基于常规三轴试验的岩石双剪强度准则

基于岩土体的双剪强度理论和已有的一些岩石真三轴强度试验资料,提出了一个岩石双剪强度准则的推广型式,探讨了该强度准则相关参数的选取问题,验证了该强度准则的合理性,并指出双剪强度准则有一个τ₈=g(θ_σ)·f(σ_m)的函数表达型式。研究表明岩石的τ_8c/τ_8t随平均主应力σ_m的变化而变化,当σ_m较小时τ_8c/τ_8t比值较大,而当σ_m较大时τ_8c/τ_8t比值较小。这种现象一方面论证了随着σ_m的增大,岩石有逐步向着均质化方向发展的趋势;另一方面也说明了在较低的ms应力水平下,Drucker-Prager强度准则对岩石类材料是不适合的。     

岩石三维强度准则的研究

结合非线性统一强度理论与Hoek-Brown强度准则,以Hoek-Brown强度准则构建子午面上的强度曲线,以非线性统一强度理论构建偏平面上的强度曲线,通过应力空间变化方法将子午面上强度曲线与偏平面上强度曲线进行结合,从而建立一种新的岩石三维强度准则。建立的强度准则在子午面上为非线性,考虑岩石材料的静水压力效应;在偏平面上强度线涵盖了从上限Drucker-Prager圆到下限Matsuoka-Nakai曲线之间的所有区域,可较好模拟岩石材料的中间主应力效应。强度面光滑、外凸,可用于建立岩石的屈服函数。强度准则共有3个材料参数m_t、σ_c、m_i,各参数可通过岩石试验数据确定且具有明确的物理意义。另外,该文提出一种m_t的近似求解公式,总的参数可退化为σ_c和m_i,与Hoek-Brown准则基本参数一致,可由岩石常规三轴压缩试验按Hoek-Brown提出的回归公式确定。与国内外学者已开展的岩石材料三轴试验结果进行对比,建立的强度准则与试验数据吻合良好,可合理描述岩石材料的非线性强度特性。其次,通过引入地质强度指标GSI,建立的强度准则可应用于较为完整的岩体（GSI>25）,对于较为破碎岩体（GSI<25）需做进一步的研究。     

结构性土强度准则探讨

基于岩土二元介质模型思想,建议了一个适用于结构性土的强度准则。结构性土的土工特性与重塑土的有很大的区别,强度变化规律方面也不例外。已有的强度准则是建立在重塑土或扰动土的基础上的,它们不能很好的反映结构性土的强度变化规律。在大量的结构性土强度试验资料的基础上,分析了结构性土的强度变化规律和机理,基于考虑结构性岩土材料破损机理的二元介质模型概念,通过引入随应力状态变化的剪切抗力分担率参数,建立了结构性土的强度准则,并对准则中参数的变化对强度规律的影响进行了分析。最后,通过两种结构性土Lacustrine clay和Louis clay的固结不排水强度试验进行了验证,验证表明所建议的准则具有较好的适用性。     

基于统一强度理论的厚壁套管柱三轴抗拉强度

为了研究油气井厚壁套管柱的力学性能,基于统一强度理论,合理考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了厚壁套管柱三轴抗拉强度的计算公式,分析了内外压比、材料的拉压比、中间主应力和径厚比等因素对不同工况下套管柱三轴抗拉强度的影响特性。研究结果表明：强度准则的选用对套管柱的三轴抗拉强度具有显著影响;材料拉压强度不等特性(SD效应)对套管柱的三轴抗拉强度也具有显著影响,当内外压比小于或等于1时,套管柱的三轴抗拉强度随材料拉压比的增大近似线性提高,当内外压比大于1时,材料SD效应的影响与外荷载有关;考虑中间主应力效应可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能,提高套管柱的三轴抗拉强度,具有一定的经济效益;内外压比和径厚比对套管柱的三轴抗拉强度也具有一定的影响。该文计算公式适用于具有SD效应和中间主应力效应的材料,并将多种屈服准则下套管柱三轴抗拉强度的表达式统一起来,具有广泛的适用性,可为油气井厚壁套管柱的设计提供借鉴。     

