混凝土强度尺寸效应研究

由于混凝土的非均匀性及准脆性特性，论述了混凝土材料强度的尺寸效应存在原因，探讨了混凝土强度尺寸效应的必要性，从理论方面介绍了国内外有关混凝土强度尺寸效应的研究状况及存在问题。     

混凝土抗拉与抗压强度尺寸效应统计模型

为研究混凝土抗拉和抗压强度与试件尺寸的关系,利用Lei提出的广义最弱链公式,假设混凝土内部缺陷分布形式服从均匀分布或泊松分布,建立相应分布形式下的混凝土强度尺寸效应统计模型,实现了在给定失效概率情况下通过小尺寸混凝土试件强度对全尺寸构件强度的预测。3个案例中混凝土强度数据分析表明:在缺陷服从均匀分布假设下,尺寸效应统计模型能够很好地反映普通混凝土和RPC抗拉强度与尺寸的关系;RPC混凝土内部缺陷分布更接近于均匀分布,尺寸效应统计方法能描述抗压强度与尺寸的关系。     

混凝土非匀质强度损伤统计分析

论述了混凝土材料强度的概率统计特性，把损伤力学用于混凝土的强度分析，计算了混凝土的名义强度。在此基础上定义了一种新的损伤变量，运用损伤变量的概念，定性地探讨了混凝土强度的尺寸效应。     

混凝土强度的尺寸效应评述

强度的尺寸效应问题是混凝土科学的主要问题之一.论文分析了混凝土材料产生强度尺寸效应的原因,并介绍了目前混凝土学界分析尺寸效应的三种理论方法,同时加以比较和分析,最后对混凝土强度尺寸效应分析的数值方法作了简要介绍.     

岩体单裂隙辐向渗流尺寸效应可视化试验

裂隙岩石大量存在于各种实际工程中，岩石裂隙渗透性随尺寸的改变而改变，但影响渗流尺寸效应的因素众多，其控制机理也尚未明了。采用了辐向流作为研究模型，对人工单裂隙进行了渗流试验，同时利用有机玻璃的可视性，观测了裂隙内流体流动情况，进一步分析了不同粗糙度对岩石单裂隙渗透性的影响。试验结果表明：在岩石单裂隙辐向渗流中，岩石裂隙渗透性存在尺寸效应，其渗透性随岩石裂隙尺寸的增大而增大，且粗糙度越大，渗透性随尺寸增大的速度越缓慢。     

胶结充填体抗压强度尺寸效应的试验研究

尺寸变化会影响材料的力学性能参数,充填体作为一种类混凝土材料,其立方体试件的单轴抗压强度具有显著的尺寸效应。保证灰砂比、料浆浓度和养护龄期等条件一致,研究尺寸变化对胶结充填体单轴抗压强度的影响并结合VIC-3D全场应变测量系统对充填体试件的破裂演化过程进行监测。结果表明:胶结充填体的单轴抗压强度随着立方体试件尺寸的增大而逐渐减小,减少近一半,试件的峰值应变随着尺寸的增大而逐渐减小,并稳定在0.9%附近,弹性模量和变形模量随着尺寸的增大而逐渐增大;引入尺寸效应度对试件峰值强度的尺寸效应进行定量分析,尺寸为200 mm的试件的尺寸效应度达到了54%;尺寸较小的试块破坏时表面出现多条裂纹,随着试件尺寸的增大,试件破坏时表面出现显著的宏观破坏带,尺寸较大的试块在达到峰值强度时,局部区域发生严重的损伤断裂,大部分区域并未发生明显的应变变化。     

尺寸效应与试验机精度对测定树脂浇铸体压缩性能试验方法的影响

针对树脂浇筑体压缩性能试验进行理论分析,基于混凝土强度尺寸效应及相应规范,对尺寸效应以及试验机精度两个参数进行理论计算分析,并得到以下结论:当试验仪器精度足够时,为避免尺寸效应的影响,应严格按照规范尺寸制作试件;当试验仪器精度不够时,可以成比例扩大试件尺寸,以满足精度的要求。     

