循环孔隙水作用下混凝土动态特性试验研究

对0、10、50次孔隙水循环下不同应变速率(10-5、10-4、10-3、10-2/s)的混凝土和中低应变速率(10-4、10-3/s)下不同孔隙水循环次数(0、10、50、100、200次)的混凝土进行了常三轴压缩试验,试件尺寸为ф300mm×600mm。对循环孔隙水压作用后混凝土的峰值应力物理力学参数的变化规律进行了统计分析,并对混凝土在不同加载速率下的吸能变化规律进行了分析。结果表明:随着应变速率增大,混凝土的峰值应力呈增大趋势,随孔隙水压循环次数的增加,峰值应力大体呈现先增大后减小的阶段性变化;混凝土的吸能能力随加载速率的增加,表现出明显增大的趋势。混凝土的吸能能力随孔隙水压循环次数的增加表现出一定的离散性,但整体上呈先增大后减小的趋势;选用基于Weibull统计理论的混凝土材料分段式动态损伤本构模型对试验数据进行拟合,经验证,此模型与试验结果吻合较好。     

有压孔隙水环境中的混凝土动态抗压性能研究

利用动静力三轴仪进行不同孔隙水压与不同加载速率下的混凝土常三轴试验,对试验数据进行基本力学参数分析,在此基础上对选用的Weibull-Lognormal损伤本构模型的参数进行统计分析。研究结果表明:1混凝土的峰值应力随应变速率的增加而增大,峰值应力及其对应变速率的敏感性随围压增大而增大。在各应变速率下,大气自然环境状态下的峰值应力均大于饱和状态下的峰值应力,即自然干燥状态下的混凝土强度高于水饱和状态下的混凝土强度。在有水环境中,混凝土峰值应力随围压的增加而增加,增加幅度随应变速率的提高而提高,围压的存在提高了混凝土的速率敏感性;2峰值应变随应变速率的提高,水饱和状态下的峰值应变普遍小于大气自然环境下的峰值应变;随围压的增加,峰值应变呈增长趋势,同时峰值应变对围压的敏感性随围压的增加而降低;3在大气自然干燥状态与饱和有水压状态下,混凝土的吸能能力均随应变速率的增大而增大,饱和有水压环境中混凝土的吸能能力对率敏感性更强,且随围压增大呈增加趋势。在各应变速率下,大气自然环境状态下的吸能能力均大于饱和状态下的吸能能力。在各应变速率下,随围压的增加,混凝土吸能力的增加幅度减小并呈下降趋势;4混凝土损伤特性在峰前服从Weibull统计分布,峰后服从Lognormal统计分布。峰前控制参数m随围压的增加而减小,围压越大,m值随应变速率的变化范围越小;峰后控制参数t在有围压时随应变速率增加,无围压时随应变速率减小。当应变速率低时随围压增加而减小,而应变速率高时则随围压的增加而增加。     

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对0、10、50次孔隙水循环下不同应变速率（10－5、10－4、10－3、10－2／s）的混凝土和中低应变速率（10－4、10－3／s）下不同孔隙水循环次数（0、10、50、100、200次）的混凝土进行了常三轴压缩试验,试件尺寸为φ300 mm×600 mm。对循环孔隙水压作用后混凝土的峰值应力物理力学参数的变化规律进行了统计分析,并对混凝土在不同加载速率下的吸能变化规律进行了分析。结果表明：随着应变速率增大,混凝土的峰值应力呈增大趋势,随孔隙水压循环次数的增加,峰值应力大体呈现先增大后减小的阶段性变化;混凝土的吸能能力随加载速率的增加,表现出明显增大的趋势。混凝土的吸能能力随孔隙水压循环次数的增加表现出一定的离散性,但整体上呈先增大后减小的趋势;选用基于 Weibull 统计理论的混凝土材料分段式动态损伤本构模型对试验数据进行拟合,经验证,此模型与试验结果吻合较好。     

