混凝土剪切试验方法研究及ANSYS分析

在分析国内外混凝土剪切试验方法的基础上,自行设计了一套剪力试验装置,并且用有限元软件ANSYS计算分析了其可行性,在试验的基础上得出的混凝土本体剪切强度与立方体抗压强度的关系为τp=0.1145f0.9985cu.     

直接剪切试验中试样剪切面积变化对试验结果的影响

由于直接剪切试验方法操作简单、工作效率高及在实际工程项目中积累了丰富的数据资料等优势,目前该方法仍是工程技术人员获得土的抗剪强度指标的重要手段.考虑到直接剪切试验在试验过程中和应力计算等方面存在一定瑕疵,从直接剪切试验过程中土样的剪切面积逐渐变化的角度,对比分析了现有的计算方法和考虑土样剪切面积变化情况下试验结果的差异...     

页岩风化料的物理力学特性试验研究

对页岩风化料的工程特性进行了较全面的试验研究。研究结果表明：页岩风化料的颗粒组成具有宽级配、不连续的特征。经重型击实后，具有较高的干密度抗剪强度、较低的压缩性和渗透性。页岩风化料可用作土石坝心墙的防渗料。     

基于三维形貌分析的结构面剪切试验研究

为研究结构面表面形貌、正应力及剪切历史对岩石结构面剪切特性及强度的影响规律,利用近景摄影测量技术测量试验前后结构面三维形貌数据,对影响结构面剪切特性的因素开展定性与半定量的分析。分析结果表明①结构面形貌对剪切特性的影响具有方向性,视倾角>0°的凸起体才可能在剪切过程中起抵触作用;②起伏粗糙对剪切特性的影响随正压力增大而降低,相应的剪胀效应也随正压力增大而减小;③在低正压力条件下,结构面表面的起伏凸起体即可被磨损剪断,首先出现磨损剪断的是视倾角较大的凸起,在经历1次正应力条件下剪切变形后,剪切曲线便不再出现峰值现象;④摩擦角随正压力增大而减小,而黏聚力随正压力增大而增大;⑤单块试样反复剪切试验中,取第1次残余值与后续剪切强度值拟合得到的剪切强度参数可代表具有剪切运动历史的结构面剪切强度。     

页岩水力压裂裂缝起裂和扩展断裂力学模型

结合大尺寸真三轴水平井水力压裂物理模拟试验,对龙马溪组页岩的起裂、扩展以及扩展过程中水力裂缝与天然裂缝的相互作用进行了详细的力学分析,并基于断裂力学和流体力学理论知识,建立了水力裂缝起裂和扩展力学模型,推导了相应的断裂力学判据。结果表明:①起裂方式可以分为3类,即页岩本体张性起裂、沿天然裂缝(层理面)的剪切起裂、沿天然裂缝(层理面)的张拉起裂;②水力裂缝扩展过程中,随着裂缝长度的增加,泵压逐渐减小,最终趋于一个略大于最小水平主应力的稳定值;③水力裂缝与天然裂缝的相互作用类型可根据天然裂缝是否开启分为以下5类,即剪切天然裂缝后穿过、直接穿过天然裂缝、从天然裂缝一端穿过、同时从天然裂缝两端穿过、从某一弱面穿过。研究结果可为页岩气藏水平井压裂开采提供有力技术支持。     

三峡船闸区硬性结构面蠕变特性试验研究

介绍了三峡工程船闸区硬性结构面的蠕变试验结果 ,着重分析了结构面在恒定荷载作用下的蠕变性态。在试验研究的基础上,提出了结构面蠕 变的剪切蠕变方程。研究表明：结构面的剪切蠕变位移不仅是加载持续时间的函数,且与所 施加的法向压应力和剪切应力的大小有关,其蠕变方程中的各系数均随应力与结构面蠕变剪 切强度比值的增加而增大。     

四点剪切条件下岩石-混凝土界面裂缝扩展过程研究

采用四点剪切型试件进行岩石-混凝土界面断裂试验,研究不同加载方式、缝高比、偏缝率下界面裂缝的扩展过程。采用界面断裂力学的方法计算裂缝尖端应力强度因子,提出了能预测裂缝发展不同模式的界面裂缝扩展准则,结合岩石-混凝土界面的拉伸软化本构曲线,通过有限元方法对四点剪切加载条件下界面裂缝扩展过程进行模拟,数值结果与试验结果吻合良好。结果表明:在得到界面、混凝土与岩石的抗拉强度、断裂能和起裂断裂韧度后,可以采用数值的方法预测裂缝扩展的不同模式,求解岩石-混凝土界面裂缝在Ⅰ-Ⅱ复合型应力场下的起裂荷载、极限荷载、裂缝扩展长度等断裂参数,模拟裂缝扩展全过程。更多还原     

土工直接剪切试验和三轴剪切试验优缺点及适用范围

土工试验是解决土工问题的一个工作环节,通过对直接剪切试验和三轴剪切试验的优缺点对比分析．调整不同级别的建筑物对试验方法的选择,以使试验结果更加符合岩土工程运行工况。     

