花岗岩残积土的崩解性及软化损伤参数研究

针对花岗岩残积土的崩解与软化特性，从结构性与损伤角度研究，为今后的定量分析研究奠定基础。首先进行一系列定性崩解试验并利用已有的定量试验结果，引入崩解速率指标，结合花岗岩残积土的微结构特征，对崩解的结构性机制进行全面分析，提出将崩解过程分为扰动性、结构性及溶解性三个阶段，揭示花岗岩残积土崩解的根本致因是软化；然后基于复合体损伤模型，提出将损伤分为应变损伤和非应变损伤，将花岗岩残积土的浸水软化看成一种非应变损伤，利用花岗岩残积土粘聚力与结构强度的相关性，提出浸水软化损伤参数的确定方法。     

海洋风化花岗岩崩解特性试验与离散元模拟研究

针对海上风电嵌岩桩基础的施工过程中风化花岗岩的浸水软化崩解对施工安全的影响问题,通过设计浸水崩解装置,开展海洋风化花岗岩的浸水崩解试验,分析风化程度及酸碱溶液对风化花岗岩浸水崩解的影响规律,探究海洋风化花岗岩浸水崩解的机理,并使用离散元模拟风化花岗岩浸水崩解的过程.研究结果表明：花岗岩的风化程度对其浸水崩解速率和程度影响显著,随着花岗岩风化程度的提高,其浸水崩解程度从无明显崩解逐渐发展到部分崩解及完全崩解;黏土矿物胶结作用的丧失是海洋风化花岗岩崩解的主要原因,风化花岗岩中的金属氧化物在酸性溶液中的反应会导致其崩解程度增大.基于平行黏结接触模型建立的离散元模型,可以模拟风化花岗岩的浸水崩解全过程.     

花岗岩残积土的成因、分布及工程特性研究

在分析花岗岩残积土成因、成分、分布及类型的基础上，从物理力学性质、不均匀性及各向异性、扰动性、软化性及崩解性等方面比较全面系统地研究其工程特性，旨在充分和客观地了解花岗岩残积土，并依此对花岗岩残积土的特殊性、分区性与分带性以及研究动向等进行讨论，提出一些有益的建议。     

微生物固化花岗岩残积土耐崩解性能及抗冲刷性能研究

采用喷洒方式对花岗岩残积土进行表面处理并进行耐崩解试验和抗冲刷模型试验.结合扫描电镜观测和颗粒粒度分析等微观测试技术,研究了喷洒式微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially?Induced?Calcium?Carbonate?Precipitation?,MICP)表面处理对花岗岩残积土的耐崩解性和抗冲刷性的改善效果...     

基于修正邓肯-张模型模拟红黏土应力-应变关系

分析了原状红黏土的应力-应变关系,从结构性损伤角度进行分段描述:硬化型应力-应变关系分为2 个变化阶段,而软化型则分为3 个变化阶段。为准确模拟其应力-应变关系, 基于结构性修正邓肯- 张模型,提出了一种计算损伤参数的方法,并进行原状红黏土三轴固结不排水试验模拟计算,发现模型能较好地反映土体应力-应变在不同阶段的发展规律,其中表征损伤发展速率的参数a^*与围压以及应力-应变关系曲线类型有关,取值范围在0. 15~0. 35,对红黏土弹塑性模型的建立具有参考意义。     

岩石软化的细观损伤模型

通过分析岩石材料应变软化的细观损伤力学过程 ,建立了岩石软化阶段的细观损伤力学模型 ,从而得到单向拉伸状态下岩石软化过程的应力应变本构关系 .     