有压水环境下循环荷载历史对饱和混凝土动态力学特性的影响

为研究有压水环境中循环荷载历史对混凝土动态力学性能的影响,对历经不同荷载循环次数(0、25、50、100次)的水饱和混凝土试件(在2 MPa围压水环境中)进行了不同应变速率(10-5、10-4、10-3、10-2/s)下的常规三轴静动态压缩试验,分析了混凝土材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量、吸能能力等基本力学参数的变化规律和机理。结果表明:同一加载速率下,水饱和混凝土的峰值应力、弹性模量和吸能能力均随循环次数的增长呈现出先增大后减小的规律,并且峰值应力和吸能能力增减的转折点随着应变速率的提高而向荷载循环次数增大的方向平移,峰值应变整体上呈减小的趋势;相同荷载循环次数后,峰值应力、峰值应变和吸能能力随着加载速率的增大而逐渐增大,并且荷载循环次数越大,率效应越显著,弹性模量随着加载速率的增大而逐渐较小。     

断续双裂隙红砂岩加载速率效应颗粒流分析

采用颗粒流程序平行黏结模型,对不同加载速率下断续非共面双裂隙红砂岩数值试样进行单轴和三轴压缩模拟,分析了加载速率对应力-应变曲线、峰值强度、扩容特征、变形参数和破坏模式等力学行为的影响。研究结果表明:加载速率主要影响应力-应变曲线峰值强度和峰后阶段,对峰前阶段影响很小。峰值强度随着加载速率的增大呈单调增长,与围压的关系可以用Mohr-Coulomb准则表征。裂纹损伤阈值对速率的敏感性随着加载速率的增大而提高,与围压的关系可以用广义Hoek-Brown准则表征。加载速率对弹性模量和泊松比的影响很小,而弱化模量和峰值应变影响明显。高加载速率会生成更多的微裂纹,进而造成试样破坏更为严重。     

珊瑚海水混凝土三轴受压力学性能试验研究

为研究珊瑚海水混凝土的三轴受压力学性能,对24个试件进行常规三轴试验。试验观察了试件的破坏形态,获取其受力破坏全过程的应力-应变曲线。结果表明：随着围压值增大,其破坏形态由竖向劈裂转为斜向剪切和横向断裂;应力-应变曲线上升段斜率增大、峰值点提高、峰点后下降段平缓,其相应峰值应力、峰值应变、弹性模量、耗能均增大,而延性系数则先增后降且最终稳定;侧向围压能延缓初始损伤出现,降低损伤发展速率和程度。     

加载速率和围压对煤能量演化影响试验研究

借助TAW-2000型电液伺服岩石力学试验系统进行了不同加载速率和不同围压下煤样的单轴压缩和三轴压缩试验,研究了加载速率和围压对煤样能量耗散特征的影响规律,探讨了煤样耗散应变能转化速率随加载速率和围压的变化规律。研究表明:单轴压缩试验第Ⅰ阶段试件的弹性应变能随加载速率的增加呈现先增大后减小的特点,耗散应变能转化速率均处于较低水平,且与加载速率呈负相关,第Ⅱ阶段耗散应变能随加载速率的增加也呈先增大后减小的趋势,各煤样耗散应变能转化速率的最大值均出现在峰值点或峰后轴向应力陡然跌落点。耗散应变能转化速率对围压十分敏感,围压越大,耗散应变能的转化速率也越大,煤样变形损伤越快。     

短龄期再生混凝土三轴受压力学性能及其本构关系

为研究短龄期再生混凝土的三轴受压力学性能,以龄期和围压值为变量,设计了14个圆柱体再生混凝土试件进行三轴受压试验,观察其破坏形态,获取应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变以及弹性模量等数据.基于试验数据分析了龄期和围压值对再生混凝土三轴受压力学性能的影响规律,建立了短龄期再生混凝土三轴受压的峰值应力、峰值应变和弹性模量的计算公式,并建立了再生混凝土三轴受压状态下的应力-应变本构方程.结果表明:短龄期再生混凝土的峰值应变、弹性模量受龄期影响较大,随着龄期的延长,峰值应变减小,而弹性模量却显著增大;围压值对再生混凝土的峰值应力、峰值应变和弹性模量均有显著影响.采用CEB-FIP(1990)规范中方法计算的再生混凝土三轴抗压强度值与实测值吻合较好.     

