不同循环上限荷载下泥质石英粉砂岩力学特性试验研究

通过开展循环加卸载转单调加载试验和疲劳破坏试验,揭示循环荷载下泥质石英粉砂岩的变形和力学响应特征.试验与研究结果表明,当循环上限荷载位于疲劳强度前后,试件的轴向和横向累计残余应变由单调递增凸曲线向凹曲线延伸,滞回环间距由"疏-密"向"疏-密-疏"发展,残余应变率和滞回环相对面积由L形向U形转化;弹性模量由初始快速上升、...     

不同应力路径下辉绿岩能量演化与破坏机制研究EI北大核心CSCD

以灵宝矿区辉绿岩为研究对象,开展了单轴及三轴循环加卸载试验和恒轴压卸围压试验,分析了应力-应变曲线及破坏形态,研究了辉绿岩在不同应力路径下的能量演化过程与破坏机制。研究表明:在三轴循环加卸载变形破坏过程中,随着循环次数的增加,滞回环的面积逐渐增大,岩样耗散能与弹性能均增大,耗散能的增长速率逐渐变大,弹性能的增长速率逐渐变小,且围压越大耗能比越大,岩样内部的裂隙扩展和汇合现象显著增加;在恒轴压卸围压变形破坏过程中,围压对辉绿岩的抗压强度和横向变形影响较大;在相同初始围压下,相比较循环加卸载应力路径,卸围压应力路径下试件破坏时弹性能密度更大。     

不同围压下砂岩能量变化试验研究

为了解周期载荷对岩石类材料力学性能的影响,利用MTS 815程控伺服岩石刚性试验系统,对砂岩进行不同围压下的加卸载试验,研究不同围压下的加卸载过程及砂岩变形特征的能量变化情况。分析表明:1)岩石在不同围压下的加卸载过程中,会形成一个开口向下的"尖叶状"滞回环,且随围压增大,滞后回线沿轴向应变增大的方向移动,且不可逆;2)根据砂岩弹性能量指数的变化,一定程度上揭示岩石在压密阶段的能量变化过程;3)静态三轴实验状态下,砂岩的平均能量指数与围压呈现一定的函数关系;4)总体上,砂岩的弹性能量指数随围压的增加而逐渐减小。这表明轴向压力作用下砂岩随围压的增加,吸收外界施加能量的能力逐渐变弱。     

三轴循环荷载下岩石的变形及阻尼特性试验研究

对取自露天矿边坡的粗粒辉长岩,在MTS815岩石力学试验系统上进行三轴循环荷载试验,研究在三轴循环荷载下粗粒辉长岩的变形及阻尼特征,探讨在相同围压下轴向循环荷载周次对粗粒辉长岩动弹性模量、阻尼比的影响,及其相互关系;并分析在相同轴向振动荷载作用下,围压对动弹性模量和动阻尼比的影响,以及相互之间的变化规律。结果表明:在相同的轴向振动荷载作用下,动弹性模量和动阻尼比随围压的增加而逐渐增加;在相同围压和轴向振动荷载的作用下,当围压为3 MPa和4 MPa时动弹性模量随振动次数的增加逐渐增加,围压为2 MPa时动弹性模量随振动次数的变化规律不明显。在相同围压和轴向振动荷载的作用下,动阻尼比与振动次数没有明显的变化规律;在相同轴向振动荷载和振动次数作用下,动阻尼比随围压的增加逐渐变大。     

砂岩在不同围压条件下变形特征的试验研究

对取自某油田深部含油气地层的砂岩,利用MTS 815岩石力学测试系统,对砂岩进行不同围压条件下的加、卸载试验。研究围压对砂岩变形特征的影响,探讨砂岩在加、卸载过程中应力-应变曲线的变化规律,以及对弹性模量的影响程度。结果表明:三轴加、卸载的应力-应变曲线不重合,形成一个开口的塑性环;在不同的围压条件下,加、卸载阶段的弹性模量不相等,卸载时的弹性模量高于加载时的弹性模量;在保持轴向应力不变的情况下,随着围压的增加,加载阶段弹性模量逐渐增大,围压在40 MPa时,弹性模量达到最大值,随后弹性模量趋于平缓甚至有下降的趋势。     