考虑围压效应的冻土三阶段强度准则

冻土抗剪强度的围压效应是寒区工程建设与冻结法施工工程承载能力分析的基础与前提。随着围压的增大,现有冻土抗剪强度试验结果既有先增大后减小的两阶段试验规律,也有先增大后减小再增大的三阶段试验规律。为描述冻土抗剪强度的特殊规律,该文对土与冰的特性分别进行了分析,认为冻土的抗剪强度所呈现的多阶段发展规律,不仅因为其继承了未冻土的强度特征,还由于冻土中孔隙冰的存在对抗剪强度有特殊的贡献。基于此,该文将冻土抗剪强度分解为反映黏聚摩擦特性的基准强度与由于存在孔隙冰而表现出的特殊贡献强度。通过利用幂函数强度表达式作为冻土的基准强度,并进一步构建描述冻土强化弱化规律的贡献强度,从而发展得出考虑冻土复杂围压效应的三阶段强度准则。对不同类型冻土的两阶段与三阶段试验结果进行的预测表明,所建立的冻土三阶段强度准则能够合理地描述冻土的抗剪强度变化规律。     

基于非线性强度准则的土工结构安全系数有限元计算

将幂律型广义非线性强度准则应用到土工结构安全系数计算中,令土体强度逐渐降低,直至结构破坏,得到最终的安全系数,并开发了基于幂律型广义非线性强度准则的有限元强度折减法程序。该方法不需事先假设滑裂面,计算方便可靠,能适用于各种复杂地质条件。作为算例,该文分别采用线性和非线性两套指标计算了一常见高土石坝和一机场高填方边坡的安全系数。在线性指标下该文方法与PLAXIS内置有限元强度折减法计算结果一致,相对非线性指标,线性指标计算的滑裂面偏浅,计算的安全系数大小随线性参数的确定方法不同而不同。建议使用非线性强度指标计算高围压下土工结构的安全系数。     

短纤维增强三元乙丙薄膜拉伸破坏率相关Tsai-Hill强度准则

短纤维增强三元乙丙（EPDM）薄膜材料是一种应用于固体火箭发动机装药的新型绝热结构材料,其密度小、耐烧蚀且力学性能良好。基于正交各向异性单向板的Tsai-Hill强度准则,引入率相关函数法和率强度因子法改进,预测材料在不同偏轴方向下的抗拉强度,从而建立一种适用于准静态条件下的率相关各向异性通用准则。研究表明：轴向强度和抗剪强度随应变率的增加而增加;相比于率强度因子法,基于率相关函数法的Tsai-Hill强度准则对材料抗拉强度的预测精度较高;率强度因子法预测抗拉强度的误差与参考速率的选取和率强度因子的函数表达式有关。     

基于模糊预测的Hoek-Brown岩石强度准则的参数修正

为更准确地预测岩体非线性破坏,可靠地获取岩体力学参数,以渝怀二线Ⅳ标漾头车站石方控制爆破工程为依托,结合爆破现场声波测试数据,基于因果聚类的模糊综合预测理论,对Hoek-Brown强度准则的爆破扰动参数进行研究.将Hoek-Brown岩石强度准则中的扰动因子与损伤力学中的损伤度建立关系;提出了对Hoek-Brown岩石...     

