动态压剪作用下碾压混凝土强度和变形研究

为了研究碾压混凝土材料在地震作用下的动态力学参数指标变化对大型碾压混凝土结构抗震动力反应和破坏过程的影响,使用改造后的液压伺服压剪试验系统对两种尺寸的碾压成型试块进行不同加载速率下的压剪试验,系统研究了二、三级配本体和层面试件在有法向压应力存在的状态下动态抗剪强度和变形性能。结果发现,碾压混凝土的峰值剪切强度随着剪切速率的增大而增大,增大幅度随着正应力的增大有减小趋势,残余剪切强度则随着剪切速率的增大略有减小,在试验基础上,建立了考虑不同试件类型和加载速率的破坏准则,为地震区的大型碾压混凝土结构层面受动态压剪组合荷载作用的动态分析提供了试验基础。     

压剪共同作用下混凝土的损伤演化研究

利用动静力三轴仪进行不同加载速率不同法向压力下混凝土的抗剪试验,基于Najar能量法的改进,提出一种新的损伤变量计算方法,以此分析法向压力和加载速率对混凝土压剪受力状态下损伤演化的影响;并结合Weibull模型上升段和过镇海模型下降段,构建了压剪损伤模型。研究结果表明:根据提出的计算损伤变量方法的得到结果与混凝土实际受载情况较符合;混凝土压剪受力状态下损伤演化可分为3个阶段:①线弹性阶段;②损伤加速变化阶段;③损伤收敛阶段。法向压力对混凝土的损伤演化有显著的影响,法向压力的增大减缓了混凝土的损伤发展速度;混凝土损伤的发展随着加载速率的增加有滞后的趋势。     

冻融劣化混凝土压剪作用下力学特性及破坏准则

为研究冻融劣化混凝土动静态抗剪性能,进行了不同冻融循环次数(0,10,25,35和50次)后混凝土在不同法向应力(0,3,6,9和12 MPa)下的压剪强度试验,混凝土强度等级为C30。研究分析了冻融循环次数和法向应力对混凝土剪切强度、峰值应变和黏聚力与摩擦系数的影响。分析结果表明:①随着冻融循环次数的增加,混凝土在相同法向应力状态下的剪切强度均逐渐降低,而且法向应力越大,剪切强度随冻融循环次数的增加而降低的程度越小;当冻融循环次数相同且法向应力不大于单轴抗压强度50%时,剪切强度随法向应力的增大而增大,且冻融劣化程度会影响该增幅效果;②在法向应力相同时,剪切峰值变形随冻融循环次数的增加呈线性增长趋势,对某一冻融循环次数,法向应力的存在增大了混凝土的剪切峰值变形;③摩擦系数和黏聚力都随冻融劣化程度的加深而降低,黏聚力大幅度降低是由于冻融劣化作用起主导作用所致。基于上述试验分析和八面体应力空间二次抛物线形式的压剪破坏准则,构建了平面应力状态下考虑冻融循环次数的混凝土压剪破坏准则。     

泾阳南塬黄土环剪强度特性试验研究

研究大剪切位移条件下土的抗剪强度特性,对于边坡稳定性分析以及滑坡防治等具有重要意 义。利用环剪试验仪,研究了饱和状态下泾阳南塬黄土在不同法向应力和剪切速率下的抗剪强度特性。 试验结果表明:饱和黄土的抗剪强度随法向应力的增大而增大,呈明显的线性关系;随着剪切速率的增 大,饱和黄土的抗剪强度呈减小的趋势;在剪切速率较低时,饱和黄土的剪应力—位移曲线呈应变硬化 型,而剪切速率较高时,剪应力—位移曲线出现较明显的剪切峰值强度,表现为应变软化型,且剪应力达 到峰值强度时的剪切位移也随剪切速率的增大呈增大的趋势。     

基于环剪试验的滑带土抗剪强度特性研究

以某水电站下游一大型滑坡千枚碎屑岩滑带土为研究对象,在室内模拟滑带土所受的天然状态条件,利用环剪仪研究了滑带土重塑样在不同法向应力与剪切速率下的抗剪强度特性。试验结果表明:滑带土的峰值强度和残余强度均随法向压力的增大而增大且有较强的线性关系,同时法向压力越大,试样达到残余强度所需要的剪切位移也会越小;剪切速率越大,滑带土的峰值强度也会越大,同时达到残余强度所需要的位移也会越大,但剪切速率大小对残余强度几乎没有影响,峰值强度参数与剪切速率之间可用对数关系拟合;剪切速率对滑带土的剪切面形态也有重要影响。     