侧向卸荷条件下结构性软黏土典型力学特性

为研究海积结构性软黏土在侧向卸荷路径下的结构损伤特性,通过温州瑞安软黏土侧向卸荷条件下的应力路径试验,研究侧向卸荷路径和结构性对软黏土应力-应变关系、强度、初始卸荷模量等典型力学特性的影响;分析应力路径和土样深度对初始结构性及损伤特性的影响.试验结果表明:温州软黏土应力-应变关系呈明显应变软化型,具有较强的结构性;侧向卸荷条件下,初始切线模量与平均固结压力呈线性关系,斜率为加荷条件的1.4倍;侧向卸荷条件下达到峰值强度时对应的应变较常规加荷条件小.拓展了应力比结构性参数的应用范围,计算结果表明侧向卸荷条件下初始应力比结构性参数明显大于常规加荷条件.结构损伤曲线可分为平稳损伤、加速损伤和减速损伤三段,常规加荷条件下加速损伤段的损伤速率明显大于卸荷条件,这种差异与其各向异性有关,施工时需予以重点关注.     

基于细观损伤的岩石受压本构关系模型研究

结合岩石破坏特征,将岩石变形分解为弹性变形和由于微裂缝滑移的塑性变形两部分,由此提出一种细观损伤单元,发展了一类细观损伤物理模型,并从细观层次上解释岩石受压应力-应变关系中的非线性和应变软化现象;基于平衡和变协调条件,建立弹塑性受压本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法,利用统计损伤理论和优化算法,确定损伤演化方程,并探讨模型参数与围压的经验关系,进而建立起基于特定围压下的岩石损伤本构关系预测方法.该方法与已有试验结果相比较,结果吻合较好.     

应变软化复合材料的二元扰动有限元数值模拟

目的 对具有应变软化的三维复合材料构件进行二元扰动有限元分析.方法 测量具有弹塑性软化行为的损伤材料的本构关系,建立扰动函数与塑性应变迹的关系,对三维构件进行有限元建模,给出典型截面和轴线的位移和应力分布.结果 模拟结果 表明,材料进入应变软化阶段以后,材料的承栽能力下降.相对完全扰动(RCD)态为"孔隙型"的预测结果 与复合材料的构件应力一应变关系结果 不符,而"静水应力型"给出了较好的预测结果 .结论 基于二元扰动理论建立的模型能够模拟损伤结构的力学行为,二元扰动理论能够很好地解释应变软化阶段以后材料承载能力下降的原因,对软化材料力学行为的模拟具有优越性.     

压实花岗岩残积土软化特性试验研究

为研究土中水对压实花岗岩残积土的软化效应,以最优含水率为基准,在等压实度条件下,制作了3组不同含水率试样,进行不同围压下的固结排水三轴实验.研究表明土中水对压实花岗岩残积土具有较显著的软化作用,主要结论如下:1)土中水对强度的软化作用主要表现为粘聚力c的显著减小,而且随着含水率的增大,其软化效应成倍放大;2)在围压不大情况下(不超过100kPa),土中水对破坏偏应力的影响相当显著,但随着围压的增大,该影响减弱;3)邓肯-张模型的初始切线模量Ei值的变化基本可以反映土中水对压缩性的影响,而且同粘聚力c相似,土中水对压缩性的影响随含水率的增大呈放大趋势.     

Damage constitutive model for strain-softening rock based on normal distribution and its parameter determination

Firstly, using the damage model for rock based on Lemaitre hypothesis about strain equivalence, a new technique for measuring strength of rock micro-cells by adopting the Mohr-Coulomb criterion was developed, and a statistical damage evolution equation was established based on the property that strength of micro-cells is consistent with normal distribution function, through discussing the characteristics of random distributions for strength of micro-cells, then a statistical damage constitutive model that can simulate the full process of rock strain softening under specific confining pressure was set up. Secondly, a new method to determine the model parameters which can be applied to the situations under different confining pressures was proposed, by deeply studying the relations between the model parameters and characteristic parameters of the full stress-strain curve under different confining pressures. Therefore, a unified statistical damage constitutive model for rock softening which can reflect the effect of different confining pressures was set up. This model makes the physical property of model parameters explicit, contains only conventional mechanical parameters, and leads its application more convenient. Finally, the rationality of this model and its parameters-determining method were identified via comparative analyses between theoretical and experimental curves.     

