双变量耦合作用对非饱和岩土波动特性的影响研究

为了研究双变量耦合效应对非饱和岩土波动特性的影响,假定固、液和气材料之间以及它们与骨架之间的力学特性均相互解耦。以Bishop平均应力和修正吸力为骨架的双应力变量,以骨架应变和饱和度为骨架的双应变变量,从小应变变形的多孔介质工程力学出发建立了非饱和多孔岩土的波动控制方程。利用不同双变量建立的线弹性本构方程相互一致的性质,建立了波动方程模型参数和常规室内试验土工参数之间的换算关系。新波动方程的刚度矩阵具有对称性,因而满足弹性力学互易定律。利用新波动方程获得了非饱和岩土三个压缩波和一个剪切波的波速计算公式。数值分析研究结果表明,双变量的耦合效应对剪切波波速无影响,对P2波和P3波的影响可以忽略不计。在饱和度较小时对P1波波速有明显影响。耦合效应越大,对P1波波速的影响越明显,但其影响程度随着饱和度的增大迅速减小。     

复杂应力条件下饱和粉土剪切特性的试验研究

利用动--静态空心圆柱扭剪仪,采用两种不同的成样方法制备空心圆柱试样,在不排水条件下控制平均主应力和中主应力系数保持不变,进行单调扭剪试验。并着重讨论成样方法对重塑粉土孔隙水压力发展、应力——应变关系、破坏模式、有效应力路径等特性的影响。研究表明:在主应力轴连续偏转的不排水条件下,成样方法对重塑饱和粉土变形及强度特性具有显著影响。     

非饱和土的塑性体应变与剪应变的相互作用原理

将岩土塑性体应变与剪应变的相互作用原理拓展到了非饱和土领域。除了塑性体应变与剪应变的相互作用外,在非饱和土中出现了两类新的相互作用,吸力-塑性体应变和孔隙气压力-塑性体应变。吸力具有二重性质,其对塑性体应变作用包括两个相反的方面。基于吸力性质,阐明了非饱和土的一些独特的性质,诸如有效应力参数的物理涵义,吸力对体积变化和前期固结压力的影响和湿陷机理等。另外,应用拓展的塑性体应变与剪应变相互作用原理,从理论上证明了非饱和土的临界状态线是存在的和唯一的,以及它与应力历史无关。     

应力控制下HTPB推进剂的疲劳损伤及寿命研究

为研究HTPB推进剂应力控制下的疲劳特性,在动态热机械分析仪上开展了不同应力幅值的疲劳试验。结果表明,应力幅值增大会使疲劳寿命缩短,应力幅值越大,相同加载次数下的疲劳峰值应变越大,疲劳谷点应变越小,最终断裂应变值基本一样。以疲劳峰值应变作为损伤因子,基于损伤力学理论建立了不同应力幅值下的疲劳损伤演化模型,克服了原有的Chaboche模型不能解释循环应变松弛的缺点,可以很好地表征材料损伤演化规律。     

平衡饱和度差异性产生机理及其对非饱和土力学特性的影响

通过双孔隙结构分析结果确定在同一基质吸力下的试样将因孔隙分布的随机性而表现出不同的平衡饱和度, 进一步通过理想非饱和土的水气分布确定饱和度差异将影响非饱和土的力学性质研究. 采用压力板仪与直剪仪的简化组合试验对上述理论分析结果进行验证, 研究结果表明:平衡饱和度差异存在并随着基质吸力的增大而逐渐减小;在同一基质吸力下试样的抗剪强度随平衡饱和度的增加而降低;进一步的拟合结果显示平衡饱和度对与基质吸力相关的内摩擦角影响显著;通过对试验数据及其平均值的研究建议在最小与最大基质吸力下进行多次平行试验, 可以在不显著增加试验时间的同时减小平衡饱和度差异的影响.     

三维应力状态下高温低周疲劳寿命分析

通过带缺口的圆柱形ＬＤ８铝合金度样的高温低周疲劳试验，并应用ＴＭＦ程序，进行了轴对称问题的循环应力应变计算，探讨了应用当量应变范围评价三维低周疲劳特性，研究结果表明，三维应力状态下，当量应变范围可以作为三维高温低周疲劳的有效力学参量。     

MB15-RE 镁合金铸坯在半固态温度下的应力灢应变曲线测试与特征分析

研究了MB15-RE镁合金常规铸坯在半固态温度下应力-应变曲线变化的影响要素。通过热模拟实验,发现MB15-RE在560℃的半固态温度下应力-应变曲线均可分为3个阶段：应力上升阶段、应力下降阶段和应力稳定阶段;同时在相同应变速率下,合金温度越高,其应力峰值和稳态应力越低,表明曲线与在半固态温度下试样中固液态比例相关;在相同温度下,应变速率越大,峰值应力越大而稳态应力越小,表明了再结晶比例越高,稳态应力越低。     

