,节理试样法向蠕变量和拟合相关系数R2整体上呈先减小后增大趋势,粘弹性模量和初始粘滞系数呈先增大后减小趋势。研究结论对岩石节理试样法向蠕变的数值模拟和岩体工程实践具有一定帮助。     

不同深度玄武岩的三点弯曲细观破坏实验研究

 现有深部岩石力学研究大多是从某一深度取出岩样,然后施加不同围压用于模拟不同深度,由此来研究不同深度情况下岩石的物理力学行为这一情况,然而实际中如果深度发生变化,不仅围压发生变化,岩石自身的微细观结构也会发生变化。针对此情况,选取北京门头沟一个有特点的区域,该区域从地表到深度1 100多米都有玄武岩。借助带加载装置扫描电镜(SEM)系统实时观察中心预制缺口不同深度玄武岩、偏心单裂纹及双裂纹玄武岩的细观破坏行为,揭示深度导致岩石力学性能变化的细观机制。研究发现,三点弯曲玄武岩试样中裂纹多数从预置缺口处萌生,进而发展成一条连续主裂纹。不同深度玄武岩的破坏荷载及断裂能随埋深呈增加趋势,主要原因是随着深度增加玄武岩更为致密,孔隙率小;相同偏心距下,偏心单、双2组试样峰值荷载和断裂能都几乎相同,且都随偏心距的增大而线性增加,主要原因是偏置裂纹试件缺口附近受到剪切力和弯矩的双重影响,但随着偏心距离的增加,弯矩影响在逐渐减少,这导致了峰值荷载和断裂能增加。     

结构钢的超低周疲劳性能

极端荷载条件下(如地震、支座沉降等),钢结构经历大变形、单调加载或超低周疲劳(ULCF)(Nf100次)导致断裂。尽管已对单调延性损伤和低周疲劳(LCF)进行了研究并建立模型,但对ULCF的研究尚不充分。介绍S185结构钢ULCF性能的研究结果。提出可得到缺口试样ULCF数据的试验方案。研究也得到材料的LCF和单调损伤数据,ULCF通过这两种情况展示其损伤特点。研究得到光滑试样的LCF数据,同时结合基于图像的方法,对光滑试样和缺口试样进行单调拉伸试验。为预测试样的ULCF寿命,采用非线性有限元模型对相关参数的变化历史进行模拟。基于现有的试验数据,采用3种建模方法对试样的ULCF性能进行评估,为进一步提高其性能给出了重要建议。     

蠕变对含瓦斯煤渗透率影响的试验分析

 以重庆市松藻煤电公司石壕矿原煤制备的型煤试样为研究对象,设计含瓦斯试样的三轴蠕变及渗流试验方法和步骤。利用试样瓦斯渗透仪试验装置,在不同温度条件及不同有效应力水平下,对型煤试样进行三轴蠕变及渗透性试验,获得大量蠕变前后不同有效应力和不同温度条件下的渗流试验数据,研究蠕变对试样渗透率的影响规律。研究结果表明：在相同温度与有效应力条件下,蠕变后试样渗透率降低,下降幅度为25.2%～38.7%;在三轴应力条件下,随着有效应力增大和温度升高,蠕变前后试样渗透率逐渐降低,探讨两因素对渗透率的影响机制;定义渗透率损伤率来表示蠕变使得试样渗透率减小的程度,当温度一定时,渗透率损伤率与有效应力符合线性关系,该渗透率损伤率随有效应力增加而增加,且温度越高,增加的速率越大;在不同温度及有效应力耦合作用下,蠕变对渗透率的影响程度不同。研究结果对进一步认识瓦斯运移规律具有一定的意义。     

考虑蠕变特性的高应力软岩隧道变形预测方法与实践

为研究高应力软岩蠕变特性对隧道围岩变形预测的影响，以木寨岭公路隧道为依托，首先采用三维计算模型与多元线性回归相结合的方法分析初始地应力场，并结合围岩段落划分，选择典型计算断面；其次，提出基于[BQ]值的围岩参数取值方法，确定典型计算断面的围岩参数；而后，开展基于M-C模型和Cvsic模型的断面变形计算，剖析岩体蠕变特性对围岩变形的影响；最终，对比了预测结果与实际围岩变形。结果表明：(1)岩体蠕变特性对围岩变形具有明显增大效应，围岩位移增长量与横断面平均主应力呈正相关；(2)围岩条件越差，蠕变增大效应越显著；横断面平均主应力越大，蠕变增大效应中位移增长量越大，而位移增长率变化不明显；(3)蠕变特性对围岩变形等级预测有明显影响，M-C模型预测结果弱于Cvisc模型，与实际围岩变形情况存在较大差异。研究结果为在高应力软岩隧道变形预测中引入岩体蠕变效应奠定了实践基础。     

