偏置三维内裂纹单轴拉伸裂纹扩展数值模拟

为研究偏置三维内裂纹在单轴应力下的裂纹扩展过程,利用三维裂纹计算软件Franc3d软件进行了数值模拟,得到了裂纹扩展过程及裂纹前缘的应力强度因子变化,计算结果表明:(1)单轴拉力作用下,预制裂纹尖端首先出现翼型裂纹,随后裂纹逐渐向四周扩展,裂纹先贯穿试件左右两面,而后贯穿试件的前后面形成贯穿型裂纹.(2)三维预制内裂纹倾角α=0°、30°时,预制裂纹尖端翼裂纹扩展后期两个翼裂纹呈现相互吸引的规律,而当三维预制内裂纹倾角α=45°、60°时,翼裂纹之间则不存在相互吸引靠近的趋势,预制裂纹内侧尖端的翼裂纹扩展要小于预制裂纹外侧尖端.(3)相对Ⅰ型应力强度因子随着预制裂纹尖端距离的变化(从相对距离0变化到相对距离1)呈现先增大后减小再增大再减小的规律,相对Ⅱ型应力强度因子随着预制裂纹尖端距离的变化呈现先减小后增大再减小再增大的趋势.     

含偏置裂纹试件单轴拉伸试验数值模拟研究

为研究不同岩桥长度及不同预制裂纹倾角下单轴拉伸三维表面裂纹试件裂纹扩展及相互作用规律,利用Franc3d软件对不同裂纹倾角和不同岩桥长度进行数值模拟。结果表明,单轴拉伸作用下,三维表面裂纹试件尖端首先出现翼裂纹,最终贯穿试件的表面,内侧裂纹扩展速率小于外侧,不同岩桥长度及不同预制表面裂纹倾角试件裂纹之前裂纹存在不同程度的吸引作用;裂纹尖端内侧的扩展速率大于裂纹短轴尖端,同时也大于裂纹尖端外侧;岩桥长度越大、预制裂纹倾角越大,Ⅰ型、Ⅱ型应力强度因子越小,Ⅲ型应力强度因子越大。     

含三维内裂纹试件水力压裂裂纹扩展数值模拟研究

利用Franc3d有限元软件进行数值模拟,得到裂纹扩展规律及裂纹尖端应力强度因子的变化,并与室内试验进行对比,结果表明:含裂纹试件在预制裂纹的上下尖端出现"翼型包裹状"裂纹;一、三型应力强度因子在预制裂纹的短轴处(B点)达到最大,而在预制裂纹的长轴端点处(A点)达到最小,二型应力强度因子则相反。     

水工混凝土边切槽三点弯数值模拟研究

为探究水工混凝土边切槽试件三点弯裂纹扩展规律,基于最大拉应力准则(MTS),对不同倾角下的水工混凝土边切槽试件三点弯曲进行数值模拟研究,得到了裂纹扩展过程、裂纹前缘应力强度因子分布以及裂纹尖端的扩展长度随扩展步的变化,并将数值模拟结果与室内试验进行对比,验证了数值模拟的合理性。计算结果表明:①最大拉应力准则及M积分在岩石裂纹扩展中的优越性得以体现,可以解决岩石三维断裂问题,计算结果可靠;②预制裂纹的角度越大,Ⅱ型分量也就越大,翼裂纹与原预制裂纹的夹角也越大;③应力强度因子呈现预制裂纹中间数值较大而靠近试件表面较小的规律,预制裂纹倾角越大,Ⅰ型应力强度因子越大,而Ⅱ型应力强度因子呈现先增大后减小的规律;④裂纹前缘的扩展长度随扩展步呈现线性增大的趋势,Ⅱ型分量越大,裂纹的扩展速率越慢,Ⅰ型的裂纹扩展的速率最快。     

巴西圆盘复合断裂数值模拟研究

为研究复合断裂准则下含中心裂纹巴西圆盘在单轴应力下的裂纹扩展规律及应力变化过程,基于M积分理论及最大能量释放率准则,对含不同角度中心裂纹巴西圆盘在单轴应力下的裂纹扩展进行了数值模拟,得到了裂纹扩展过程,应力强度因子变化及应力云图,并与试验结果进行了对比,结果表明:①M积分及最大拉应力准则在裂纹扩展方面的计算具有较高的精度及准确性;②裂纹沿着原预制裂纹尖端萌生,沿最大主应力方向扩展;③一型应力强度因子在裂纹中部应力强度因子达到最大,并随预制裂纹倾角的增大呈现不断减小的趋势,而二型应力强度因子随着预制裂纹角度先增大后减小。     

含内裂纹试件水-力耦合裂纹扩展研究

为研究三维内裂纹在水-力耦合下的裂纹扩展规律,利用著名断裂力学计算软件Franc3d对双轴条件下含内裂纹标准立方体试件水力压裂进行数值模拟,得到了裂纹的扩展过程以及裂纹尖端的应力强度因子的分布。计算结果表明:①利用三维断裂有限元计算软件Franc3d对水-力耦合下的裂纹扩展过程进行了数值模拟,可见Franc3d软件在模拟水-力耦合下的裂纹扩展问题上具有很大的优越性;②裂纹扩展沿着预制裂纹尖端进行萌生,沿着最大主应力方向进行扩展,最终裂纹与最大主应力方向呈现一定的夹角;③对裂纹尖端的应力强度因子进行了计算,可以发现水-力耦合下的内裂纹扩展为Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合。     

