复杂应力状态下混凝土强度理论研究

混凝土的强度理论是土木、采矿和水利等众多混凝土工程中的安全性和稳定性设计的重要基础理论。对它进行研究具有重要的意义．为此，在双τ^2屈服准则的基础上，建立了两参数双τ^2强度理论，给出了材料的极限强度比，从而说明了不同的材料对应着不同的强度理论．其次，利用两参数双τ^2强度理论分析了混凝土的脆性破坏，并同某些混凝土的实验数据进行了对比，最后，讨论了中间主应力效应，结果表明，运用两参数双τ^2强度理论分析混凝土强度的结果是令人满意的．     

黏土的张拉-剪切耦合强度研究

为了合理描述平均主应力增大或减小时黏土的弹塑性变形,尤其对最小主应力小于零时加载路径下土的弹塑性变形问题,利用摩擦块模型揭示土的摩擦强度和黏聚强度机理,给出土的抗剪强度公式.结合土的黏聚强度特性,将子午面划分为φ硬化区和c硬化区.在φ硬化区,将超固结状态对塑性变形的影响考虑进应力路径本构模型中,从而得到塑性变形的计算方法;在c硬化区,利用双曲线关系来描述黏聚力与剪应变的关系,结合剪胀方程确定塑性体应变,建立考虑黏聚效应的黏土应力路径本构模型.该模型仅有6个材料参数,且各参数的物理意义明确.通过试验结果对模型的验证表明,建立的本构模型能合理描述复杂应力条件,尤其是拉伸荷载作用下土的应力应变关系.

     

一种考虑主应力空间的岩石非线性真三轴强度准则

为评估岩石的真三轴强度特性,首先根据常规三轴试验岩石强度的变化规律,提出基于偏应力极值的非线性强度准则,并与12种岩石试验强度和4种典型岩石强度准则进行对比,发现该强度准则的预测值与试验强度非常接近,相关性系数R~2均在0.98以上,平均相对误差(MAPE,E_(MAP))均小于4%(除7号岩石为6.83%);该强度准则、指数准则、H-B准则、MM-C准则和D-P准则对所有12种岩石预测E_(MAP)的平均值分别为2.32%、2.43%、5.28%、7.39%和13.74%,说明该强度准则能够很好地预测不同类型岩石的强度,其预测精度略优于指数准则(岩石力学界认为预测精度较高的强度准则),远好于其他3种强度准则。在上述所建常规三轴强度准则的基础上,通过引入中主应力参数和罗德应力参数,构建考虑中主应力效应的真三轴强度准则,并与8种岩石的真三轴试验强度进行对比,该强度准则很好地反映了大主应力随中主应力的增加呈先增大后减小的变化规律,所得R~2均在0.9以上,其中5种岩石的R~2大于0.96;除了13和14号岩石(E_(MAP)分别为7.79%和4.84%),其余6种岩石的平均相对误差E_(MAP)均小于4%,说明该强度准则能够较好地预测岩石的真三轴试验强度,很好地反映了中主应力效应,具有良好的普遍适用性。子午面和偏平面的应力空间特征也说明该强度准则很好地反映了岩石的静水压力效应和中主应力对大主应力的影响规律。     

岩石材料的双T^2强度理论及其应用

岩石材料的强度理论是土木、矿业和水利等工程的一个重要问题，在双T^2强度理论的基础上，建立了复杂应力状态下的岩石强度准则，分析了岩石的脆性破坏，并同某些岩石实验数据进行了对比，结果表明，T^2强度理论在岩石的强度分析中是令人满意的。     

Experimental investigation on strength and deformation of plain high-strength concrete under multiaxial stress state

To investigate the strength and deformation behavior of plain high-strength concrete (HSC) under multiaxial stress states,a large static-dynamic true triaxial machine was employed,and multiaxial tests were performed on 100 mm×100 mm×100 mm cubes concrete specimens.Friction-reducing pads were three-layer plastic membranes with glycerine in-between for the compressive loading plane.The tensile loading plane of concrete samples was processed by attrition machine,and then the samples were glued up with the loading plate with structural glue.Failure modes of specimens were described.The principal static compressive strengths,strains at the peak stress and stress-strain curves were measured,and the influence of stress ratios on them was analyzed as well.Experimental results show that the ratio of the compressive strength σ3f over the uniaxial compressive strength fc depends on brittleness-stiffness of concrete besides stress state and stress ratios.The formula of Kupfer-Gerstle’s and Ottosen’s failure criterion for plain HSC under biaxial compression and multiaxial stress state is proposed respectively.     