复合材料宏观强度准则预测能力分析

对复合材料宏观强度准则进行了总结和评述,对最具有代表性的5种强度准则的预测能力进行了综合评估。首先,由各强度准则得到了不同平面应力状态下AS4/3501-6材料的理论失效包线,以此阐明了各强度准则的物理本质。然后,考虑到强度的分散性,采用Monte-Carlo方法并基于各强度准则建立了4种材料的概率失效包线和强度分散带。最后,结合多组试验数据,客观评估了各强度准则的预测能力。评估结果表明:各强度准则的预测结果都不可能完好地吻合所有的试验结果;相比于Max-Stress准则、Hashin准则和Tsai-Wu准则,Puck准则和LaRC03准则的预测能力相对较好,且对复合材料的损伤机理有更为合理的解释。     

强度准则的斜椭圆模型

根据强度准则在π平面上满足三轴对称性、外凸性以及连续光滑性的要求,提出了一个新的强度准则模型──斜椭圆模型。由此推广所得的广义n次斜椭圆模型,在强度准则的上、下限范围之间能连续过渡,可作为各种材料强度准则的统一模型。     

碳/环氧复合材料多向层间拉伸强度的研究

本文系统地研究了碳/环氧复合材料多向层间(0/θ)(θ=0°,15°,30°,45°,60°,75°,90°)拉伸强度,并利用S-570扫描电镜观察了其断口形貌,同时对纤维与基体界面处的应力进行了分析。结果表明:该复合材料层间拉伸强度较少受到铺层取向的影响,而由纤维与基体的界面结合强度所控制。     

PES/PVC膜材料拉伸性能的各向异性及破坏准则

以PES/PVC膜材料单轴向拉伸试验为研究基础,对膜材料的0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°七个面内方向上的拉伸试验特征进行了分析,证明了采用三次加载后的应力-应变曲线可以用来描述膜材料的弹性力学性质,且测得的膜材料弹性常数符合正交各向异性本构关系。为获得膜材料在复杂应力状态下的断裂强度,对膜材料拉伸断裂破坏的机理及适用的相关强度准则进行了讨论。结果表明,利用Tsai-Hill强度准则能对纯拉或纯剪切型破坏模式下的膜材料断裂强度做出较好的预测,但该准则不适合对拉剪混合型破坏模式下膜材料断裂强度的预测。      

岩土的非线性冻结模型试验和相似准则

由于冰的比热和导热系数与水的比热和导热系数具有显著的差异性,因此土的比热和导热系数在冻结过程中是不断变化的。依据常热参数建立起来的温度场相似准则,难以准确反映土体在冻结过程中由热参数非线性引起的温度场演变。该文基于考虑热参数非线性变化的热传导微分方程,采用相似变换法导出了冻土模型试验中温度场的相似准则,并给出了采用原土进行模型试验时原型与模型应满足的相似关系。同时,在考虑第三类边界条件对相似准则影响的基础上,导出了模型土应满足的热物性相似条件。在此基础上,分别利用ABAQUS有限元软件对线性、非线性以及考虑第三类边界条件的原型和模型温度场进行了数值模拟,并对冻结过程中特征点的温度演变过程进行了分析。计算结果表明：建立的非线性导热相似准则能够正确反映原型冻土温度场的演变过程,说明模型土热参数的计算方法是合理的。同时表明,满足第三类边界条件的土体非线性冻结相似准则具有明确的物理意义和更高的实用价值。该研究成果为冻土模型试验中模型土的配制提供了切实合理的参数计算方法,为冻土水-热-力三场耦合模型试验的设计和实施提供了理论基础和技术支持。     

碳/铝复合材料界面结合强度对拉伸性能的影响

本文主要研究C/Al复合材料先驱丝的界面结合强度的表征方法以及界面结合状态对复合材料拉伸性能的影响.用自行研制的小型剪切试验机测定复合材料先驱丝的纵向剪切强度,通过计算得到复合材料界面处的剪切强度以此作为界面结合强度的定量表征方法.实验证明,不同界面结合强度的复合丝在宏观上表现出有不同纵向剪切强度值,复合材料的界面结合强度可以用界面剪切强度值定量描述.复合材料拉伸强度随界面强度提高而减少,在满足复合材料横向强度要求前提下,降低复合材料界面结合有利于提高拉伸强度.     