三峡库区侏罗系顺层滑坡滑带土的剪切蠕变特性

滑带土的蠕变行为对滑坡的预测预报和长期稳定性分析具有重要作用。选取三峡库区侏罗系典型顺层滑坡—万州兴福寺滑坡为研究实例,针对滑带土重塑样,先进行三轴压缩试验测定其峰值及残余抗剪强度指标,然后开展不同法向应力和不同含水率下滑带土试样的剪切蠕变试验。试验结果表明:①兴福寺滑坡滑带土在初始破坏之前经历瞬时蠕变和衰减蠕变阶段,并最终稳定在低速率的等速蠕变阶段。②法向应力越大,滑带土剪切蠕变速率和变形量越小,各级法向应力下蠕变破坏时的剪应变均小于5%。③含水率对滑带土剪切蠕变速率的影响不甚明显。含水率低于塑限时滑带土剪切蠕变模量最大。随着剪切蠕变的进行,低含水率和饱和试样的剪切蠕变模量均在短时间内急剧降低并分别稳定在某一稳定值,而含水率略高于塑限的试样则呈缓慢降低趋势。与此相反的是含水率接近液限的试样呈缓慢增大趋势。④滑带土长期黏聚力为峰值和残余黏聚力的70%和15.0倍,长期内摩擦角为峰值和残余内摩擦角的69%,70%,各强度指标均受滑带土细颗粒含量的影响。     

不同缺口类型钢筋力学性能试验及数值分析

为模拟局部锈蚀对钢筋静力及疲劳性能的影响,对4种缺口形状、6种缺口尺寸的100根钢筋进行轴向静力拉伸和疲劳拉伸试验.基于静力拉伸试验结果,给出了缺口形状、缺口深度与钢筋屈服载荷、极限荷载间的定量关系,分析了缺口尺寸对应力集中系数的影响;基于疲劳拉伸试验结果,研究了缺口形状和缺口尺寸对钢筋疲劳寿命的影响,建立了钢筋应力范围-疲劳寿命-缺口深度的曲线方程;在试验基础上,建立了精细有限元三维实体计算模型,分析了缺口附近的应力分布状态,解释了坑蚀形态导致钢筋性能退化的原因.结果表明:三角形缺口应力集中系数最大,依次为变长度三角形、径向椭圆形和轴向椭圆形,应力集中程度随应力水平和缺口深度的增加而增大;不同缺口类型钢筋的实际应力范围和疲劳寿命在对数坐标下呈线性关系;三角形和变长度三角形锈坑应力集中梯度较大,率先进入塑性变形阶段,从而较早发生破坏.     

天津滨海重塑软黏土一维固结蠕变特性研究

软黏土蠕变产生的长期变形严重影响建筑物及地基的安全性和稳定性,故通过设置不同预压条件模拟软黏土的初始受力状态,对重塑软黏土进行一维固结蠕变试验。研究表明:不同预压条件下,重塑软黏土一维固结蠕变历时曲线的瞬时变形较大,随着加载时间的增长,土体产生缓慢的蠕变,变形量逐渐减小,最终趋于稳定;此外,软黏土一维固结蠕变等时曲线中应变随应力水平的增大而增大,曲线延伸方向逐渐向应变轴靠拢,非线性愈加明显。基于上述研究,引入时间参量t,建立了软黏土一维固结蠕变预测公式,并对公式的准确性和适用性进行验证。该公式可对软黏土地基因蠕变产生的长期变形进行预测分析,为实际工程的设计、施工提供理论指导。     

铸钢节点对接焊缝有效缺口应力分析

为了研究铸钢节点对接焊缝的疲劳性能和寿命评估方法,对一种常用的铸钢热轧钢对接焊缝试件进行了疲劳试验研究,得到了刚度、位移与疲劳寿命阶段之间的关系。根据疲劳试验现象和断面的电镜扫描结果,提出了该类试件的疲劳失效机理。此外,采用有效缺口应力法预测了铸钢节点对接焊缝的疲劳寿命,并在考虑了平均应力和焊接残余应力的前提下,提出了改进的有效缺口应力法,分别将预测结果与实测疲劳寿命进行了对比。研究结果表明:铸钢节点对接焊缝的疲劳过程可分为稳定阶段和断裂阶段。稳定阶段占总寿命比例≥80%,断裂阶段≤20%。有效缺口应力法能在一定程度预测疲劳寿命的变化趋势,但结果偏危险,改进的有效缺口应力法能提供较安全的预测结果。     

