基于破坏类型的本溪灰岩本构关系研究

根据单轴和三轴条件下本溪灰岩的压缩试验和峰后循环加载试验,总结本溪灰岩的强度、变形随围压的变化规律,研究不同围压下本溪灰岩的破坏过程和重复加载过程,分析不同应力条件下本溪灰岩破坏的方式.结果表明:本溪灰岩在应力刚过峰值且未完全进入残余强度阶段,其弹性模量与峰前相同,此阶段进行循环加载时,新的峰值应力低于卸载点应力;在残余强度阶段,残余强度不再随重复加载发生明显变化;采用比较峰值时的环向弹性应变值与环向应变值的方法来判别本溪灰岩的破坏类型是可行的;不同围压下,本溪灰岩的破坏方式有张性破坏和剪切破坏2种类型,这2种破坏方式下本构模型的控制参数是不同的.分别选取了环向应变和剪切应变作为控制参数建立了本构模型,该模型很好地描述了本溪灰岩峰后阶段的应力脆性跌落现象及应力与应变的关系.     

含层状节理岩体力学性质数值模拟研究

采用GDEM软件分析不同角度下平行层状节理岩体力学性质,探讨节理角度与加载方向夹角的变化对试件破坏模式的影响,采用工程常见的不同层间岩体材料建立平行层状节理模型,通过静载单轴压缩、双轴压缩和纯剪切3种加载方式,分析此类岩体模型在不同倾斜角度情况下破坏形式、加载过程应力应变关系和峰值载荷变化趋势。分析结果表明平行层次节理岩体的力学性质和峰值强度与节理倾角有直接关系,并通过模拟发现在3种加载情况下平行层次节理岩体表现出明显的弹脆性力学的特点。     

再生混凝土单轴力学性能指标统一计算方法

对大量再生混凝土单轴力学性能试验资料进行整理分析,基于统计分析方法,在借鉴普通混凝土力学模型的基础上,对不同取代率下再生混凝土的各种力学性能指标进行统一分析,提出了适用于不同取代率下再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压峰值应变和轴心受拉峰值应变的统一计算公式,建立了再生混凝土单轴受压、受拉的应力‐应变全曲线表达式,并将公式计算结果与试验结果进行对比。结果表明：计算结果与试验结果吻合较好;提出的再生混凝土单轴力学性能指标统一计算公式精度较高。     

Mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression

To study the mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression,we analyzed the stress strain curve characteristics,deformation and strength properties,and failure process and characteristics of sandstone samples under different stress states.The experimental results reveal that peak strength,residual strength,elasticity modulus and deformation modulus increase linearly with confining pressure,and failure models transform from fragile failure under low confining pressure to ductility failure under high confining pressure.Macroscopic failure forms of samples under uniaxial compression were split failure parallel to the axis of samples,while macroscopic failure forms under uniaxial compression were shear failure,the shear failure angle of which decreased linearly with confining pressure.There were significant volume dilatation properties in the loading process of sandstone under different confining pressures,and we analyzed the damage evolution properties of samples based on acoustic emission damage and volumetric dilatation damage,and established damage constitutive model,realizing the real-time quantitative evaluation of samples damage state in loading process.     

Numerical investigation on the sensitivity of jointed rock mass strength to various factors

The mechanical properties of jointed rock masses, such as strength, deformation and the failure mechanism, can be understood only by studying the sensitivity of jointed rock mass strength (both the peak and residual strengths) to the factors that affect it. An orthogonal design of uniaxial compression tests was simulated on eighteen groups of jointed rock specimens having different geometric and mechanical properties using RFPA2D (Rock Failure Process Analysis) code. The results show that the peak strength is controlled by the geometric parameters of the joints, but that the residual strength is controlled by the mechanical properties of the joint interfaces. The failure mode of jointed rock specimens is mainly shear failure. Joint quantity, or density, is the most important index that affects jointed rock mass strength and engineering quality.     