三轴循环荷载下岩石动态特性参数研究

利用MTS815 Flex Test 40岩石力学试验系统对粉砂质泥岩和泥质粉砂岩进行三轴循环荷载试验。研究两种岩石在三轴循环荷载作用下,动剪切模量和动泊松比参数的变化规律。结果表明:1)在相同轴向振动荷载和振动次数作用下,两种岩石的动剪切模量随着围压的增加呈现出先增加再减小的变化规律,动泊松比没有明显的变化规律。2)在相同围压和轴向振动荷载作用下,两种岩石的动剪切模量随着振动次数的增加呈现逐渐减小的变化规律,动泊松比呈现逐渐增加的变化规律。3)在相同围压和振动次数下,两种岩石的动剪切模量与动泊松比随着轴向振动荷载的增加都无明显规律。试验成果对研究岩土工程地基岩石的地震反应和边坡工程的安全稳定性评价可提供参考依据。     

循环振动作用下残积土动力变形特性试验研究

为研究压实残积土在循环荷载作用下的变形特性,对不同含水率压实残积土进行改变围压及轴向动应力幅值条件的动三轴试验,得到了不同物理力学条件下土的动应力-应变关系滞回曲线、累积塑性应变发展规律曲线及骨干曲线,分析了动弹性模量随应变的衰变规律,探究了含水率、围压及动应力幅值等因素对试验结果的影响。结果表明:当累积塑性应变达到一定值时,压实残积土变形随动应力幅值σ_d的增大增幅明显,但最终表现为弹性安定行为,该特性随含水率的增加逐渐减弱;含水率增加不利于土样变形稳定,而提高围压可抑制该趋势。另外,增湿会加快模量的衰减,并降低残余模量,围压对衰变规律的影响随应变的增大逐渐减小。研究可为花岗岩残积土作为路基填料的施工过程及土体改良提供技术参考。     

循环荷载作用下粉砂岩疲劳流变损伤模型研究

针对现有流变模型难以有效描述循环荷载作用下岩石变形及疲劳损伤演化特征等问题,开展了粉砂岩循环加卸载试验,分析了不同上限荷载下岩石的流变规律与疲劳特性。基于Kachanov蠕变损伤理论建立损伤变量,引入一个带应变触发和应力阈值的黏塑性元件,与Burgers模型串联构建循环荷载作用下岩石疲劳流变损伤模型;将正弦波应力函数替换流变微分本构方程中的恒定应力,推导岩石在循环荷载下的一维、三维微分型损伤本构方程,再根据叠加原理得到模型的黏弹塑性流变损伤方程。适用性验证表明,新建模型不仅可以精确地反映循环加卸载过程中粉砂岩的衰减、稳态流变阶段,还可以有效地描述上限荷载高于疲劳强度时的加速流变阶段。通过粉砂岩疲劳损伤流变全过程定量化分析,提出加速流变阶段的临界损伤阈值和破坏失稳判据,并给出加速流变阶段的启始时间、持续时间及疲劳寿命预测方法,模型对岩体工程长期稳定性评价具有一定的理论指导意义。     

粗粒土路基循环荷载试验及累积变形模型研究

为了探讨粗粒土路基在往复列车荷载作用下产生的累积变形和动力特性,开展了粗粒土的室内动三轴试验,分析了不同循环应力比、不同围压对粗粒土路基累积变形的影响。根据动三轴试验结果,提出了考虑围压和循环应力比影响的粗粒土路基累积变形模型。研究结果表明:循环应力比为0.3时是加载次数-累积动应变曲线由稳定型向破坏型演化的起点,随着循环应力比的增大,软化指数不断增大;当循环应力比小于0.3时,软化指数随着围压的增大而减小,当循环应力比大于0.3时,软化指数随着围压的增大而增大。累积变形模型反映循环应力比和围压对累积动应变的影响,能较好地预测累积动应变的发展趋势,且模型参数有明确的物理意义,能为粗粒土路基的设计和养护提供参考。     

缝合式三维编织C/SiC复合材料拉伸加卸载力学行为

本文通过开展缝合式三维编织C/SiC复合材料的准静态单轴拉伸及循环加卸载试验,研究加卸载行为对复合材料的损伤及材料内部能量耗散的影响。通过对材料的断口分析,探究加卸载对材料破坏强度的影响规律。结果表明,加卸载行为会消耗材料内部的能量,对纤维束与基体之间的界面造成损伤,进而降低材料的承载能力;材料滞回曲线的面积随着卸载点应力的增大而增大;材料的整体失效属于脆性破坏,复合材料断口表现出明显的分层现象,且单轴拉伸时断口相对于循环加卸载更整齐。      

