混凝土骨料影响下裂纹扩展特性的解析计算研究

混凝土骨料-浆体界面是局部裂纹等伤损的多发部位。为探究混凝土骨料影响下裂纹的扩展特性，基于弹性力学复变函数理论，提出骨料影响下裂纹尖端应力强度因子的解析计算方法；建立混凝土多尺度有限元模型并开展了现场试验，对比验证解析解的准确性；基于解析法分析了骨料位置、粒径及外部荷载等因素对应力强度因子及扩展角的影响规律。结果表明，经由解析法、有限元模型与试验结果反映出的裂纹扩展表现为相同的趋势；骨料与裂纹尖端的方位角大于45°时，骨料粒径越大，越加剧裂纹的Ⅰ型扩展，但能减轻Ⅱ型扩展；裂纹扩展在骨料半径为裂纹长半轴2倍、骨料位于裂纹尖端正上方、裂纹尖端与骨料边界重合时达到最不利状态，此时Ⅰ型应力强度因子为未考虑骨料时的1.35倍；裂纹呈偏于骨料方向扩展；当骨料位于裂纹尖端正上方，若荷载角度小于22.5°,骨料位置对裂纹扩展角影响较大；荷载角度为0°、裂纹尖端与骨料边界重合时，裂纹扩展指向骨料中心；若裂纹尖端与骨料边界不重合，扩展角在荷载角度为22.5°时达到最大值60°。     

碳纤维增强混凝土裂纹的钝化试验研究

本文利用电沉积技术对碳纤维增强混凝土的裂纹尖端实施钝化，在电流作用下溶液中的离子发生定向运动，沉积物沉淀在裂纹和裂纹尖端，使得裂纹尖端的曲率半径增大，最后达到阻止裂纹的进一步扩展甚至将其修复的目的。试验表明利用电沉积技术对碳纤维混凝土实行裂纹尖端钝化是一种行之有效的方法。     

裂隙岩体锚固止裂的数值模拟研究

 压剪应力作用的裂隙岩体其裂纹尖端附近将产生较大的塑性屈服区，从应变角度出发研究裂纹的扩展路径，应用等效应变与降温法施加锚索的预应力，依据裂纹最短塑性区距离判据对不同倾角裂纹的锚固止裂机制进行有限元模拟，比较有无预应力锚固条件下不同倾角裂纹尖端的强度因子与应变变化及裂纹面上下中节点的位移错动规律。研究结果表明：当裂纹倾角为30°～60°时，预应力锚索对岩体的加固作用明显；裂纹倾角为45°时，预应力锚索锚固影响作用最明显，此时裂纹尖端的应力、应变集中现象得到削弱，裂纹尖端附近的塑性应变梯度减小；裂纹倾角为0°，90°时，裂纹尖端的最小塑性区距离值比相应的未锚固条件下的值大，裂隙岩体预应力锚索锚固时对岩体的压缩效应远大于其剪切效应。     

碳纤维增强混凝土裂纹的钝化试验研究

本文利用电沉积技术对碳纤维增强混凝土的裂纹尖端实施钝化；在电流作用下溶液中的离子发生定向运动，沉积物沉淀在裂纹和裂纹尖端，便得裂纹尖端的曲率半径增大，最后达到阻止裂纹的进一步扩展甚至将其修复的目的。试验表明利用电沉积技术对碳纤维混凝土实行裂纹尖端钝化是一种行之有效的方法。     

数字图像相关法测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子

提出了一种通过数字图像相关方法测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端位置和应力强度因子的试验方法。试验通过数字图像相关方法测定裂纹尖端区域位移场数据,将位移场数据带入极坐标系下位移场方程,计算裂纹尖端位置和应力强度因子。试验结果表明：采用该方法可以准确的测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子、裂纹尖端位置及裂纹扩展长度,解决了以往研究方法因不能准确测定裂纹尖端位置和扩展方向,而无法准确测定岩石应力强度因子的难题。     

CFRP布单侧加固非承重十字焊接接头应力强度因子分析

对单侧CFRP布加固含焊趾裂纹非承重十字焊接接头进行研究,分析裂纹尖端处应力强度因子KI随CFRP层数、初始裂纹长度、CFRP弹性模量和黏结剂弹性模量的变化。钢板中性轴位置随上述因素发生改变,引起次弯矩,使未加固侧裂纹尖端处KI发生变化。有限元分析结果表明:增加CFRP层数可以减小加固侧裂纹尖端处KI,但增大了未加固侧裂纹尖端处KI;增加初裂纹深度会较大程度地增大同侧裂纹尖端处KI,减小异侧裂纹尖端处KI;提高CFRP和黏结剂的弹性模量可以减小加固侧裂纹尖端处KI,增大未加固侧裂纹尖端处KI。为保证加固的效果,进行单侧CFRP加固时需要考虑两侧裂纹尖端处KI,确保两侧都满足要求。     

岩石裂纹小范围屈服时声发射总数与应力强度因子关系的研究

根据裂纹尖端微裂纹密度理论，假定声发射总数与裂纹尖端的显微裂纹总长度成正比，推导了出了岩石裂纹稳定扩展时声发射总数与应力强度因子之间的关系式。将并一些试验结果与理论推导进行了比较，结果表明；理论推导与试验结果大体一致。     

巷道断层带瓦斯突出及防护岩柱临界厚度确定

矿井巷道在穿越含瓦斯断层或石门揭煤的掘进过程中,常常遇到岩石(煤)与瓦斯的超前突出。为科学地预留安全岩柱,通过深入分析各种突出影响因素,笔者修正了微元体中有效应力的表达式,从断裂力学的角度分析了岩柱内裂隙面上的应力状态,通过分析裂纹尖端周边的应力场,得出了裂纹尖端应力集中的力学成因,认为岩石(煤)与瓦斯突出是裂纹尖端应力强度因子达到岩体的断裂韧度时裂纹发生失稳扩展从而产生破坏的动力现象,并以此建立了岩柱临界安全厚度的计算模型。实践证明,计算得出的安全岩柱厚度与施工中的实际案例较为吻合。     

第一讲 线弹性断裂力学(下)

四、裂纹顶端的塑性区由裂纹尖端应力分量的表达式(1-3)可知,当r→0很接近裂纹尖端时,σ_y→∞。但对金属材料来说,当裂纹前端的正应力等于或大于材料的有效屈服应力σ_(ys)时,材料就屈服,发生塑性变形,从而使裂纹尖端区的应力松弛。也就是说,裂纹尖端附近的应力是有界的,不可能无限大。因此,为了把线弹性断裂力学应用于实际金属,必须讨论裂纹尖端的塑性区及其对断裂准则的影响。例如,塑性区的形状及尺寸,平面应力和平     

氯氧镁水泥钢筋混凝土通电锈蚀的断裂性能分析

为了得到氯氧镁水泥钢筋混凝土开裂时的临界锈胀力,基于断裂力学研究了氯氧镁水泥钢筋混凝土在通电锈蚀试验下的断裂性能.根据Glinka-Shen权函数法,利用已知参考荷载下的裂纹尖端应力强度因子,得到孔边单裂纹方形板的权函数;然后推导出孔边单裂纹方形板的裂纹尖端应力强度因子计算公式;最后,由混凝土断裂准则给出通电锈蚀下混凝土开裂时临界锈胀力的计算公式及变化规律.结果表明:随着裂纹长度的增加,裂纹尖端应力强度因子增加,临界锈胀力减小;随着钢筋直径的增加,裂纹尖端应力强度因子减小.