不同围压下灰岩力学特性及破坏力学模型研究

为了研究围压对灰岩力学特性及破坏力学模型的影响,采用MTS815对完整灰岩岩样进行三轴压缩试验。基于岩样宏观破坏形式,建立张拉剪切破坏模型,构建峰值强度与围压关系表达式;讨论张拉剪切模型与纯剪切模型对岩石剪切强度参数值（粘聚力与内摩擦角）的影响。研究结果表明：岩样弹性模量、抗压强度及残余强度均随围压升高而增大,且残余强度与围压呈非线性相关;当岩样最终破坏时,环向应变与轴向应变比值随围压升高呈负指数降低;一定围压范围内,岩石抗压强度受剪切强度参数和抗拉强度影响;张拉剪切模型确定岩石剪切强度参数值随破裂角增大而增大,与纯剪切模型相比,数值均较小。因此,低围压时,考虑岩石破坏模型具有一定的实际意义。     

超轻质水泥基复合材料基本力学性能

为探究超轻质水泥基复合材料(ultra lightweight cement composite,ULCC)的基本力学性能及应力-应变曲线本构关系.以粉煤灰空心微珠为唯一轻质微集料,以水泥和硅灰为胶凝材料,以高效减水剂和减缩剂为外加剂,配制了钢纤维体积掺量为1%,表观密度介于1 250~1 550 kg/m3,轴心抗压强度介于47.9~70.0 MPa的4种不同密度等级的ULCC.对其分别进行单轴抗压和单轴抗拉试验,分别研究了ULCC的轴心抗压和轴心抗拉力学性能,测得了ULCC材料轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、泊松比及单轴抗压和单轴抗拉应力-应变曲线.结果表明:ULCC的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均随密度的增加而增加; ULCC的轴心抗压强度和弹性模量与密度呈较强线性相关性.轴心抗拉试验结果表明ULCC抗拉应力-应变曲线关系呈现明显的峰后平台段,ULCC材料具有良好的拉伸变形能力.根据试验测得的ULCC单轴抗压和单轴抗拉应力-应变全曲线,建立了ULCC单轴抗压和单轴抗拉的分段式应力-应变本构方程.研究成果可为ULCC结构的设计和非线性有限元计算提供理论依据.     

马兰黄土软化型本构模型研究

通过对不同含水量的马兰黄土的单轴压缩试验、固结不排水剪切试验、固结排水试验,在深入了解马兰黄土本身独特的物理力学性质的基础下,分析了马兰黄土的应力—应变曲线特性及物理意义,提出了马兰黄土的软化本构模型。该模型准确的描述了轴向应变不高于5%~6%的马兰黄土应力-应变关系,揭示了马兰黄土在低应变的条件下的受力机理,也为进一步研究马兰黄土的其他各种力学机理提供了理论基础。同时对所得到本构模型的各参数的变化规律进行了分析,分析结果表明参数a和b都是含水量和围压的函数,并且两者都呈一定的变化规律。     

贝壳砂物理力学性质研究

对贝壳砂的物理力学性质进行了系统的研究,指出了贝壳砂的一些工程特性。对不同相对密度的贝壳砂进行了单轴固结试验和三轴固结不排水试验。低围压范围内,相对密度和围压对贝壳砂的峰值应力都有很大的影响,相对密度越大,围压越大,贝壳砂抗剪强度也就越大;尤其是提高相对密度,对贝壳砂的峰值应力有很大的提高。对试验前后的贝壳砂进行了颗分试验,定性地描述了贝壳砂试验前后的破碎情况,指出贝壳砂颗粒的破碎特点。     

考虑非贯通节理损伤演化岩体复合本构模型

非贯通节理岩体的力学特征与完整岩石相比有较大差异.为推导非贯通节理岩体在单轴压缩下的复合损伤本构模型,采用修正自洽方法考虑不同损伤变量之间的复合.从附加应变能增量和损伤应变能释放量相关联的思路出发,采用等效直线裂纹作为节理裂隙损伤演化轨迹,分别计算细观损伤、初始节理和节理裂隙损伤演化引起的附加应变能;基于Betti能量互易定理,引入自洽方法考虑节理裂隙之间的相互作用,并采用逐条添加节理的方法对传统自洽方法进行修正,得出岩体不同受力阶段细观、初始节理和节理裂隙损伤演化的复合损伤本构模型;将本构模型的理论计算结果与现有文献的室内试验结果进行对比分析,结果显示:本构模型的理论计算结果与室内试验结果规律一致,随着节理个数增加,初始弹性模量和荷载峰值均呈下降趋势,下降幅度较为一致;节理裂隙的损伤演化对岩体的力学特性有重要影响,考虑节理裂隙损伤演化的理论应力应变曲线和荷载峰值与室内试验结果更为吻合,有效验证了复合损伤本构模型的正确性与合理性.     