高分子材料应力控制下的低周疲劳损伤模型

采用连续损伤力学的方法,在著名的王-楼模型的基础上,充分考虑了高分子材料的循环软化特性,得到了高分子材料三轴应力场中的低周疲劳损伤模型.由该模型可知:应力控制的低周疲劳中,循环软化现象表现为平均应变随循环数的增加而增加,材料的损伤包括循环塑性损伤和由随循环数增加的平均应变引起的蠕变损伤,同时得到了三轴应力场中的疲劳失效准则和损伤演化方程.     

一种半耦合韧性断裂准则及其在TRIP780中的应用

为研究高强钢板材在冷成形下的损伤演化与韧性断裂行为,将DF2012韧性断裂准则修正为初始损伤判据,同时参考连续损伤力学理论引入损伤变量D以衡量材料的累积损伤,并将其耦合到塑性模型中,构建了一种半耦合韧性断裂准则。以TRIP780高强钢板为研究对象,针对不同应力状态设计了6种形状的试样,借助电阻损伤测量法与DIC数字图像法进行了力学性能试验并测定初始损伤位移。采用非相关流动准则(NAFR)的Drucker各向异性屈服函数和Swift-Voce硬化模型准确描述了材料的塑性变形过程,然后分别利用试验模拟混合法和逆向工程法对初始损伤模型和损伤演化参数进行了标定。使用Fortran语言将构建的本构模型与损伤演化模型编译为VUMAT子程序并嵌入ABAQUS/Explicit模块中进行断裂模拟预测,并与未耦合损伤模型进行比较。结果表明：构建的半耦合韧性断裂准则能够准确描述TRIP780板材在不同应力状态下变形后期的损伤诱导软化行为,预测的断裂位移最大相对误差仅为1.31%。相较于常用的非耦合断裂模型,所提模型针对具有软化效应的高强钢表现出明显的优越性,适合用于高强钢板冷冲压成形的破裂预测中。     

钢材的低周疲劳特性及双曲面本构模型的改进

为合理评估钢结构的地震损伤,研究结构钢的塑性变形与低周疲劳之间的耦合关系以及循环软化特性.通过对Q345qC钢材进行高应变反复加载试验,获得了相应的低周疲劳破坏和循环软化特性.通过研究承载力下降与塑性耗能密度之间的关系及对边界面进行缩放和移动,将循环软化特征引入材料的本构关系模型.在此基础上,采用改进后的本构关系模型对钢桥墩进行了反复荷载作用下的力学行为分析,讨论了循环软化对构件承载能力的影响.结果表明:Q345钢材具有较好的延性和较强的抗低周疲劳性能,试验未发现钢材塑性变形与低周疲劳之间存在明显的相关性;循环软化特征在较大的塑性应变状态下表现得更明显,修正后的双曲面本构关系模型可以较好地模拟钢材循环软化行为;考虑材料循环软化效应后,钢桥墩在反复荷载或地震作用下的承载力略有降低.     

考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型

现行隧道自稳时间解析法中未考虑地下水的软化作用,导致过高估计亲水软化性岩石的围岩质量。以具有典型软化特性的石膏岩为研究对象,探索水的软化作用对隧道围岩自稳时间的影响。采用试验和理论相结合的方法研究围岩自稳时间。首先,进行不同浸水时间下的石膏岩软化试验,研究其软化规律;通过试验获得石膏岩吸水率、弹性模量和泊松比分别与浸水时间之间的定量关系;在弹性模量与浸水时间及泊松比与浸水时间的定量关系中,引入完整性系数和富水系数,建立岩体力学参数软化方程。然后,基于经典的圆形轴对称隧道弹性解,考虑掌子面对隧道轴向位移的影响,推导出隧道临空面处无支护状态下的位移公式;把岩体力学参数软化方程嵌入此位移公式中,获得考虑软化效应的临空面位移解。最后,在此位移解中引入活跃跨度和围岩的临界位移值,建立考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型。该模型考虑了围岩体工程特性、岩石力学特性及岩石软化特性,能输出自稳时间与活跃跨度之间的关系曲线。经自洽分析法检验,该模型中自稳时间随各参数的变化规律与实际情况相符,模型具有自洽性。模型被应用于评价礼让隧道石膏围岩的自稳时间,现场反馈结果表明该模型更适合于现场应用。     