基于改进刚体弹簧方法的断续双裂隙砂岩强度及裂纹扩展特征研究

为研究含非共面双裂隙砂岩的强度及裂纹扩展特征,以室内试验结果标定砂岩细观参数,建立含不同岩桥倾角的双裂隙数值计算模型,采用改进刚体弹簧方法对其单轴压缩过程进行模拟。基于模拟结果,研究了岩桥倾角对起裂应力、峰值强度、破坏模式和裂纹扩展特征的影响。结果表明:岩桥倾角60°,起裂应力和峰值强度均随岩桥倾角增大而减小,岩桥倾角60°,均随岩桥倾角增大而增大;根据岩桥倾角不同,裂隙试样破坏模式呈现单一翼裂纹轴向贯通破坏、翼裂纹与翼裂纹搭接贯通破坏和翼裂纹与预制裂纹搭接贯通破坏3种类型;岩桥倾角对岩桥破坏程度有影响,60°岩桥贯通最易,0°和120°岩桥贯通最难。研究结果可为岩土工程的稳定分析提供参考。     

T应力对脆性材料初始裂纹起裂角影响研究

为检验和提高MTS准则对线弹性材料复合型裂纹扩展预测的精确性,考虑了T应力在脆性断裂中的作用,建立了广义MTS准则。该准则描述了变量Ⅰ型和Ⅱ型断裂应力强度因子、断裂韧性KⅠ和KⅡ、平行裂纹的应力分量T应力以及临界裂纹扩展区半径对裂纹扩展的影响,对裂纹尖端应力分布的描述更加精确。研究结果表明：考虑T应力后,初始起裂角随裂纹倾角增大呈现先增大后减小的趋势;相比于GMTS准则预测结果,在β>45°时MTS准则预测起裂角偏大,且起裂角对T应力变化更加敏感;而在β>45°时预测结果受T应力变化影响均偏小;对于复合型裂纹,由GMTS准则计算得到的断裂角与传统MTS计算得到的结果区别很大。脆性材料裂纹扩展受到裂纹尖端奇异应力K及常数项T应力的共同控制,通过考虑裂纹尖端Williams级数解高阶项的影响提高了对裂尖应力分布的描述精度。     

含三维深埋裂纹脆性岩石水力压裂数值模拟研究

为研究三维深埋裂纹水力压裂裂纹扩展规律,利用Franc3D软件模拟了裂纹扩展过程。结果表明,水力压裂裂纹扩展因子越大,裂纹扩展形态由原来的翼形包裹状裂纹扩展逐渐转变为自相似扩展;裂纹长轴端点的裂纹扩展速率要小于裂纹短轴端点;裂纹Ⅰ型、Ⅲ型应力强度因子在裂纹长轴端点达到最小,在短轴端点达到最大,而Ⅱ型应力强度因子则相反;水力压裂裂纹扩展因子越大,裂纹的3个应力强度因子的绝对值也越大。     

含三维内裂纹透明类岩石材料破坏红外热像试验研究

由于目前针对含三维内裂纹的岩石破坏红外热像特征的研究较少,本文基于预埋浇注法制作含内裂纹类岩石试件,开展了单轴压缩块体试验和巴西圆盘劈拉试验,得到含内裂纹的岩石破坏过程,监测内裂纹扩展及试件破坏过程中的红外热像特征,得到以下结论:(1)含三维内裂纹的块体试件在单轴压缩下,在预制内裂纹面上发生剪切破坏;(2)块体试件在单轴压缩作用下红外热像特征明显,在破坏时,在预制内裂纹面处急剧升温;(3)含三维内裂纹巴西圆盘试件在预制内裂纹尖端发生翼型裂纹扩展,边缘带有针刺状Ⅲ型裂纹参与特征,最终翼型裂纹与上下表面贯穿;(4)巴西圆盘试验的红外热像特征与块体单轴压缩不同,在断裂面处未发生明显变化。研究结果为研究三维内裂纹的扩展规律及内裂纹扩展破裂的红外热像规律可提供一定的试验参考。     

三维岩体裂隙网络模拟研究及应用

为合理评价某水库库岸岩体结构特征及工程整治提供依据,对区内岩体进行了裂隙调查及三维网络模拟研究.研究基于Monte-Carlo模拟方法,由走向玫瑰图、倾向和倾角分布的直方图对裂隙的产状分布特征分别进行了分析,结合裂隙等密度图分析得出了结构面优势产状、用直接法产生随机数并利用计算机模拟得出符合实际的三维裂隙网络图.引入广...     