渗透压循环加卸载作用下页岩渗透率演化规律研究

为研究页岩在渗透压循环加卸载作用下渗透率演化规律,利用改进的脉冲衰减气体渗透率测量装置对页岩进行不同围压、不同渗透压循环加卸载试验。试验结果表明:初始围压的大小会影响页岩的初始渗透率,初始围压越大初始渗透率越小;在定围压循环加卸载渗透压的过程中,渗透率随着渗透压的加载而增大,随着渗透压的卸载而减小;在同一渗透压加卸载循环中,加载阶段和卸载阶段的渗透率曲线不重合,且卸载阶段渗透率曲线位于加载阶段渗透率曲线的上方;对渗透率随渗透压循环加卸载的变化关系进行拟合,拟合结果符合二次函数关系,相关系数大于95%。     

混凝土细观结构动态力学特性CT试验研究

混凝土材料在动载作用下具有与静载不同的特性。从实时CT扫描试验出发,以素混凝土圆柱体试样为研究对象,分析了正弦波动压和动拉荷载作用下,混凝土的细观结构变化对动态力学特性中诸如强度、变形和破损形态的影响。通过CT差值图像研究,得出动压荷载作用下混凝土裂纹具有发展迅速,破坏过程短,破坏裂纹多,破坏面积大等特点;通过CT数等密度分割图研究,得出动拉荷载作用下混凝土微裂纹突然合并形成一条主裂纹贯穿试件,试件突然断裂;通过加载过程中CT数变化规律研究,得出动压荷载作用下混凝土的密度经历了一个先增大后减小的过程,试件经历了压密、扩容、裂纹贯通直至最后破坏的过程,而动拉荷载后试件的密度持续减小直至断裂,荷载初期无压密现象。混凝土试件形成单位面积的压、拉裂纹面所需的能量基本相同,形成单位面积的动力裂纹面所需的能量略大于静力裂纹面所需能量。混凝土动压、动拉的应力状态不同,导致其破坏程度不同,所形成的裂纹面积不同,所需的总能量也不同,最终导致测定的强度不同,应力状态不同是动压、动拉强度差异的根本原因。     

大理岩三轴压缩变形破坏与能量特征研究

利用伺服试验机对大理岩进行了常规三轴压缩试验,基于试验结果,研究了岩样三轴压缩变形破坏及其能量特征。结果表明,低围压时岩样内部材料并未均匀化,岩石表现为应变软化特性;而高围压时岩样内部材料强度由低到高逐渐屈服,变形趋于均匀,岩石出现塑性流动特性。岩石峰值应变与围压成正线性关系;岩石残余强度对围压的敏感性显著高于峰值强度。岩石破坏应变能随着围压的增大而增大,且两者成正线性关系;岩石全部断裂能随着围压的增加亦成正线性增加。     

型钢混凝土异形柱基于损伤的恢复力模型研究

根据16个实腹式配钢的型钢混凝土异形柱试件在低周反复荷载作用下的试验结果,进行了构件的滞回性能分析及基于损伤的恢复力模型研究。提出了一种弹性段-强化段为双折线、下降段为指数函数曲线的复合骨架曲线模型,采用理论推导与回归拟合相结合的方法给出了构件对应不同截面形式、轴压比及配钢率的骨架曲线特征值计算方法;考虑二阶矩效应、轴压附加抗侧刚度、强度衰减、包辛格效应及加载历程对构件性能退化的影响,并通过引入基于试验结果拟合的损伤模型,定量描述了构件滞回环卸载刚度退化规律,建立了恢复力模型。研究表明:试件的抗震性能良好,滞回曲线基本呈梭形,采用实腹式配钢的异形柱在各级荷载循环下的滞回环大致汇交于2点;所提出的基于损伤的恢复力模型是经过理论推导并考虑了多种因素的影响,计算结果与试验结果拟合度较好,可为该类型结构进行高效非线性地震反应分析提供依据。     

火灾后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

该文进行了8个大比例型钢混凝土柱试件温度场和火灾后抗震性能试验,研究了升降温作用下柱试件的温度场分布规律以及火灾后受低周反复荷载时破坏规律。同时,考虑受火时间、轴压比、栓钉、含钢率等参数的影响,对火灾后型钢混凝土柱试件的典型破坏形态、滞回曲线的形状、加卸载刚度、承载能力等特性进行了系统的试验研究。研究表明：火灾升降温作用下,试件内部升温呈现出较大滞后性;火灾后柱试件出现了塑性铰区的破坏,受火时间越长,塑性铰长度越长;滞回环总体上呈梭形,耗能能力较好,滞回环有轻微的捏拢效应;随受火时间增加,试件承载能力降低;随轴压比增加,承载能力增加,延性降低;栓钉对试件承载能力影响不大。     