约束圆环试验混凝土裂缝扩展全过程研究

美国国家公路与运输协会（AASHTO）及美国试验材料学会（ASTM）推荐约束圆环试验为评估早期混凝土抗裂性的标准试验方法。为了更好地研究约束圆环试验中混凝土的破坏机理,利用 ANSYS 有限元软件热学分析和结构分析模块,在混凝土上施加虚拟温度场来模拟收缩作用。结合应力分析结果确定混凝土的起裂位置,并引入虚拟裂缝模型,模拟外圆周干燥的圆环试件收缩裂缝在起裂后的扩展过程。通过对比混凝土开裂时间,预测结果和试验结果吻合良好,验证了数值模拟中提出的计算方法的可行性。结果显示,在约束圆环试验中,限制收缩裂缝形成后直接进入失稳扩展阶段,试验中钢环压应变的突然滞回反映了混凝土限制收缩条件下的失稳扩展。     

基于双标量损伤黏聚裂缝模型的混凝土单轴受压裂缝扩展分析

为了解决混凝土单轴受压裂缝扩展问题,将损伤力学的观点引入到黏聚裂缝模型的描述中,在热力学的框架上提出了一类双标量损伤黏聚裂缝模型。根据试验数据拟合了受拉及受剪两种损伤演化曲线,并将库伦定理引入到受剪损伤演化曲线中,使得本文提出的黏聚裂缝模型更为完善,不仅能描述混凝土单一(I、II型)裂缝模式,同时还能描述复合(拉剪及压剪)裂缝模式下裂缝面间黏聚应力与相对位移之间的关系。在数值方法上,采用非规则界面单元方法:在试块内随机划分三角网格,并在所有三角单元边界上嵌入界面单元,使得裂缝能在试件全局内随机扩展。结合以上两种方法,对混凝土单轴受压裂缝扩展进行数值模拟,数值模拟结果能较好的描述裂缝扩展过程中出现的多裂缝同时扩展、裂缝贯通汇集以及横向膨胀变形等现象。     

混凝土裂纹扩展过程的测量方法研究

介绍了数字散斑法、光弹性贴片法和云纹干涉法三种测量方法的发展现状,这三种方法都可用于正确测定混凝土断裂参数和观测混凝土失稳断裂前裂缝扩展过程。通过对三种方法的优劣对比分析表明数字散斑法对大多数混凝土断裂实验研究有更好的适用性。     

剪切作用下锚固结构面应力分布特征分析

为了揭示岩体锚固结构面的剪切力学行为及其破坏机制,采用室内相似模拟直剪试验,分别改变锚固结构面的锚杆倾角和夹层力学性质,利用应变片测试获得了锚固结构面的应力分布特征,并研究了在不同法向荷载作用下锚固结构面应力分布的变化规律。结果表明:(1)在相同的法向荷载条件下,硬性结构面刚度比含夹层结构面刚度大;(2)结构面在锚固位置产生应力集中现象并主要发生拉剪破坏,导致其应力分布不均匀;(3)随着剪切位移的增大,硬性结构面和含夹层结构面均存在应变突变点,但含夹层结构面突变点对应的剪切位移较硬性结构面大;(4)由于锚固作用,沿剪切方向结构面呈现从滑动剪切到挤压剪切的应力演化过程。研究成果对于水利工程中的坝基及库岸边坡加固具有一定的参考意义。     

用非线性弹簧模拟混凝土裂纹扩展的探讨

混凝土的拉伸破坏不是完全脆性的,但目前的非线性有限元分析中往往假定其是脆性断裂。若在模拟过程中能够考虑混凝土的拉伸软化作用,将得到计算精度较高且更符合工程实际的计算结果。以简单计算模型为例,通过MARC软件的二次开发定义非线性弹簧的力学特性,并将其应用于计算模型的裂纹扩展模拟中。计算结果表明,非线性弹簧能够对裂纹扩展进行较好的模拟,且其二次开发较容易实现。另外,试图通过定义非线性弹簧的失效力学特性来考虑混凝土的拉伸软化作用及裂缝的开裂在实际工程应用中仍存在一些问题,如弹簧刚度K的合理取值等,有待于进一步研究。     

浅谈三轴试验方法及数据整理

建筑物基础的稳定性评估通常要进行三轴试验,为给常规三轴试验提供既规范又简单的方法,该文以大量常规三轴试验的研究成果为依据,对常规三轴试验的原理、试验方案确定、数据的整理进行了归纳,对试样的固结、速率、破坏标准及破坏形式进行了分类,并结合工程实际,以固结排水剪切试验为例,对土体抗剪强度参数的整理过程进行了总结。该文方法可为建筑物基础稳定评价时采用三轴仪试验参数提供参考。     