基于非线弹性CSIRO地应力测量技术及应用

在地下工程的中尤其深部工程,地应力是指导开挖的重要参数之一,因此,地应力测量工作至关重要.CSIRO地应力测量法是国际岩石力学学会推荐的地应力测量方法之一.针对三山岛金矿深部巷道近千米花岗岩钻机取芯,精密加工成标准圆柱试件,进行单、三轴压缩试验,获取霍克布朗-准则强度准则曲线,重点设计单岩样多围压阶梯弹性段加载试验.通过试验数据计算获得岩石弹性模量和泊松比等物理力学参数,引入体积模量K和剪切模量G等变形参量,且随平均应力不断增大成非线性变化的关系,应用双曲线函数模型建立变形参量与平均应力的本构关系■.公式中K_0/G_0为初始变形模量,K_0/G_0+1/a为平均应力无限大时趋近值,1/b为变形模量初始增长率,三参数都具有明确的物理意义.基于此公式推导考虑岩石非线弹性变形特征的CSIRO地应力测量法中高压双轴公式,通过三山岛金矿深部花岗岩解除岩芯高压双轴加载试验验证此公式的适用性.     

复杂应力下砂土的广义双剪应力破坏准则及双硬化本构模型

基于双剪应力强度理论，推导出了砂土的广义双剪应力破坏准则，给出了该准则参数的物理解释，分析了该准则在双硬化参数本构模型中的应用。     

注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解

为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导.通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了...     

定向剪切应力路径下冻结黏土强度特性试验

为探索考虑主应力轴方向变化等复杂应力路径下的冻结黏土强度特性,采用冻土空心圆柱仪,在温度为-10℃条件下,对重塑冻结黏土开展一系列主应力轴方向固定不变的定向剪切试验,探讨大主应力轴方向角a、中主应力系数b和平均主应力p值变化对冻结黏土强度特性的影响.通过对广义剪应力-广义剪应变曲线的分析,发现a角和p值变化对冻土的强度及破坏应变都有较大影响,随着a角的增加,破坏时的广义剪应力qJ值先增加后减小,最小值出现在a=75°处,随着p值增加,qJ值先增加后减小;b值变化对强度的影响较小,而对破坏应变有较大影响;广义剪应力-广义剪应变曲线均为弹性塑性应变硬化曲线,且初始线性段的极限应变值在0.5%左右,不受应力路径变化的影响.分析应力与应变之间的关系,建立了定向剪切应力路径下冻结黏土的强度模型方程,进而求得广义剪切模量随应变发展的关系表达式,并发现初始广义剪切模量对冻结黏土应变的发展及破坏应变值有较大影响,且存在一临界值,对于冻结黏土,该临界值为6×105k Pa.a角、b值和p值的变化都会对冻结黏土的强度及变形产生较大影响.     

基于强度稳定综合理论的深海潜器耐压圆柱壳极限强度的解算

通过对弹性基础梁复杂弯曲综合因子N的研究,得以应用强度稳定综合理论的解析法对弹性基础梁复杂弯曲的稳定性进行计算.由于圆柱壳轴对称失效变形的微分方程可化为复杂弯曲的弹性基础梁的微分方程,于是圆柱壳和加肋圆柱壳壳板失稳的临界应力公式也可以由此方法得出.最后通过与高强钢的加肋圆柱壳的实验结果和已有工作比较,证明了强度稳定综合理论方法在圆柱壳结构壳板稳定性计算上的适用性.     

双剪统一强度理论下钢管混凝土承载力的理论分析及试验研究

制作了25个钢管混凝土试件,进行了钢管混凝土试件的轴心受压和偏心受压试验,得出了其荷载变形曲线及极限荷载,以双剪统一强度理论为基础,推导出钢管混凝土核心混凝土抗压强度的计算公式,并进行了钢管混凝土承载力的理论计算,所得理论结果与试验结果基本一致,说明双剪统一强度理论对于钢管混凝土的理论计算有非常好的适用性,为钢管混凝土的分析计算提供了一定的理论依据.     

超高韧性水泥基复合材料的波传播试验研究

为了研究超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）中应力波的传播特性,采用Hopkinson杆加载UHTCC试件,测得UHTCC在0.2、0.3、0.4、0.5 MPa冲击气压下的应力波信号. 通过对比入射杆波形,验证相同加载条件下加载波形的一致性. 分别采用两点法和峰值法计算每种冲击气压下UHTCC中应力波的波速,结果显示,两点法适用性较广,计算结果较稳定,利用峰值法测波速则需要入射杆和试件波阻抗相近. 计算结果显示,UHTCC中应力波波速、衰减系数随冲击气压均无明显变化,平均波速为3.060 km/s,平均衰减系数为2.777 m^?1. 可以利用朱-王-唐本构模型参数表达材料中应力波的波速和衰减,也可以利用实测的波速和衰减系数将UHTCC的朱-王-唐冲击本构模型表示为只含单个准静态参数的方程,从而提供通过试验直接确定UHTCC动态本构的方法.     