地下厂房岩锚梁接触面非线性有限元模拟方法

针对地下厂房岩锚梁与围岩接触问题,分别构建了模拟岩锚梁与围岩接触面非线性特征的有限元数学模型和力学模型。在Desai薄层单元基础上,推导了岩锚梁接触面单元有限元形式;结合非线性弹性理论和弹塑性理论,提出了岩锚梁接触面三维非线性力学模型,该力学模型能够模拟岩锚梁接触面弹性阶段的非线性现象和塑性阶段的损伤软化现象。针对岩锚梁接触面闭合、张开、剪切滑动等变形特征,提出了考虑接触面粘结、开裂、滑移现象的分段式抗滑安全系数。详细地论述了本文提出模型的有限元迭代方法,并据此编写了有限元程序。将本文模型应用于某地下厂房岩锚梁有限元分析计算中,应用效果良好。     

老化牛皮革的回软剂制备及其回软研究

探讨对皮革文物进行回软保护。以光老化牛皮革作为皮革文物替代样,通过对卵磷脂、羊毛脂和蓖麻油分别改性后复配成回软剂;并对老化皮革进行回软处理,通过物理性能测试、色差测试、SEM、热重分析及红外分析等手段对回软后皮革的结构与性能作初步研究。结果表明：经回软处理后,回软剂渗透进入皮革内部结构,填充于胶原纤维之间,老化皮革的柔软度、拉伸应力以及断裂伸长率有了改善。但是SDBS在回软过程中容易残留,羊毛脂对皮革热稳定性有一定影响。经综合分析,主要成分为磷酸化蓖麻油的回软剂对样品的柔软度提高效果最佳,回软后老化皮革恢复了一定的光泽,而形貌及结构等几乎没有发生改变或破坏,符合文物保护＂最小干预原则＂。     

考虑间歇效应的循环荷载下软黏土刚度软化特性

天然软土地基在地铁运营期受到周期性振动和间歇的反复作用,间歇期内软土力学特性的变化将影响其刚度软化,但以往关于交通荷载下软土刚度软化的研究大多忽视发车间歇的影响.为此,考虑不同动应力比、单位间歇时长和振动时长,设计不排水连续和停振循环三轴试验,对试样采用真实K₀固结,研究原状淤泥质软黏土在列车非连续荷载下的长期刚度软化规律.通过对比连续振动和间歇振动试验结果,发现间歇对刚度软化有削弱作用,可减少大循环周数下残余软化指数,缩短快速软化期经历的循环周数.基于试验结果深入分析间歇的影响机制,发现加载初期软土受激振作用影响,土体结构动态调整滞后至间歇期,导致孔压持续增长,软土软化,平均软化速率提高;一定循环周数后,软土由于在前期间歇和振动阶段集中对结构进行调整,土体结构提前进入稳定状态,间歇期消散部分孔压,恢复部分刚度,导致下一次振动软化速率降低,间歇期恢复的刚度随振动次数增加而累积,致使最终残余软化指数显著提高;同等条件下,间歇时长越长,初期软化速率越大,软化速率随振动次数增加的衰减也越显著,导致进入稳定期所需的振动周数越少,整体软化程度削弱越明显.     

地震作用下大型渡槽结构输水功能可靠性分析

大型钢筋混凝土渡槽作为生命线类水工结构,其输水功能可靠性至关重要。然而,一方面混凝土材料的力学性能表现出显著的随机性与非线性特征,另一方面渡槽结构在服役期内可能遭受不确定的灾害性地震作用,对渡槽结构的服役安全带来威胁。为此,采用混凝土随机损伤力学模型量化混凝土随机性与非线性耦联下渡槽结构的动力响应,并基于概率密度演化理论给出了渡槽结构输水功能可靠性分析方法。以某实际大型钢筋混凝土渡槽结构为例,详述了渡槽结构输水功能可靠性分析的原理和实现流程。研究表明,概率密度演化理论可以准确高效地对渡槽结构输水功能可靠性进行评估;不同设计水准下渡槽结构的输水功能可靠性指标存在一定的差异,在设计初期应予以合理考虑。