纳米压痕条件下单晶锗的尺寸效应研究

采用准静态法对单晶锗(111)晶面进行了纳米压痕实验,对单晶锗(111)晶面的位移-载荷曲线及硬度-压深曲线进行了分析。结果表明,在压入深度为471.36nm时,单晶锗(111)晶面的加载曲线上出现突进点,随着压入深度的进一步增加,突进点逐渐增多。该点对应为单晶锗(111)晶面由塑性变形向脆性断裂转变的临界点。单晶锗卸载曲线上出现突退点,突退点对应为单晶锗由弹性变形向塑性变形转变的临界点。单晶锗(111)晶面的硬度和弹性模量均呈现出随压入深度的增加而减小的趋势,表现出明显的尺寸效应。基于Nix-Gao模型对单晶锗(111)晶面的硬度与压深关系进行曲线拟合,得到无尺寸效应时的纳米硬度为8.399GPa,微观特征长度为131.907nm,尺寸效应因子为0.168。     

冲击载荷下磁铁矿石完全断裂强度的尺寸效应

矿石完全断裂是实现有效机械破碎的前提,为研究磁铁矿石完全断裂强度的尺寸效应,本文开展了落锤冲击加载实验,分析了立方体试件承受的冲击力时程曲线特征、不同尺寸试件的冲击强度与冲击速率的关系和完全断裂强度与尺寸的理论关系。研究表明:立方体试件冲击力的变化经历了冲击力快速上升阶段、稳定加载阶段、冲击力下降阶段和回升与震荡阶段,冲击力有效加载时间为6～8ms;落锤对磁铁矿石的冲击作用表现出显著的尺寸效应,冲击强度随冲击速率的增大而增大,但增长的速率随试件尺寸的降低而升高;随着立方体试件尺寸的增大,完全断裂强度呈先减小后增大的变化特征,存在完全断裂强度最低的矿石尺寸。研究结果对优化破碎机械工艺参数、提高矿石破碎效率具有一定理论指导意义。     

岩石流变性尺寸效应的探讨

本文根据锡矿山南矿页岩的三组不同尺寸的试件所作的单轴压缩蠕变试验结果，研究了这种岩石的流变性尺寸效应，并以此为基础，提出了一种确定岩体流变性的近似方法。     

Identification of nonlinear fracture properties from size effect tests and structural analysis based on geometry-dependent R-curves

The size effect method, previously developed for concrete and mortar, is demonstrated for rock. Geometrically similar fracture specimens of limestone are tested and the measured maximum load values are used to obtain fracture energy, fracture toughness and effective size of the fracture process zone. Further, it is shown how to determine, from these results, other nonlinear fracture parameters including the critical effective crack-tip opening displacement. R-curves, dependent on specimen geometry, are calculated and used to predict load-deflection curves, which are found to agree very well with measurements. A modification of the R-curves for post-peak response is proposed.     

三轴加载充填体围岩耦合体声发射特征研究

根据矿山开采状况设计了三种不同采场规格尺寸的充填体围岩耦合体模型，采用双轴试验机、拟真三轴装置结合声发射系统对耦合体进行了三轴加载下的破裂演化监测，研究了耦合体破裂过程声发射特征。结果表明：AE事件率和AE能量在塑性阶段前处于“平静期”，塑性阶段出现突增现象，突增现象可作为应力峰值附近宏观破裂预警；AE事件率峰值、AE能量峰值随着侧压增加推迟产生，耦合体稳定性随着侧压增加逐渐增强。AE事件率峰值、AE能量峰值随着规格尺寸的增加则与之相反；AE能量峰值随着侧压增加逐渐增大，随着规格尺寸增加逐渐减小。AE能量预警阶段突增值随着侧压增加逐渐降低，随着规格尺寸增加逐渐增大；Kaiser效应出现在耦合体应力峰值的70%~85%范围内，Kaiser效应点对耦合体塑性阶段宏观破裂具有一定的预警作用。研究结果有望为充填体与围岩作用机理研究提供参考。     