干湿循环下含初始损伤泡沫混凝土劣化机理研究

泡沫混凝土,也称气泡混合轻质土,是一种新型的人工轻质土工材料,其由物理方法将水泥、水、发泡剂以及一些可添加材料(粉煤灰、玻璃纤维等)按一定比例混合而成,作为公路路堤填料在工程中应用广泛,但其耐久性问题始终困扰着工程人员.实际上,轻质土在生产的全过程中的各个阶段会产生由不同因素导致的损伤.因此,本工作分析施工工艺及外部环境因素对轻质土造成的初始损伤,并在此基础上研究干湿循环作用下轻质土物理力学性质的劣化规律.采用抗压强度定义损伤变量,并从微细观角度将孔隙面积率作为损伤演化的特征参数;借助MATLAB拟合强度与孔隙面积率和干湿循环次数的变化规律,得到不同初始损伤形式的强度劣化关系式;最后建立与孔隙面积率和干湿循环次数有关的损伤演化方程,并对演化方程进行验证.实验结果表明,不同施工工艺造成含初始损伤的试样的孔隙面积率皆随干湿循环的进行而增大,试样强度随孔隙面积率的增大呈非线性减小.分析劣化原因为:干湿循环次数增加,试样含水率不同造成内部受热膨胀存在差异,温度应力不断发展,微裂缝不断形成,因而孔隙面积率增加,强度逐渐劣化.     

海水侵蚀后混凝土三轴强度准则研究

为了有效评估海水侵蚀后混凝土的力学性能,该文开展了混凝土在海水干湿循环作用后各项基本力学性能衰减规律的试验研究,基于大型动静载伺服刚性试验机,研究了海水干湿循环作用次数分别为0次、10次、20次、30次、40次、50次和60次下的混凝土应力-应变关系。根据混凝土应力-应变曲线,总结混凝土弹性模量、抗压强度的衰减规律。根据单轴力学性能退化规律和损伤力学基本理论,总结混凝土侵蚀作用后的三轴OTTOSEN强度准则。试验现象表明:随着干湿循环次数的增多,混凝土轴心抗压强度、弹性模量等力学性能指标的下降程度均逐渐加大。该文研究可为建立符合实际工程的混凝土结构受海水侵蚀后的抗裂设计理论提供基础资料。     

饱和松砂与结构接触面反复剪切下邻近土体性状数值分析

该文采用颗粒离散元软件PFC2D,研究了不排水条件高频循环剪切作用下饱和松砂与板桩接触面附近的砂土特性,分析了模型参数对饱和松砂孔隙率和体应变的影响,以及剪切过程中超静孔压的变化规律和砂土颗粒的运动轨迹。结果表明:当颗粒摩擦系数、颗粒刚度、剪切振幅和剪切频率越小或边界围压和接触面摩擦系数越大,饱和松砂的剪缩现象越明显。砂土的孔隙率在作用瞬间减少、然后略有增加后呈下降趋势至稳定;随循环次数增加,砂土中的超静孔压总体上呈增长趋势;砂土颗粒的变位随离开接触面距离的增加而减小。     

深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性

采用解析方法在频率域内研究了深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性。基于Bishop非饱和土有效应力原理和单相流固结理论,建立了单相流条件下非饱和土的运动方程。通过位移势函数解耦,得到了非饱和土在简谐荷载作用下的动力响应解答。将衬砌结构视为均匀弹性介质,基于弹性理论,得到了简谐荷载作用下圆柱形衬砌结构的稳态形式解答。利用土体与衬砌界面的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,确定了表达式的待定系数。在此基础上,考察了饱和度、吸力折减系数、衬砌厚度等参数对非饱和土响应幅值的影响。结果表明:随着衬砌厚度的增加,系统响应幅值逐渐减小;饱和度和吸力折减系数对孔隙水压力幅值的影响较大,而对径向位移和环向应力幅值的影响较小。     

橡胶减振器的动静比影响因素

通过实验,首先提出橡胶的拉伸强度、扯断伸长率与减振器的动静比间存在一定的关系。解读胶料的拉伸性能曲线,有助于橡胶减振器胶料配方实验。提出胶料的200 %定伸强度对减振器性能的定性判断,胶料的200 %定伸强度越大,动静比越小。另外,还对胶料的应力-应变曲线进行分析,结果显示该曲线与应变轴间的夹角越大,由该胶料制备的产品动静比越小。阐述了配合剂（主体胶料、炭黑、硫黄用量）对动静比的影响,并通过分析比较应力-应变曲线,判断不同配方胶料阻尼特性、疲劳性能优劣;减振器浸油后会使胶料性能和动静比发生变化,此趋势也可由应力-应变曲线分析得到。     

不同应力路径下石灰岩碎石力学特性的大型三轴试验研究

为了解不同应力路径下,昆明新机场石灰岩碎石填料的力学特性及该填料力学特性受水影响的程度,采用大型三轴试验机,对该填料进行不同应力路径下的三轴试验及等σ′₃压缩应力路径下的干湿对比试验。结果表明:Δσ′₁≥0 时,围压和应力比k (即小主应力增量与大主应力增量的比值)增大,试件峰值应力及初始模量亦增大,但剪胀逐渐受到抑制;石灰岩碎石的剪胀及剪缩特性与应力路径有很强的相关性;石灰岩碎石的强度非线性特征显著,围压减小的应力路径下,试件剪切强度比等σ′₃应力路径下略低;水对石灰岩碎石的剪切强度、初始模量及剪胀性有较大影响。该文的试验成果可为构建考虑应力路径影响的高填方粗颗粒填料本构模型提供试验基础。     