钢-土界面剪切规律时效性室内试验研究

钢-土界面时效性对研究钢护筒嵌岩桩的承载力具有重要意义。在总结前人研究成果的基础上,通过改进室内直剪试验,研究预压时间对钢-土接触界面剪切特性的影响。试验设计预压时间分别为0,1,2,4,6,17,24和48 h,探索不同预压条件下得到的钢-土界面在不同法向应力条件下受剪时的应力应变关系。通过引入摩尔-库伦准则,分析了剪应力与水平位移的关系、抗剪强度等随界面预压时间的变化,发现剪应力随水平位移的增加而增大并趋于稳定;随着预压时间的增加,摩擦角、黏聚力呈增大趋势,并在一定时间后趋于稳定;钢-土界面剪切的极限强度不仅与界面上的法向应力有关,还与界面预压的时间有关,极限剪应力随预压时间的增加有较明显的增长,当法向应力较小时界面极限剪应力的时效性越明显。     

层状岩体抗剪强度产状效应的数值试验研究

层状岩体力学特性呈现出明显的各向异性特点,其强度和变形参数不但与作用力和岩体结构面之间的夹角有关,同时还与岩体结构面的走向密切相关。为研究岩体结构面产状对层状岩体抗剪强度参数的取值影响,首先对某工程现场直剪试验进行模型辨识研究,然后采用数值试验方法对层状岩体抗剪断试验进行拓展性数值研究,进而对岩体的抗剪断强度各向异性进行了深入研究,分析了层状岩体抗剪断强度特性与结构面产状之间的变化规律。研究结果表明：层状岩体的抗剪强度参数呈现明显的非正交各向异性特点;随着结构面倾角的增大,抗剪断强度参数与结构面产状之间关系可采用空间椭圆面来描述。      

砒砂岩抗剪强度与其结构特征关系

通过直剪试验、X射线衍射、电镜分析的方法,分析了红色砒砂岩和白色砒砂岩力学性能随含水率的变化规律,观测了砒砂岩的颗粒粒径分布、矿物组成及微观形貌,探讨了砒砂岩结构特征对抗剪强度的影响。结果表明,含水率对红色和白色砒砂岩抗剪强度的影响不同,红色砒砂岩抗剪强度随含水率增大先增大后减小,黏聚力起主导主用,白色砒砂岩抗剪强度随含水率增大而减小,摩擦力和咬合力起主导作用;红色和白色砒砂岩的主要矿物是石英、长石、蒙脱石和方解石,长石的易于风化,蒙脱石的遇水膨胀及方解石的易分解,导致砒砂岩力学性能较差;白色砒砂岩以粗砂为主,含少量细砂,颗粒有明显棱角,孔隙较大,导致颗粒间具有较强的摩擦力和咬合力,而红色砒砂岩细砂含量较多,结构连接较致密,导致滑动过程中以黏聚力为主导,咬合摩擦作用较弱。     

基于分形维的混凝土裂纹扩展及损伤演化过程研究

混凝土材料破坏过程中裂纹的演化具有随机无规律的特点,而外界条件的复杂性和混凝土自身的非线性使得裂纹的动态演化规律研究十分困难。为定量研究混凝土受力过程中裂纹及损伤的演变过程,本文在假定混凝土是由骨料、砂浆及两者之间的界面组成的三相复合材料基础上,建立了细观混凝土力学模型,提出一种基于裂纹分形维的损伤变量计算方法,对多组混凝土试件的单轴拉伸力学行为进行损伤数值研究,利用分形维对混凝土开裂全过程中的裂纹分布进行表征。研究表明:细观模拟的裂纹形态与试验结果相符;裂纹分形维能够更好地反映混凝土材料损伤的变化过程,可以定量描述材料损伤演化的特性;发现了混凝土从"均匀"损伤至局部破坏的临界点;细观模拟得到的应力-应变曲线、裂纹分形维曲线、损伤演化曲线受网格尺寸的影响很小;随着混凝土试件骨料级配数的增加,骨料颗粒和界面减少,整体耗能降低,应力峰值和裂纹分形维均减小。此外,本文建议应力峰值点后的裂纹分形维曲线的突变点为混凝土材料从"均匀"损伤进入局部破坏的临界点,是损伤和断裂的分界点,相应的损伤值约为0.8,该值可作为混凝土出现宏观裂纹的损伤阈值。本文研究加深了人们对混凝土破坏机理的认识。     

静水条件下超疏水性对混凝土 I 型裂缝扩展的影响

高水压力随水流浸入作用于结构缺陷或裂缝缝面导致结构开裂或裂缝扩展的工程问题在国内外多座高坝中均有发生。超疏水混凝土表面对水分具有较强的排斥作用,水流浸入裂缝的范围小于普通混凝土,对于上述工程问题应具有抑制作用。为此,将裂缝受力扩展考虑为 Boussinesq 问题,并借鉴 Westergaard 应力函数,推导了集中荷载下的缝面位移函数和均布荷载下的缝面位移和裂缝延长线应力函数。根据应变能释放率理论,建立了水流入浸导致裂缝扩展的计算模型与迭代步骤,可以进行不同疏水性材料裂缝扩展的定量分析。算例分析表明,相对普通混凝土,超疏水混凝土对高水压下的裂缝扩展具有较好的抑制作用,而且超疏水混凝土裂缝尖端具有更好的应力状态。