微裂隙中水泥浆液渗滤效应的可视化试验研究

在微裂隙岩体注浆过程中,水泥浆液的渗滤效应对注浆效果的影响显著。自主研制了一套微裂隙注浆可视化试验系统,该系统由注浆系统、微裂隙模型以及监测系统3个部分组成,监测系统又分为显微监测系统和压力流量监测系统。当水泥浆液进入微裂隙模型后,利用显微监测系统对裂隙入口处的渗滤效应进行实时观测。利用压力流量监测系统对注浆试验过程中的注浆压力以及累计流量进行自动记录。运用自主设计的微裂隙注浆可视化试验系统,对微裂隙中的水泥浆液渗滤过程进行试验研究。采用3种水泥浆材(超细水泥Ⅰ、超细水泥Ⅱ和普通水泥),研究在注浆压力2.0 MPa、水灰比1.0的条件下,不同水泥颗粒粒径大小在不同裂隙开度下的浆液渗滤效应。通过试验发现,当裂隙开度较小时,在裂隙入口处形成了完整的半圆拱形滤饼;随着裂隙开度的增加,在裂隙入口处形成断续分布状滤饼;当裂隙开度增加到无渗滤发生时,裂隙入口处仅残留少量水泥颗粒附着物。通过试验获得了3种水泥的最小可注入裂隙开度大小b min和最小无渗滤裂隙开度大小b crit:超细水泥Ⅰ的b min和b crit分别为80和280μm;超细水泥Ⅱ的b min和b crit分别为100和300μm;普通水泥的b min和b crit分别为140和310μm。研究结果发现水泥粒径的减小对最小可注入裂隙开度大小的影响较大,但对最小无渗滤裂隙开度大小的影响较小。结合渗滤趋势k值,发现随着水泥粒径的减小,相应的k min和k crit值会随之增加,水泥浆液更容易在裂隙入口处发生渗滤,这是因为超细水泥比表面积更大,水泥颗粒间易发生团聚。     

Effect of tensile strength of rock on tensile fracture toughness using experimental test and PFC2D simulation

The effect of tensile strength on the tensile fracture toughness of rock like specimen was studied in this paper. Brazilian test was done to determine tensile strength of material. A compression to tensile load transforming (CTT) device was developed for determination of mode I fracture toughness of concrete. Also particle flow code (PFC) was used for validation of the experimental outputs. Three concrete slabs with different tensile strength were prepared for investigation of the effects of tensile strength on the fracture toughness. The samples were made from a mixture of water, fine sand and cement with different ratio. These samples were installed in CTT device. A 30-tons hydraulic load cell applied compressive loading to CTT end plates with a constant pressure of 0.02 MPa per second. Compressive loading was converted to tensile stress on the sample because of the overall test design. The results show Fracture toughness has a close relationship with tensile strength of concrete so it increases with increasing the tensile strength. In constant join length, the angle of crack growth related to normal load was decreased with increasing the grain size. Numerical simulation shows that failure pattern and fracture toughness was nearly similar to experimental results. Finally, it can be concluded that CTT device was capable for determination of fracture toughness of concrete.     

混凝土时间相关断裂模型研究综述

混凝土结构在强震作用下的完整性以及带缝服役的稳定性关系到重大国家安全战略.这两个问题本质都涉及混凝土的时间相关断裂行为.混凝土材料时域相关的断裂行为可以笼统地概括为两个方面,即短时间在动态冲击荷载下的冲击断裂破坏和长时间稳态的蠕变断裂破坏.虽然两者都与时间存在关系,但是荷载作用时间却存在巨大的差异,这导致了混凝土动态破...     

钢纤维混凝土的增强机理与断裂力学模型研究

钢纤维因其能为基体裂纹提供桥联而经常被用于增强水泥基材料。为了更好地了解钢纤维混凝土这类复合材料的断裂行为，重点讨论了钢纤维混凝土的增强机理以及裂纹尖端微裂区的力学行为。在一系列理论分析与实验观察的基础上，提出了一个新的钢纤维混凝土材料断裂力学模型，给出了一些有工程实用价值的结论。