复合材料疲劳分层的界面单元模型

提出一种三维黏聚力界面损伤模型,可以描述单调和交变载荷下层合复合材料混合型的分层损伤。损伤用界面所经历过的最大位移间断来定义,交变荷载下一个周期的加、卸载过程均考虑有损伤积累,模型还考虑了单调和疲劳损伤的门槛效应和交变载荷下裂纹的闭合效应。建立了包含该界面损伤模型的初始无厚度八节点等参界面单元,并引入加速损伤的算法,用一次计算循环代替若干次实际循环,提高计算效率。用该单元模型对某复合材料动部件疲劳分层裂纹的形成和扩展进行了模拟,得到了分层裂纹前沿界面局部损伤和结构疲劳分层的发展规律,模型预测的裂纹长度-荷载循环次数对数(a-log N)曲线和结构剩余刚度与试验数据吻合。     

等压固结条件下湘江饱和砂土动力特性研究

在大量的动三轴试验基础上,研究了等压固结条件下湘江饱和砂土振动孔隙水压力、应力应变滞回圈以及应力路径的发展变化规律。研究结果表明:孔压发展变化过程与土体的剪胀、剪缩密切相关;孔压与轴向动应变之间的变化关系显示饱和砂土具有明显的各向异性;从孔压与滞回圈面积累积之和的关系看,孔压的增长伴随着能量的损失;对于围压较大的情形,用ExpAssoc函数进行拟合效果较好。隧振次增加应力应变滞回圈也在发生变化,第一阶段滞回圈呈倒置的帽子形,第二阶段呈菱角形状。在振动初始阶段,应力路径基本上呈倾斜的直线变化;随孔压的增加,加载和卸载两条应力路径逐渐分开,呈纺锤形。     

钢-混凝土组合简支梁滞回性能非线性有限元分析

为实现钢-混凝土组合简支梁滞回性能三维非线性有限元分析,该文提出混凝土在单轴拉、压应力下的损伤变量计算方法,给定了混凝土的卸载规则,完善并提出混凝土应力-应变滞回本构关系和钢材循环本构关系,应用ABAQUS有限元软件建立混凝土棱柱体试件、钢材试件和钢-混凝土组合简支梁有限元三维非线性有限元模型,对混凝土棱柱体试件在单轴受压和受拉反复荷载下的试验结果进行分析,对钢材试件在单轴拉压循环荷载下的试验结果进行分析,对钢-混凝土组合简支梁在循环荷载下的荷载-挠度滞回关系、梁端荷载-滑移滞回关系以及栓钉的荷载-侧向变形滞回关系曲线等试验结果进行分析,计算结果与试验结果符合较好。     

陶瓷基复合材料在循环压应力条件下的疲劳研究

本文对ＳｉＣ颗粒及部分稳定ＺｒＯ２复合增强Ａｌ２Ｏ３基陶瓷材料在循环压载荷作用下的疲劳特性进行了研究。带有缺口的试样在循环压应力的作用下，缺口根部将产生一条垂直于压应力轴的疲劳裂纹。压应力在缺口根部产生的局部不可逆损伤在卸载过程中会形成较大的残余拉应力，这使得裂纹形核并逐渐长大。而随着裂纹的长大，闭合效应逐渐增加，最终导致裂纹扩展完全停止。试样缺口长度和疲劳试验参数对裂纹的扩展速度和最终长度有较大     

循环荷载作用下的混凝土弹塑性损伤本构模型及数值实现

该文建立了一种描述混凝土在循环荷载作用下复杂力学行为的弹塑性损伤模型。该模型借助四参数等效应变将复杂的多轴问题转换至单轴等效应变空间中求解,考虑了混凝土卸载过程中的刚度退化现象及不可逆变形。同时针对等效应变的非负特性,提出了拉压转换处理方法,从而在求解损伤变量时无需区分拉损伤和压损伤。该文提出的弹塑性损伤模型数学形式简洁,且实现过程不依赖于四参数模型,实现方法普遍适用于各类混凝土等效应变模型,通过模拟单轴循环荷载试验和Koyna大坝动态损伤过程,验证了该文模型的正确性与可靠性。