半圆弯拉下岩石内裂纹扩展规律数值模拟研究

岩石内部固有缺陷的存在和扩展是导致其断裂的重要因素,半圆弯拉试验是该领域的重要实验。为研究半圆弯拉下含三维内裂纹试件扩展路径及断裂特性,基于Franc3D有限元自适应网格划分技术开展含三维内裂纹SCB试样数值模拟,结果表明:(1)基于Franc3D软件的三维裂纹扩展与室内试验具有较好的一致性,该软件是三维裂纹数值模拟的重要工具。(2)通过M积分得到裂纹尖端应力强度因子,分析得出对称加载模型为K_Ⅰ与底部加载跨距呈正相关的Ⅰ型断裂模式;非对称加载模型中出现复合断裂模式,随着右侧加载跨距的增加,K_Ⅰ先降低再升高,K_Ⅱ及K_Ⅲ先变化至0,再逐渐升高。(3)基于最大拉应力准则得到裂纹扩展路径,对称加载模型在I型断裂模式下进行平面扩展后破坏,非对称加载模型出现复合断裂模式,伴随翼型起裂并扩展至破坏。(4)定量分析对称加载模型裂纹内部扩展规律得出,裂纹下端扩展速率最大,上端扩展速率最小。     

坝下埋管环向裂缝与轴向抗裂验算

分析了坝下埋管运行后产生环向裂缝的原因,建立了考虑变温和土压力联合作用下的埋管伸缩缝间距与轴向抗裂验算的计算方法,并给出了相应计算公式,方法可供设计人员参考.     

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。     

大体积混凝土防裂探讨

大体积混凝土开裂后，其性能与原状混凝土性能相差很大，尤其是对耐久性（渗透性）的影响更大，而混凝土渗透反过来又会加速和促使混凝土的进一步恶化，严重影响结构的长期安全和耐久运行，而裂缝大多又是在早期产生的，因此，探讨裂缝产生的原因和防止裂缝的出现就显得格外重要，通过对大体积混凝土裂缝产生的原因和类型的论述，从各个环节提出了预防裂缝的综合措施。     

基于黏聚裂纹模型的混凝土断裂过程扩展有限元法模拟

为了解决混凝土材料的断裂问题,采用扩展有限元法结合黏聚裂纹模型对混凝土非线性断裂力学行为进行模拟。在黏聚裂纹模型中,裂纹附近应力场没有奇异性,因此,基于四结点四边形单元构造了一种新的黏聚裂纹模拟的扩展有限元位移模式,并采用符号函数对所有的开裂单元(包括裂纹贯穿单元和裂尖单元)进行加强。采用类似于"弧长法"的方案求解非线性控制方程。结果表明:该加强策略解决了裂尖单元裂纹两边应力不等的问题,其裂尖位置任意,且混合单元处理方便。通过数值模拟混凝土Ⅰ型和混合型断裂问题,将模拟结果与参考解及试验结果进行比较,误差均在5%以内,验证了该方法的可靠性。该方法采用统一的符号函数进行加强,编程更为方便。     

声波跨孔法在混凝土深裂缝检测中的应用

对于大体积混凝土深裂缝的检测方法主要有压水法和渗透法,但均存在测试结果误差较大、裂缝末端判断困难等缺点.而应用声波跨孔法进行大体积混凝土结构的深裂缝检测可有效地解决上述问题.该方法用于大体积混凝土深裂缝检测具有操作简便、成果直观、适用性强和可靠性高等优点,并能反映出细微裂缝的变化.分析了声波跨孔法检测深裂缝的基本原理,结合三峡工程实践,介绍了其测试方法及注意事项.     

德泽水库混凝土面板堆石坝趾板混凝土裂缝处理

德泽水库大坝为混凝土面板堆石坝,大坝的趾板建在弱风化岩基上,趾板采用C30W12F200混凝土,趾板在浇筑完成后经检查共发现有62条裂缝,总长度达169.64 m。为了对裂缝进行有效地处理,详细分析了产生裂缝的原因,并针对不同类型的裂缝采取不同的处理措施,如Ⅰ类裂缝用化学粘补材料进行修补,Ⅱ类裂缝采取先环氧砂浆钻孔灌浆、再粘补表面的方法修补。所有裂缝经处理后,均达到防渗设计要求。     

单裂缝混凝土结构水力劈裂试验

针对不同强度单裂缝混凝土试件开展了两组应力状态下的水力劈裂试验,研究了应力状态、荷载施加方式对试件裂缝扩展过程的影响,分析了裂缝扩展路径上缝内水压演化规律,拟合得到了混凝土试件临界劈裂水压预测模型的定量关系式。试验结果表明,两组不同应力状态下的试件均发生水力劈裂破坏;临界劈裂水压值与轴压的差值均小于试件的劈拉强度值;试件水压尖端的发展滞后于干裂缝的发展。     

三峡工程左非8号坝段上游面裂缝处理

在2001年冬季三峡主体工程混凝土裂缝普查中，发现左非8号坝段上游面发生6条裂缝。为此对裂缝进行了检查，确定了裂缝的宽度、深度及其分布。根据裂缝类型，采取了打封闭孔、灌浆、充填粘贴和浇筑混凝土保护板等措施，效果很好，防止了裂缝的进一步扩展。