模拟岩石的平行粘结模型微观参数标定

针对平行粘结模型不能同时满足岩石抗拉强度和抗压强度的问题,通过模拟岩石的单轴拉伸试验和单轴压缩试验,以已有的Lac du Bonnet花岗岩的室内试验结果为目标,标定了不同孔隙比和不同不均匀系数岩石离散元试样的微观参数。从微观破坏机制角度指出了平行粘结模型的不足之处,并提出了改进方法。研究结果表明:满足抗拉强度和抗压强度的微观胶结强度参数相差一个数量级;模型仅考虑了胶结的抗拉和抗剪特性,忽略了法向力对胶结强度的影响,导致模型不能正确反映岩石的拉压强度比值;建议采用可模拟颗粒破碎的团粒模型或者基于室内试验提出的胶接模型。     

泡沫改良砾砂渣土力学行为与流变模型研究

正确认识土压平衡盾构渣土力学行为特征是优化渣土改良方案、确保盾构开挖面稳定和高效掘进的重要前提,为此,针对砾砂地层盾构改良渣土,采用加压式十字板剪切仪,通过不排水侧限压缩试验,揭示泡沫改良砾砂法向压力-压缩应变的关系;通过多工况十字板剪切试验,探究泡沫改良砾砂的剪切变形全过程,分析其峰值和残余剪切强度的大小及影响因素。试验结果发现泡沫改良砾砂符合可压非牛顿流体的特征,因此,基于流变学建立泡沫改良砾砂的可压缩宾汉姆流体本构模型,拟合并分析改良土的流体压缩系数、不同法向压力下的流变参数(屈服应力、塑性黏度),并提出其密度和峰值及残余剪切强度流变参数的压力相关性公式。研究成果可提升对带压环境下泡沫改良砾砂渣土力学行为特征的认识,并为描述盾构渣土宏观流动变形的计算流体力学数值模拟提供理论依据。     

均匀设计在物理模型试验相似材料配比试验中的应用

在物理模型试验中,相似材料的配制及试验对模型试验的成功与否具有重要的作用.基于均匀设计方法,以松香含量、砂∶重晶石粉、铁粉含量、石膏含量作为正交设计的4个因素,每个因素设置6个水平,设计了6组材料配比方案,进行了室内单轴压缩、劈裂和直剪试验,获得了不同配比相似材料的容重、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力等物理力学指标.结果表明,配制的相似材料的物理力学参数覆盖的范围较大,能够满足不同岩体性质物理模型试验对相似材料的要求;结合工程实例,基于相似材料试验结果,进行了物理模型试验的设计和相似材料配比方案的选择.     

沥青混合料单轴重复加卸载破损CT识别

为确定沥青路面材料的损伤与损伤累积规律,利用可同步进行CT（Computerized Tomograph2扫描的三轴仪,进行了沥青混合料单轴重复加、卸载实验,利用CT数和CT图像分析了加、卸载过程中,沥青混合料内部结构和密度的变化,计算了不同加、卸载阶段的损伤变量．结果表明：加载初期损伤变量略有减小,属于压密阶段;随加、卸载的进行,损伤逐渐加大;推导了损伤演化方程和强度衰减规律,计算结果与实测资料吻合．     

Hardfill筑坝材料应力—应变特性与本构模型研究

胶凝砂砾石（Hardfill）材料是用少量胶凝材料将砂砾料固结得到的一种低强度筑坝新材料。通过对材料试验资料的分析,获得Hardfill材料应力—应变关系的特点为：表现出较典型的弹塑性材料应力—应变特征;在低应力水平表现为线弹性性质,当应力达到峰值强度的60%～80%后逐步进入弹塑性阶段,直至达到峰值强度;其后,应力随...     