不同应力路径下堆石料的动力变形特性试验研究

采用大型多功能静动三轴试验机,对堆石料分别进行了常规三轴循环加载、等p循环加载和等q循环加载三种不同应力路径下的动力变形试验研究,探讨了不同应力路径下围压﹑固结应力比及动应力比等因素对体应变和偏应变的影响规律及其变形机制。试验结果表明:在循环荷载作用下,不同应力路径对堆石料体应变和偏应变的发展规律影响较大;在等p循环加载作用下引起的往返体应变为负值,即发生剪胀现象,且在轴向剪切时达到最大剪胀值,反向剪切时基本不发生剪胀;在等q循环加载作用下产生较大的残余体应变和残余偏应变,两者均不可忽略不计,主要与堆石料的各向异性和颗粒破碎有关。     

热-冷反复变化过程中饱和粘性土的热固结试验研究

对热-冷反复变化过程中饱和粘性土的热固结特性进行了室内试验。试验表明,随着试样温度的升高,温度的上升速率逐渐减慢,而在降温过程中则正好相反。而且,温度变化过程与温度荷载循环次数、试样所受到的围压无关;不排水加热过程中会诱致显著的孔隙水压力,而第2个温度循环过程要比第1个温度循环过程诱致的孔隙水压力要小;在不排水温度下降过程中,试样内先产生负的孔隙水压力,当温度下降至设定的温度值后,孔隙水压力又开始上升,随后转化为正的孔隙水压力;如果允许试样排水(或吸水),则试样在加热和降温后的等温过程一般表现为收缩排水过程,且加热后所引起的排水体应变要远大于降温后所引起的排水体应变。     

2.5D C/SiC复合材料连续损伤本构模型

基于连续损伤力学建立了一种包含拉伸与剪切损伤变量的2.5D C/SiC复合材料连续损伤本构模型。分别开展了拉伸和剪切试验,获得应力-应变曲线,并通过拟合试验曲线获得各损伤变量的演化参数。采用子程序技术将本构模型嵌入商用有限元软件ANSYS,应用有限元法计算了材料的应力-应变曲线。考虑了拉剪损伤耦合效应,计算了偏轴拉伸情况下的应力-应变曲线。结果表明:沿经纱拉伸、沿纬纱拉伸以及面内剪切的应力-应变曲线与试验结果吻合,最大偏差依次为4.30%、3.09%及3.73%;偏轴拉伸计算与试验应力-应变曲线也吻合较好。      

循环荷载水平与加载频率耦合作用下的软粘土特性研究

通过不排水循环三轴试验,并考虑不同循环应力水平及加载频率的影响,研究了软粘土在循环荷载作用下的孔隙水压力及变形特性,分别探讨了这些特性随循环加载时间和加载次数的不同变化规律。研究结果表明,对于相同循环应力水平,相同加载次数下不同加载频率的软粘土特性有所不同,而相同加载时间下不同加载频率的软粘土特性基本相同。此外,无论加载频率为何数值,一旦循环应力水平超过临界值,软粘土破坏必将发生。为了深入研究应力水平和加载频率的耦合作用,该文从应力控制循环加载试验中的应变速率着手,对软粘土的特性进行了分析。结果表明,在应力水平相同的情况下,软粘土在不同加载频率下的应变速率是基本相同的,由此可得对于软粘土在循环荷载作用下特性的影响,应力水平比加载频率更为重要。     

广州地区软土应力应变特性研究

本文对广州地淤泥质软土固结排水剪切的归一化性状进行研究，在此基础上提出了一个适合于描述该类软土应力应变特性的本构模型，该模型参数少，且易于确定，对于其他地区的软白，模型也具有一定的适用性。     

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。     

温度循环条件下粉土质砂的物理力学特征研究

为研究夏季极端高温天气对粉土质砂物理力学性质的影响,以重庆市某边坡土体为研究对象,通过室内试验模拟分析在夏季高温条件下日间暴晒,土温升高;夜间冷却,土温降低的循环过程对粉土质砂的力学特征的影响。试验结果表明:经过多次温度循环作用土样的含水率与密度不断下降;土样内聚力随温度循环次数升高;土样的内摩擦角基本保持稳定,不会随温度循环产生明显变化。当温度循环达到18次以后土样密度下降速度变快,而内聚力达到最大并开始保持稳定。在升温-冷却循环条件下土样抗剪强度增大,这主要是由内聚力增大所导致,因此内聚力是对温度循坏最为敏感的抗剪强度指标。试验结论为进一步研究温度循环对粘性土物理力学特征的影响和极端高温气候条件下的岩土工程设计施工提供重要参考。