不同围压及加载速率下的塑性混凝土动力特性研究

为研究塑性混凝土在三向应力状态下的动力特性与破坏规律,设计符合工程实践的配合比方案,借助动三轴试验仪开展了其在不同围压和不同加载速率条件下的强度、应力及应变规律研究。最后依据试验成果建立了基于Bresler-Pister三参数的强度准则。结果表明：塑性混凝土抗压强度与加载速率呈近线性正相关,材料抗压强度小于5.0MPa时对低加载速率更敏感,抗压强度大于5.0MPa时对高加载速率更敏感;不同加载速率下材料应力-应变规律基本一致,当应变达到1.47%～1.90%后其应力出现峰值,随后大幅度降低;不同围压条件下塑性混凝土抗压强度随围压的增加同样呈线性增长趋势,随着围压的提高,塑性混凝土峰值应力维持时间越长,材料抗裂性能越好;基于Bresler-Pister的强度准则公式其计算剪应力与三轴实测误差在1.61%～4.35%之间,基本反映了材料的变形破坏规律。     

双轴循环荷载下混凝土动态力学特性研究

进行了不同侧压力(0、80、230、390 k N)、不同应变速率(10-2/s、10-3/s、10-4/s、10-5/s)下,混凝土的轴向循环加卸载压缩试验,研究了循环加卸载下,混凝土在不同应变速率和侧压下的动态力学特性变化规律。结果表明:随着侧压的增加,混凝土抗压强度的率敏感性降低;混凝土的峰值应变随应变速率的增大总体呈现减小的趋势,且随着侧压的增大,峰值应变逐渐增大。随着应变速率的增加,混凝土循环加卸载应力–应变全曲线所经历的循环次数逐渐减小,且全曲线外包络线上升段形状愈来愈"陡"。当应变速率一定时,随着侧应力的增大,峰值应力以前循环次数不断增多,即侧应力延缓了损失,推迟了破坏。     

三轴应力下塑性混凝土应力应变关系试验研究

通过4组塑性混凝土的单轴和常规三轴压缩应力应变全曲线试验,研究了三轴应力下塑性混凝土应力应变关系.结果表明：在围压作用下,塑性混凝土轴向应力应变曲线与单轴压缩下的曲线差别明显,主要表现为直线上升段很短,曲线上升段较长,无明显峰值点,下降段较平缓.利用割线模量表征塑性混凝土三轴应力下应力应变曲线上升段的主要变形特征,分析了影响割线模量的主要因素,建立了割线模量与围压、单轴抗压强度和弹性模量之间的关系式.研究了塑性混凝土三轴应力下峰值应变随围压、单轴应力下抗压强度及峰值应变的变化规律,并建立了相应的关系式.全面分析了塑性混凝土单轴及三轴作用下应力应变曲线特征,通过归一化处理后,拟合出常规三轴应力下塑性混凝土轴向应力应变关系式.     

砂岩力学特性及其改进Duncan-Chang模型

 为了研究砂岩的力学特性,对砂岩试件开展了不同围压下的常规三轴压缩试验。试验结果显示,随围压增加,砂岩峰值应力、峰值点应变及残余强度均逐渐增大;当围压低于15 MPa时,砂岩弹性模量随围压增加也逐渐增大,但增大幅度逐渐降低;当围压在15 MPa以上时,其弹性模量则与围压无关。为了描述砂岩破坏过程的应力–应变响应,提出一种改进的Duncan-Chang模型,并根据岩石应力–应变曲线峰值点处斜率为0的特点给出模型参数的确定方法。利用砂岩三轴压缩试验结果对模型合理性进行验证。预测曲线和试验结果对比显示,该模型能够准确描述砂岩应变软化特性和不同围压下砂岩破坏过程中除初始压密阶段以外的其余4个阶段,特别是能够反映砂岩破坏后的残余强度。对模型特性的进一步分析表明,除应变软化特性外,该模型还可模拟岩石在高围压下的应变硬化行为,具有较强的适应性。     

基于弹塑性损伤模型的岩石加卸载计算研究

基于经典弹塑性理论,引入损伤因子,综合考虑岩石在外力作用下的塑性变形与损伤演化,提出一种各向同性弹塑性损伤耦合模型。根据以上理论编制有限元计算程序,较好地描述了岩石在不同加卸载路径中的应力-应变特性。通过程序模拟计算,具体结论如下:在常规路径加载中,岩石的峰值强度与残余强度均随围压的增加而增加。在卸围压路径下,残余应力受初始围压影响较小,但侧向应变与体应变有着明显的增加。轴向荷载的提高使岩石损伤值增加,卸围压过程中最大损伤因子均大于同等初始围压下的常规路径试验。     