徐州地区夯土房的土料力学性能试验分析

对夯土建筑在徐州地区的试点工程棠张机站机房所用土料进行了力学试验研究．取夯土机房土料为原料,分别制作素土和不同比例灰土及其不同夯实度的试件,按土工试验规程进行土样直剪及轴向抗压试验．通过试验得到土体的破坏形态、破坏过程及试块的抗压、抗剪强度,分析了石灰含量和夯实度对土料的强度产生的影响．     

Behavior of concrete and concrete-filled circular steel tubular stub columns at constant high temperatures

Based on reanalyzing test results of uniaxial compressive behavior of concrete at constant high temperatures in China, with the compressive cube strength of concrete from 20 to 80 MPa, unified formulas for uniaxial compressive strength, elastic modulus, strain at peak uniaxial compression and mathematical expression for unaxial compressive stress-strain relations for the concrete at constant high temperatures were studied. Furthermore, the axial stress-axial strain relations between laterally confined concrete under axial compression and multiaxial stress-strain relations for steel at constant high temperatures were studied. Finally, based on continuum mechanics, the mechanics model for concentric cylinders of circular steel tube with concrete core of entire section loaded at constant high temperatures was established. Applying elasto-plastic analysis method, a FORTRAN program was developed, and the concrete-filled circular steel tubular （CFST） stub colunms at constant high temperatures were analyzed. The analysis results are in agreement with the experiment ones from references.     

循环加载强化作用对花岗岩细观破坏影响的离散元研究

基于室内单轴压缩试验结果,采用离散元方法建立等效晶质模型（GBM）. 根据室内循环加卸载试验结果改进GBM模型晶内、晶间接触模型,建立能够准确表征循环加载强化作用的GBM强化模型,借此GBM强化模型揭示循环加载强化作用对花岗岩单轴压缩过程细观破坏的影响机制. 结果表明,在峰前应力阶段,自锁效应造成的应力分布不同,导致晶内/晶间接触出现以张拉为主的裂纹,石英、长石依次成为承载主体;在峰后应力阶段,前期强化作用所积蓄的剪切能量得到释放,导致长石出现密集的晶内裂纹,是试块失稳的主要标志;长石周边矿物差异性失效引起长石矿物破坏路径改变,造成试块峰值应力随强化系数增大呈现波动性增长. 构建的GBM强化模型为研究循环加载强化作用对脆性岩石不同加载路径细观破坏机制提供新方法.     

Mechanical properties and failure characteristics of fractured sandstone with grouting and anchorage简

Based on uniaxial compression experimental results on fractured sandstone with grouting and anchorage, we studied the strength and deformation properties, the failure model, crack formation and evolution laws of fractured sandstone under different conditions of anchorage. The experimental results show that the strength and elastic modulus of fractured sandstone with different fracture angles are significantly lower than those of intact sandstone. Compared with the fractured samples without anchorage, the peak strength, residual strength, peak and ultimate axial strain of fractured sandstone under different anchorage increase by 64.5–320.0%, 62.8–493.0%, and 31.6–181.4%, respectively. The number of bolts and degree of pre-stress has certain effects on the peak strength and failure model of fractured sandstone. The peak strength of fractured sandstone under different anchorage increases to some extent, and the failure model of fractured sandstone also transforms from tensile failure to tensile–shear mixed failure with the number of bolts. The pre-stress can restrain the formation and evolution process of tensile cracks, delay the failure process of fractured sandstone under anchorage and impel the transformation of failure model from brittle failure to plastic failure.     

灌浆节理压剪峰值抗剪强度数值试验研究

对灌浆锯齿形单节理在压剪情况下的变形特性及峰值抗剪强度进行了数值试验研究.首先对数值模拟中涉及的模型网格、材料力学特性及接触面模拟问题进行了分析;在此基础上,对数值试验的精度和正确性进行了检验;最后,对灌浆锯齿形单节理在圧剪情况下的变形破坏进行了数值试验,重点针对灌浆充填度、起伏角和法向压应力等因素对于灌浆节理峰值抗剪强度的影响进行了分析,提出考虑各因素综合影响的抗剪强度经验公式,成果对进一步研究实际灌浆节理的抗剪强度具有理论指导意义,对实际工程也具有参考价值.