花岗岩脆延破坏过程声发射与损伤特性模拟研究

为了研究花岗岩脆性和延性破坏过程的声发射特性和损伤演化机制,通过花岗岩单轴试验和颗粒流程序进行了不同围压试验,获得了花岗岩破坏过程中的声发射曲线并再现了内部损伤演化过程。试验结果表明:花岗岩脆延破坏分界围压约为100 MPa;花岗岩脆性破坏时最大声发射强度的滞后效应受围压影响显著,围压越大滞后效应越不明显,延性破坏时最大声发射强度与峰值应力同时出现,滞后效应消失。花岗岩脆性破坏声发射曲线为单峰型,延性破坏声发射为平缓曲线。脆性破坏花岗岩内部严重损伤区少且分布集中,损伤区裂隙发展方向单一,延性破坏内部损伤区多且遍布整个试样,损伤区裂隙主要沿2个相互正交方向发展;花岗岩破裂角随围压增大逐渐减小,由低围压下的破裂面转变为高围压下的破碎带,低围压脆性破坏花岗岩被破裂面切割成数块,高围压下延性破坏呈粉碎性状态。     

弹脆塑性理论与三峡工程船闸开挖数值模拟

长江三峡花岗岩测试表明,其应力应变全过程曲线呈现典型的弹脆塑性。按弹脆塑性本构理论与数值求解技术,改制成相应的有限元程序,对三峡船闸实现了开挖数值模拟。     

高温作用后的北山花岗岩时效变形特征研究

以甘肃高放废物重点预选场址的北山花岗岩为研究对象,开展不同热损伤和围压条件下的三轴分级蠕变试验,分析热力耦合作用下的北山花岗岩蠕变变形机理。试验结果表明,在单轴条件下,北山花岗岩的微裂纹密度随热处理温度升高而逐渐增加,进而导致轴向峰值应变持续增大。150℃和300℃温度荷载造成的轻微热开裂引发了裂纹尖端钝化,从而增强了热损伤花岗岩的长期强度;当热处理温度达到600℃后,石英相变产生的差异性热膨胀导致北山花岗岩的热裂纹密度显著增加,进而造成长期强度急剧降低。相比之下,在5 MPa和25 MPa围压的三轴蠕变试验中,静水压力能够愈合较低温度荷载造成的热开裂,使150℃和300℃热损伤花岗岩的轴向峰值变形和长期强度恢复至无损岩石水平。然而,上述静水压力未能完全愈合600℃热处理温度造成的热开裂,热损伤花岗岩的残余微裂纹导致轴向峰值应变增大,并造成了裂纹尖端的钝化效应,最终导致北山花岗岩的长期强度增大。     

循环冲击荷载下花岗岩力学特性尺寸效应

为探究岩石循环动力学特性及其尺寸效应,采用分离式霍普金森压杆对高径比为1.00,0.76和0.50的花岗岩试样开展循环冲击试验,并对比分析试验结果。结果表明:同一弹速下,高径比越小,试样最后一次冲击曲线的峰后破坏阶段越显著;随着高径比增加,试样峰值应变整体减小,而弹性模量有所增加,峰值应力下降程度明显减弱;在相同幅值的入射波循环作用下,累积比能量上升趋势随高径比增加逐渐变弱;低弹速（如8.5 m/s）循环冲击下试样呈现轴向劈裂破坏模式,而在高弹速（如9.9 m/s）条件下,试样破坏由轴向劈裂转变为边缘仅少量剥落。此外,试样破碎程度随高径比的增加而降低,表现为破碎块度增大、破碎块数减少。     

冲击荷载作用下岩石的变形与破坏试验分析

采用直径为50mm的分离式霍普金森压杆试验设备,研究花岗岩样在不同冲击气体压力下的力学性能,并分析其变形过程和破坏形态。结果表明：应变历程曲线在一定的时间阶段后表现出明显不同,平均应变率与冲击气体压力间有某种拟合关系;岩石的应力与应变曲线可以划分成四个阶段,并且冲击气压存在一个使得岩石的破碎效果明显的合理值;其破坏形式大都以沿轴向方向的劈裂破坏为主,但是如果在较高的冲击气压作用下,则呈现压碎破坏形式。     

基于颗粒流的花岗岩微观破坏机制研究

为研究岩石在单轴压缩条件下的微观破坏机制,利用岩石力学试验机进行花岗岩岩样的室内试验,采用颗粒流分析程序编程建立可靠的数值模型,通过分析试件压缩破坏过程的裂纹演化规律、裂纹数特征和能量耗散规律,讨论其微观破坏机制.结果表明,花岗岩岩样内部拉裂纹分布与宏观破坏面较为吻合,在裂隙发展中起着关键作用;峰值强度前,剪裂纹较拉裂...     