自应力钢管轻骨料砼中核心混凝土的本构关系

总结现有的砼本构关系,经过试验和理论分析,修定了基于弹塑性理论的砼本构关系;确定了四参数强度准则的参数,使之适合于自应力钢管轻骨料砼的核心砼．     

锯齿状结构面剪切蠕变、松弛及长期强度研究

为对结构面的蠕变、松弛和长期强度进行综合分析,用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,采用相同的分级加载方法,在岩石双轴流变试验机上对规则齿形结构面进行剪切蠕变试验和松弛试验.首先分析了蠕变特性与松弛特性的异同及蠕变和松弛过程中剪应力-位移曲线的差异,其次基于蠕变速率及蠕变与松弛关系,推导能够描述应力松弛的经验方程,最后分别基于蠕变试验和松弛试验确定结构面的长期强度,并对长期强度进行对比分析.研究结果表明:蠕变曲线与松弛曲线形态相似,变化趋势相反;蠕变变形量和应力松弛量都随结构面爬坡角的增大而增大;蠕变过程和松弛过程的剪应力-位移曲线显示两者的应力-应变路径不同,表明蠕变和松弛过程中能量变化不同,且由于不可逆功的存在,不能简单认为蠕变和松弛是等价的;本文提出的应力松弛方程,能够较好地描述松弛过程,但蠕变方程和松弛方程的拟合参数值相差约1个数量级;基于相同的机理,根据蠕变试验和松弛试验确定的结构面长期强度不同,相差约为9%,而且长期强度值与蠕变过程和松弛过程中剪应力-位移曲线的屈服强度比较接近.     

不同应力路径下旋转硬化方程的统一表示及验证

在收集到的大量试验数据的基础上,结合旋转硬化表达式,提出一个适用于不同应力路径下的旋转硬化表达式,该公式中共有两个参数,通过理论分析得到这两个参数的确定方法。将该公式导入修正剑桥模型来模拟土体在不同加载路径下的应力应变行为,将模拟结果与试验结果进行对比,结果显示,采用该旋转硬化表达式的各向异性本构模型得到的结果与试验结果均吻合较好,从而验证了该旋转硬化表达式的合理性。     

基于细观层次的混凝土抗压强度与尺寸效应的数值模拟

为了实现混凝土试件抗压强度与尺寸效应的仿真计算分析,在细观尺度下,把混凝土看作是由砂浆、粘结带和骨料组成的三相复合材料,细观尺度下的各相物理力学参数都以试验数据为依据,用随机骨料模型代表混凝土细观结构,利用有限元法和混凝土细观力学的本构关系,借助于计算机强大的运算能力,对混凝土复杂的力学行为进行数值模拟.通过计算发现:...     

复杂应力路径下土的本构模型研究

本文结合粉土着重研究复杂应力路径下，土的应力～应变～体变特性。提出考虑土的应变软化、剪胀（剪缩）性和应力路径影响的非线性弹性模型。通过试验成果验证，分析模型的适用性。     

高应力下石英砂与不同结构接触面抗剪强度的试验研究

高应力下土与结构接触面抗剪强度研究是当前井壁破裂理论研究的关键之一 .通过在DRS 1型微机高压直残剪试验系统上所进行的标准石英砂与不同基底的界面剪切特性试验研究表明 ,高应力作用下不同结构接触面的峰值强度与正应力以及残余强度与正应力之间的关系符合库仑强度准则 .咬合强度C和界面摩擦角δ取决于基底材料的刚度 ,刚度越大 ,C值越小 ,δ值越大 .高应力作用下不同结构界面剪切过程中土体都呈现出剪缩性 ,体积应变随剪切位移的增大而增大 ,体积应变受接触面的刚度和正应力共同影响     

CA砂浆强度影响因素及强度机理研究

为制得满足高速铁路建设的CA砂浆,制备了不同配比的CA砂浆,通过考查CA砂浆的强度并利用扫描电子显微镜观测微观结构,研究砂的级配、砂灰比、乳化沥青与水泥比等因素对CA砂浆固化体不同龄期强度的影响．研究表明：选择粒径为0．15—0．3mm与0．3—0．6mm的组合砂能有效地降低高强型CA砂浆材料的分离度,而对CA砂浆28...     

钢结构工程中高强度螺栓轴向应力的超声测量技术

基于声弹性效应原理, 研究了超声波在螺栓内的传播速度与轴向应力间的关系, 并采用纵横波结合法测量螺栓轴向应力. 在介绍声弹性效应测量螺栓轴向应力原理的基础上, 选择型号为M30×150的8.8级碳钢螺栓进行实验研究, 利用信号互相关算法实现了纵横波渡越时间的获取, 得到了螺栓在不同应力状态下的螺栓应力弹性系数变化趋势, 并提出了一种分段计算螺栓轴向应力的测量方法, 结果表明计算应力值与理论应力值平均误差率仅为2.026%, 提高了螺栓轴向应力的测量精度.