Q690D高强度钢材GTN模型的参数标定和应用

高强度钢材在实际钢结构工程中逐渐得到应用,钢材的断裂分析模型是开展钢结构断裂预测的基础。对Q690D高强度钢材等直圆棒试样进行单调拉伸试验,获取材料的基本力学性能参数和真应力-塑性应变曲线。基于Q690D高强度钢材等直和缺口圆棒试样的单调拉伸试验和有限元分析,标定得到Q690D钢材的GTN模型损伤参数,分析圆棒试样中裂纹的起始位置。应用Q690D钢材的GTN模型,对缺口板状试样的单调拉伸破坏进行有限元计算,分析试样的裂纹起始和破坏过程,得到缺口板状试样的荷载-位移曲线。数值计算结果与试验结果的对比表明:Q690D钢材的GTN模型很好地模拟了缺口板状试样的断裂破坏过程。     

堆石体应力变形的尺寸效应研究

 首先,基于前人的室内试验数据和随机散粒体不连续变形(SGDD)模型数值试验成果分析尺寸效应对堆石体瞬时变形的影响,结果表明：不考虑堆石体蠕变效应时,在相同的应力状态下,大尺寸试样的抗剪强度及抗变形能力均较小尺寸试样有所提高,表现出更“硬”的特点;其次,分别在尺寸为f50 cm×100 cm(颗粒最大粒径为10 cm)和f30 cm×60 cm(颗粒最大粒径为6 cm)的应力式三轴仪上进行堆石体蠕变试验,研究堆石体蠕变的尺寸效应,结果表明,尺寸效应对堆石体蠕变特性的影响显著,大尺寸试样的最终蠕变量明显大于小尺寸试样,而尺寸效应对蠕变速率因子λ的影响并无明显规律;最后,综合分析尺寸效应对堆石体总变形(瞬时变形+蠕变变形)的影响,从总体上看,大尺寸试样的总变形大于小尺寸试样。     

变截面钢结构疲劳寿命预估方法研究

钢结构的疲劳破坏时有发生,实际构件中难免存在几何突变,导致应力集中、降低构件疲劳强度,因此如何有效预估变截面构件的疲劳寿命尤为重要。基于损伤力学理论建立的疲劳损伤模型被用来预估构件疲劳寿命,且取得很好的效果。基于疲劳损伤模型预估缺口试件的疲劳寿命,利用封闭解的方法给出了缺口构件在拉压载荷下的损伤演化方程,同时计算了不同应力集中系数下缺口试件的疲劳寿命,将利用提出方法计算的结果与利用Manson-Coffin方程计算结果进行对比分析,其结果误差在5%以内。     

岩石流变特性及长期强度的试验研究

研制重力驱动偏心轮式杠杆扩力加载式流变仪，其扩力比稳定在120，误差在4‰以内，可实现任意长时间的恒定加载，满足流变试验的要求。应用该流变仪，对红砂岩的蠕变特性进行单轴压缩蠕变试验研究，重点观察和分析岩石横向蠕变规律与轴向蠕变规律的差异，并根据试验结果对岩石长期强度的确定进行分析。试验结果表明，横向稳定蠕变阶段的应力闽值低于轴向稳定蠕变阶段的应力阈值；横向蠕变有明显的加速蠕变阶段，且比轴向加速蠕变阶段出现得早；轴向蠕变的第二阶段则不太明显，且一经出现试样随即破坏。根据试验结果，考虑岩石蠕变的“岩石的长期强度”应根据岩石进入横向稳定蠕变的阈值应力来确定，这样确定的“岩石长期强度”值要比根据岩石进入轴向稳定蠕变的阈值应力确定的“岩石长期强度”值小19％～35％。这一结论对考虑蠕变稳定性的岩土上程设计具有重要的指导意义。     

重塑超固结饱和黏土蠕变试验与蠕变模型

采取杭州地区黏土制备重塑超固结土样（OCR=1.00,1.25,1.67,2.00,3.00）进行三轴剪切蠕变试验,研究超固结饱和黏土的时间变形特性和蠕变模型,对模型参数取值进行了分析。结果表明,重塑超固结饱和黏土的应力应变曲线具有应变硬化特征,在恒定偏应力下土样的时间变形曲线具有双曲线特征;超固结比越大,施加偏应力初始阶段试样中产生的超静孔压越小,试样变形进入蠕变阶段的时间越早,且在一定时间内试样的蠕变量发展越小。基于“孔压消散法”确定了超固结土的蠕变起始时间,采用双曲线蠕变模型可以高度拟合超固结饱和黏土剪切蠕变发展规律,曲线拟合分析表明：在相同的偏应力下,不同超固结比试样的最终蠕变量大致相等,但是超固结比越大时,土样蠕变发展越缓慢,表现为双曲线蠕变模型参数As在超固结比变化时几乎保持为常量,参数Bs则随超固结比的增大近似呈线性增长。     