钢纤维混凝土三轴压缩下的强度和韧度特性

当围压分别为10,20,40,80MPa时,对纤维体积分数φf为0%,0.75%,1.50%,3.00%的钢纤维混凝土进行了3×10-5,5×10-4 s-1两种应变率的常规三轴压缩试验,测出了全过程应力-应变曲线,并据此分析了纤维体积分数、围压和应变率对试验曲线的峰值应力、峰值应变及材料韧度等力学指标的影响规律.结果表明:当围压相同而φf不同时,随着φf的提高,材料的峰值应力和峰值应变均明显提高,其韧度也有所提高;当围压不同而φf相同时,随着围压的增加,材料的强度和韧度都有所提高.而且,在较低围压下往素混凝土里添加钢纤维更能够发挥其增强和增韧效果;随着加载应变率的增加,材料的峰值应力、峰值应变也有一定的增大趋势.     

干湿循环作用下泥质白云岩能量机制试验研究

为研究干湿循环作用下泥质白云岩力学特性和能量机制,利用MTS851.03岩石力学试验系统分别对干湿循环0次、40次及60次试样进行三轴压缩试验,分析了3种状态下泥质白云岩损伤破坏过程中的能量演化规律,并以可释放弹性应变能为统计分布变量,基于Weibull分布建立泥质白云岩的损伤统计本构模型。结果表明：3种状态下试样峰值强度与围压的回归关系符合主应力表达的Mohr-Coulomb准则特征;泥质白云岩试样能量实时演化过程具有阶段性;干湿循环作用使泥质白云岩的内部损伤和塑性变形加强;峰值点处试样各应变能随围压线性增大,储能极限随干湿循环次数逐步减小;以可释放弹性应变能为统计分布变量建立的损伤统计本构模型能较好模拟试样三维条件下的应力-应变关系。     

孔隙水压力-围压作用下砂岩力学特性的试验研究

利用MTS815岩石力学测试系统进行两类三轴压缩对比试验:一类是非充水条件下不同围压时的三轴压缩试验;一类是充水条件且围压保持恒定时不同孔隙水压力作用下的三轴压缩试验。基于莫尔-库仑准则,分析非充水条件下,不同围压σ3作用对细砂岩的峰值破坏强度σ1max及其对应的轴向应变ε1max、剪切强度τ和正应力σ等参数的影响;充水条件下,围压σ3恒定时不同孔隙水压力P作用对细砂岩的峰值破坏强度σ1max及其对应的轴向应变ε1max、有效峰值破坏强度σ1′max、有效围压3σ′、有效剪切强度τ′和有效正应力σ′等参数的影响。研究结果表明:(1)充水条件下,随着有效围压σ3′的增加,有效峰值破坏强度σ1′max呈增大的趋势,但在相同围压条件下随孔隙水压力P的增加有效峰值破坏强度σ1′max呈逐渐减小的趋势;(2)非充水条件下的τ-σ曲线和充水条件下的τ′-σ′曲线既可采用一元二次方程拟合,也可采用线性方程拟合,其相应强度曲线均能较好地符合莫尔-库仑准则;(3)有效剪切强度折减系数K可以较好地表征孔隙水压力P对有效剪切强度τ′的影响。     

粘性土剪切带破坏研究

压实粘性土是静水压力和应变率相关性材料,在低围压下表现出软化现象,在高围压下表现出硬化现象.在同一含水率,不同围压下粘性土随周围压力的增大,同一轴向应变所对应的偏应力也越大;压实度一定时,含水率越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,粘性土的抗剪强度越弱;含水率一定时,压实度越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,抗剪强度也越大.利用TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪,对四川绵阳地区粘性土进行了常规三轴压缩试验,研究了不同围压和含水率下粘性土的应力-应变关系、抗剪强度指标,并对粘性土的剪切带破坏进行了拟合分析.     

HPFRCC常规三轴受压强度和变形特性

通过常规三轴受压强度和变形特性试验,研究了围压以及PVA纤维掺量对高性能PVA纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)受压性能的影响.结果表明:随着围压的增加,HPFRCC的轴向极限抗压强度以及峰值应变均显著提高;PVA纤维掺量对HPFRCC抗压强度的影响较小,在低围压受力状态下使用PVA纤维增强HPFRCC要比在高围压受力状态下更能发挥纤维的增强阻裂作用,而且PVA纤维掺量对应力-应变曲线下降段也有一定影响.根据试验数据建立了HPFRCC的轴向极限抗压强度、轴向峰值应变与围压之间的关系.