碾压混凝土压剪强度分析

针对碾压混凝土受压剪作用问题,制作三级配本体、含层面试件和二级配本体、含层面试件,对试件进行单剪和双轴压剪试验,得到不同侧压应力下碾压混凝土的剪切强度。试验结果表明,施工层面削弱了碾压混凝土的抗剪性能;而侧压应力使碾压混凝土的抗剪能力显著提高,压应力越大,抗剪强度越高。根据双剪强度理论处理分析得到碾压混凝土的压剪强度曲线,该曲线与试验数据吻合,说明双剪强度理论真实反映了压剪破坏强度规律。     

真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则

为研究混凝土结构处于复杂应力状态下的静动态力学特性,进行了不同应力比及加载速率下的真三轴压缩试验。对混凝土的强度特性和变形特性展开了深入分析,并基于八面体应力空间建立了考虑应变速率效应的真三轴动态破坏准则。结果表明:真三轴受压下的混凝土极限抗压强度随着应力比的增大而增大。随着应变速率的增加,应力比较低时,混凝土的极限抗压强度逐渐增大;应力比较高时,极限抗压强度先减小后增加。随着应变速率的增加,侧向变形曲线的破坏峰值点更明显;随着应力比的增大,侧应力较大方向上的变形越来越小。基于八面体应力空间建立的真三轴动态破坏准则表达式中包含3个率效应参数,经验证与试验数据吻合较好。     

基于Ottosen模型的混凝土多轴动态强度准则

由于混凝土材料的率敏感特性,不同应变率水平下混凝土结构的承载力、刚度具有不同的变化机理。在地震作用下,除了考虑混凝土结构承受的复杂应力之外,应变率也是分析混凝土动态强度变化规律不可忽略的因素,若依然使用单轴拉、压、剪强度理论对工程进行设计和计算,可能会对大型结构的建设和使用带来危险。基于Ottosen静态强度准则模型,结合大量不同强度等级混凝土多轴静、动强度试验结果,建立了一种考虑应变率效应和混凝土强度等级两个因素的混凝土多轴动态强度准则。分析表明该强度准则符合混凝土破坏曲面连续、光滑、外凸等要求,能较好地反映普通混凝土的多轴动态强度变化规律,而且只需要通过几个特征点就能得到,形式简单,便于实际工程应用。     

变幅循环荷载作用下混凝土的单轴拉伸特性

在MTS318电液伺服万能试验机上对76个哑铃形试件进行了变幅循环荷载作用下混凝土的单轴动态拉伸试验，系统地研究了初始静载、循环频率、循环增幅对混凝土动态强度以及变形特性的影响。研究结果表明，在地震作用的频率范围内变幅循环荷载作用下混凝土的动强度主要取决于每一循环内最高加载速率时的动强度，循环增幅的影响相对较小。随着初始静态荷载的增加，混凝土的动态强度趋于减小。随着循环数的增加，混凝土内产生的不可恢复的永久变形幅度也随之增加。     

PFC~(2D)模拟研究不同工况的异面非贯通节理对岩体力学性质的影响

针对非贯通节理岩体研究中多以共面节理岩体为对象、对异面节理岩体力学性质研究较少的问题,为了更全面的研究非贯通节理岩体的贯通扩展规律,基于直剪模型试验及相关颗粒流理论,利用颗粒离散元数值模拟软件PFC~(2D),研究不同工况的非贯通异面节理岩体。对比异面节理起伏角度、节理倾斜角度(节理与水平剪切方向的夹角)、节理连通率以及试验加载速率和法向应力对异面非贯通节理岩体扩展贯通机理和强度特性的影响。试验结果显示以上五方面对非贯通节理岩体的力学特性影响显著:(1)异面节理的起伏角度越大,非贯通节理岩体的峰值抗剪强度越大,抗剪能力越强。岩体的峰值剪切位移随着节理起伏角度的增大有增大的趋势。(2)非贯通节理岩体的峰值剪切强度、峰值剪切位移会随着试验剪切速率的增大逐渐增大,但增大的速率和幅度会随剪切速率的增大而变小。(3)非贯通节理岩体的峰值抗剪强度会随着法向应力的增大逐渐增大,且增大趋势呈线性。(4)异面节理的连通率越大,非贯通节理岩体的抗剪能力越差,峰值抗剪强度越小。峰值剪切位移亦随连通率的增大而减小,但减小幅度不大。(5)节理的倾角越大,岩体峰值切应力越大,抗剪能力越强。     