骨料级配对二维模型混凝土单轴抗拉强度影响的理论研究

混凝土尺寸效应及其宏观力学非线性根源于其材料细观组成的非均质性。结合混凝土细观结构形式,将混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的复合材料。采用双线性弹性损伤模型来描述砂浆基质及界面过渡区的力学行为,假定骨料颗粒为弹性体而不发生破坏,进而推导并获得了单轴拉伸条件下不同骨料颗粒级配混凝土断裂裂缝扩展路径长度及其抗拉强度的理论解。最后,对比了建立的理论公式结果与细观尺度数值模拟结果,验证了构建的关于裂缝长度及抗拉强度理论解的准确性和合理性。     

混凝土劈裂抗拉强度和弯曲抗压强度尺寸效应的细观数值分析

混凝土作为非均质材料,其材料性能存在随试件几何尺寸变化的尺寸效应。该文在细观层次上将混凝土看作由粗骨料、砂浆和二者界面过渡区组成的三相复合材料,采用刚体弹簧元数值方法模拟了混凝土的劈裂抗拉强度和弯曲抗压强度的尺寸效应,并与已有的试验结果进行了对比验证。结果表明：劈裂加载的试件破坏形态和劈裂抗拉强度与试验结果均具有良好的一致性,并且小尺寸试件所表现出的尺寸效应要明显于大尺寸试件;对不同尺寸四点弯曲钢筋混凝土梁开展细观数值分析得到跨中截面混凝土的弯曲抗压强度,随着梁有效高度的增加,名义弯曲抗压强度整体上呈现降低的趋势,但当梁有效高度大于240mm时趋于稳定。     

共面双裂隙类岩石材料抗拉强度试验研究

研究裂隙充填下岩石的力学特性对确保裂隙岩体的稳定性具有重要意义。该文首先配制了不同裂隙倾角下充填与非充填共面双裂隙巴西圆盘类岩石试样,然后在DNS 300岩石伺服机上进行巴西劈裂试验。基于试验结果,分析了裂隙倾角及裂隙充填与否对试样抗拉强度的影响,并结合其声发射特征和数字散斑系统对试样的裂纹扩展过程进行分析。结果表明：相比非充填试样,裂隙充填一定程度上增加了试样的完整性,使其抗拉强度有所增加;无论试样裂隙充填与否,其抗拉强度都受裂隙倾角的影响,随着裂隙倾角的增加,充填与非充填试样的抗拉强度逐渐呈现下降趋势;裂隙倾角在15°以内和为90°时,裂隙充填与否对试样的破裂模式基本没有影响;而裂隙倾角介于30°和75°之间时对其破裂模式影响较大,且随着裂隙倾角的增加,在形态上充填与非充填试样的破裂模式都由拉张裂纹向翼裂纹转变。     

SiC 纤维的强度测试和评价

测定了 SiC(W 芯)纤维的抗张强度,实验表明:对用 CVD 法制备的 SiC(W 芯)纤维的抗张强度测试值随试样标距的增大而降低,其室温抗张强度呈正态分布状态。当纤维拉伸试样标距为50mm 和25mm 时,SiC(W 芯)纤维室温抗张强度分别为3584.2±403.7MPa 和3669.9±348.1MPa,其 Weibull 模数分别为9.8和11.9。     

拉伸强度具有“协同效应”的二元多相共混物研究

研究几种二元多相共混物的拉伸强度与组分的结构、界面区相容性、共混组成的关系。界面区对伸强度有两种作用，当界面区粘接强度小于临界值时，界面区的存在降低了共混物的拉伸强度；当界面区粘接强度大于临界值时，界面区的存在提高了共混物的拉伸强度。使共混物在拉伸强度方面具有“协同效应”的必要条件是：每个组分必须有交联网络结构；共混物的界面区粘接强度必须大于临界值。     

拉伸试样弯曲度对屈服强度测试值的影响

分析了输送管管体横向拉伸试样弯曲度对屈服强度测试值的影响,从理论上初步阐明了管体横向拉伸试样的弯曲会引起屈服强度测试值的降低,并提出在相关的标准中应对管体横向试样的展平程度作出规定.