环形预制裂纹小冲杆试样评价脆性材料断裂韧性的研究

针对石油化工、核电等行业服役设备的材料脆化和性能劣化导致设备失效的问题,提出了一种评价在役设备材料性能的新方法。用环形缺口预制裂纹试样进行脆性材料的小冲杆试验,结合有限元模拟获得的回路J积分曲线,最终得到材料的断裂韧性值,J积分为46.18kJ/m2,并与标准CT试样试验得到的断裂韧性值进行比较,2种结果基本一致。环形预制裂纹小冲杆试样可以评价材料的断裂韧性。     

国际期刊导读

火灾下蠕变对轴向约束钢柱屈曲的影响 目前,大多采用考虑蠕变的Harmathy蠕变模型进行耐火性分析。Harmathy蠕变模型仅能预测恒定应力下一定精度的蠕变,不适用于应力变化的情况。轴向约束钢柱遇到火灾时,火灾过程中应力将随着时间和温度的变化而迅速变化。该文研究了火灾下蠕变对轴向受压钢柱屈曲性能的影响。使用ANSYS软件中能够预测任何时间、应力或温度下钢材蠕变应力的蠕变模型来预测蠕变应力。分别对考虑和不考虑蠕变的情况进行数值模拟,并对两种情况下的屈曲温度和轴向变形结果进行对比分析。快火和慢火工况都考虑在内。研究结果显示,慢火工况下考虑蠕变的轴向约束钢柱屈曲温度高于不考虑蠕变的屈曲温度,快火工况下考虑蠕变的轴向约束钢柱屈曲温度可能高于也可能低于不考虑蠕变的屈曲温度。     

基于缺口应力法的薄板焊接接头疲劳性能评估

为验证缺口应力法在板厚小于5 mm的薄板焊接接头疲劳评估的适用性,开展了Q345qD薄板焊接接头疲劳性能试验,获得了薄板焊接接头疲劳试验数据,结合有限元分析计算的焊接接头缺口应力集中系数,绘制了缺口应力疲劳寿命曲线,确定了薄板焊接接头疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,与已有研究成果进行比较,发现Q345qD薄板焊接接头具有更高的疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,研究结果可供实际工程中疲劳性能评估做参考。     

火灾下蠕变对轴向约束钢柱屈曲的影响

目前,大多采用考虑蠕变的Harmathy蠕变模型进行耐火性分析。Harmathy蠕变模型仅能预测恒定应力下一定精度的蠕变,不适用于应力变化的情况。轴向约束钢柱遇到火灾时,火灾过程中应力将随着时间和温度的变化而迅速变化。该文研究了火灾下蠕变对轴向受压钢柱屈曲性能的影响。使用ANSYS软件中能够预测任何时间、应力或温度下钢材蠕变应力的蠕变模型来预测蠕变应力。分别对考虑和不考虑蠕变的情况进行数值模拟,并对两种情况下的屈曲温度和轴向变形结果进行对比分析。快火和慢火工况都考虑在内。研究结果显示,慢火工况下考虑蠕变的轴向约束钢柱屈曲温度高于不考虑蠕变的屈曲温度,快火工况下考虑蠕变的轴向约束钢柱屈曲温度可能高于也可能低于不考虑蠕变的屈曲温度。     

分级加载条件下岩石流变特性的试验研究

以红砂岩为例,采用重力加载式流变仪,在分级加载条件下对岩石的蠕变特性进行了单轴压缩蠕变试验研究,重点观察和分析了蠕变条件下岩石的弹性模量和泊松比的变形效应,同时对其他时效变形特点进行了分析。试验结果表明,侧向稳定蠕变阶段的应力门槛值低于轴向稳定蠕变的应力门槛值;侧向蠕变有明显的加速蠕变阶段,且比轴向加速蠕变阶段出现得早,而轴向蠕变的第三阶段则不太明显,一经出现试样随即破坏。在单体分级加载条件下,受蠕变的影响,随应力水平和变形量的增加,岩石的瞬时弹性模量有明显的增大,泊松比的变化则更为显著。     

考虑试样宽度影响的绿片岩双轴压缩蠕变试验

对绿片岩试样进行双轴压缩蠕变试验,采用六元件黏弹性流变模型对试验曲线进行拟合分析,研究试样宽度尺寸对蠕变变形规律的影响。研究结果表明：相同应力水平下,当将试样的宽度逐渐增加时,轴向应变和侧向应变并非呈一直增加或减小的趋势;轴向稳态蠕变速率呈逐渐减小的趋势。蠕变试验曲线和理论模型曲线较吻合,说明六元件流变模型能较好地描述绿片岩的黏弹性蠕变特性。