混凝土剪切强度影响因素敏感性分析

针对高寒地区混凝土结构发生的冻融破坏现象,以及混凝土结构会发生剪切破坏的特点,利用大型多功能动静力电液伺服三轴试验机和剪切盒装置进行了混凝土剪切试验,研究分析了法向应力、应变速率和冻融循环次数对混凝土剪切强度发展规律的影响。通过定义无量纲形式的敏感性函数,比较了法向应力、应变速率和冻融循环次数3种因素变化对混凝土剪切强度的敏感性,并对各影响因素的敏感性进行排序。分析结果表明:①混凝土剪切强度随法向应力的增大而提高,其试验曲线分为线性上升段、非线性上升段和稳定段3个阶段;混凝土内部微裂缝和孔隙中的自由水是引起混凝土剪切强度随应变速率增大而增大的重要因素;混凝土孔隙率增大是混凝土剪切强度随冻融循环次数的增加而降低的原因。②当混凝土冻融循环次数不高于50次、法向应力不大于35 MPa且加载的应变速率为10-5/s~10-3/s时,冻融循环次数对混凝土剪切强度的敏感性影响较大,法向应力对混凝土剪切强度的敏感性影响较小,应变速率对混凝土剪切强度的敏感性影响最弱。     

混凝土动态双轴强度探讨

本文根据单轴和等压双轴的动态强度的特性,提出用一抛物线方程和双曲线方程来模拟拉-压区和压-压区的强度变化规律,方程的参数是单轴动态强度的函数.在拉-压区和压-压区分别推导出混凝土的动态强度.建立了完整的混凝土静、动态双轴强度包络线.为了得到一致的动态强度准则,建立了统一静态应变率下的混凝土动态单轴抗压强度和动态单轴抗拉强度与应变率的关系式,并根据已有的试验结果,建立了类似的等压双轴动态强度变化关系式,以用于双轴动态强度预测.根据本文方法得到的包络线在拉-压区和压-压区连续光滑,预测的动态双轴强度与已有的试验结果吻合较好,可作为工程实际应用的参考值.     

双轴受压混凝土动态力学特性及破坏准则研究

利用动静力三轴试验机进行不同加载速率、不同侧向压力下300 mm立方体混凝土的抗压试验,并对所得试验数据进行力学参数分析,在此基础上,建立考虑动态加载速率的K-G破坏准则并对其适用性进行了验证。验证分析结果表明:应变速率越低,侧压对混凝土峰值应力的增益作用越明显;混凝土峰值应变随应变速率增加,大致呈先减后增趋势;峰值应变随侧压的增大而增大, 侧压对峰值应变的影响在应变速率较低时更明显;随应变速率的增大,混凝土弹性模量呈先增后减趋势;侧压对混凝土弹性模量的影响不明显;建立的改进后的K-G准则对动态双轴受压模型描述效果好,而且该模型同时也适用于100和300 mm混凝土立方体的单向和双向应力状态。     

定侧压下混凝土的双轴动态抗压强度及破坏模式

在大型三轴静、动态电液伺服试验机上对66个立方体混凝土试件进行一向恒定侧压的动态压缩试验。四组试验的侧向恒定压力分别为单轴静态抗压强度的0、30.5%、61.0%、91.5%，加载速率分别为10-5s-1、10-4s-1、10-3s-1、10-2s-1四个量级。试验表明，随着应变速率的提高，不同恒定侧压下混凝土的破坏强度均有提高。在较高的恒定侧向压力下，混凝土材料对应变速率的敏感程度降低；在较高应变速率下，恒定侧压对混凝土破坏强度的加强作用也有所减弱。     

水压力环境中混凝土的含水量及其对力学性能的影响

为研究有压水环境中混凝土的含水量特征及孔隙水对混凝土力学性能的影响,通过试验获得了混凝土在水压力下的含水量曲线,并基于细观管道孔隙网格模型探讨了水压力变化对含水量和孔隙水分布的影响,进一步分析了混凝土含水量和孔隙水尺度对其静动态力学性能的作用机理。结果表明:混凝土含水量随水压力提高而增加,但水压力超过一定值后,含水量的增幅不显著;在高水压力下混凝土的孔隙水流动空间减少,且部分孔隙水具有更小的尺度,在动态荷载作用下孔隙水将产生显著的黏滞应力和超孔隙水压力,导致混凝土强度随应变速率提高呈非线性增长,但水压力对强度的影响不显著。简言之,水压力环境中混凝土的力学性能不仅与含水量和加载速率有关,还与孔隙水的尺度密切相关。