不同冷却方式对高温花岗岩巴西劈裂特性的影响

深部高温岩石在人为及自然因素下往往受到不同冷却方式的作用,其力学性质的劣化对各类地下工程均具有重要影响。在考虑自然冷却和遇水冷却两种冷却方式的基础上,对不同热处理花岗岩冷却前后物理特性参数及纵波波速的变化、冷却后的巴西劈裂特性进行了研究。结果表明:当热处理温度为25~200℃时,冷却方式的不同对花岗岩试样的物性、纵波波速、巴西劈裂变形及强度特性影响较小。随着热处理温度进一步提高,各项测试参数的衰减幅度均越来越大,且遇水冷却的方式使上述参数的衰减速度进一步加剧;纵波波速可较好反映岩石内部的损伤情况,基于波速衰减可确定花岗岩的损伤因子,可直接用于对不同热处理方式后的花岗岩的劈裂强度进行估算。     

温度和内水压力对小浪底排沙洞衬砌混凝土应变的影响

小浪底排沙洞是我国首例采用无粘结预应力混凝土衬砌的水工隧洞，根据运行期间混凝土应变计所获得的大量实测数据，对排沙洞衬砌混凝土应变在温度和内水压力影响下的变化进行了分析。结果表明，对于同一衬砌段，端部断面内侧混凝土的温度影响系数aT大于端部断面厚度中部；3^#排沙洞ST3-A段端部断面昕比中部断面小，而ST3-B段正好相反；同一断面位于时钟6：00、12：00位置的口，较大，平均值约为-6．83με／℃；对于同一时钟位置，衬砌厚度内侧水头影响系数aW大于衬砌厚度中部；3^#排沙洞衬砌的aW小于2^#排沙洞。分析结果表明，在温度和水头作用下，衬砌混凝土应变计所在位置的混凝土应力均为压应力，没有产生引起裂缝的拉应力，小浪底排沙洞可正常使用。     

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。     

干湿循环下花岗岩残积土的崩解试验与微观机理研究

针对花岗岩残积土遇水易软化、崩解的特性,通过干湿循环下花岗岩残积土的崩解试验,研究了花岗岩残积土的压实度和干湿循环次数对其崩解特性和崩解参数指标的影响。得到以下结论：花岗岩残积土的压实度越小、经历的干湿循环次数越多,崩解速率越快,试样完全崩解所需的时间越短;拟合了平均崩解速率与干湿循环次数、压实度之间的函数关系式。利用电镜扫描试验,分析干湿循环作用下花岗岩残积土的微观结构变化,解释了崩解机理：随着干湿循环次数增加,片状颗粒间的层叠结构遭到破坏,颗粒的团聚性减弱,平面孔隙率增大,结构趋向疏松,加速了花岗岩残积土的崩解。     

强地震作用下高拱坝的破坏分析

结合混凝土静动态试验,根据连续损伤力学中能量等效原理和有效应力概念,建立了能反映混凝土动态情况下多轴弹塑性损伤破坏模型,该模型考虑了多轴损伤变量和应变率的影响。采用本文模型对强地震作用下(峰值地震加速度为0.557 5g)大岗山拱坝动力响应进行了数值模拟,获得地震全过程拱坝拉损伤、压损伤、总体损伤模式和应变率响应。分析表明,大坝破损的主要原因是由于混凝土的拉伸作用,所得到的大坝破坏模式和模型试验结果一致;大坝不同部位有着明显不同的率响应,其将很大程度上影响坝体混凝土的动态性能。借助损伤力学理论评价了大坝强震后的安全性,结果显示大坝在经历强震作用后总体损伤不大,但坝体存在抗震薄弱部位,设计和施工中应注意采取措施处理。     

高拱坝强地震作用下损伤破坏分析

结合混凝土静动态试验，根据连续损伤力学中能量等效原理和有效应力概念，建立了能反映混凝土动态情况下多轴弹塑性损伤破坏模型，破坏准则中考虑了多轴损伤变量和应变率的影响。用于有限元数值模拟，对强地震作用下（峰值地震加速度为0.5575g）某高拱坝动力响应进行了数值模拟，获得地震全过程拱坝拉损伤、压损伤、总体损伤模式和应变率响应；分析结果表明了大坝的破损趋势，同时可看出导致大坝破损的主要原因是混凝土的拉伸损伤；并且得到大坝不同部位有着明显不同的率响应，将很大程度上影响坝体混凝土不同程度的动态性能；结果显示大坝在经历强震作用后总体损伤不大，借助损伤力学评价大坝经历强震后的安全性较好，但坝体存在抗震薄弱部位，设计和施工中应注意采取措施处理；同时坝体地震破损发展过程表明了大坝的破坏趋势，和该拱坝模型试验的破损情况比较一致。本文工作可为类似体型拱坝动力灾变过程分析和判断提供参考。     

压缩状态下闪云斜长花岗岩的声发射规律研究

 文章介绍了三峡水利枢纽基岩闪云斜长花岗岩在单轴压缩状态下的AE活动规律和采用Kaiser效应测定岩体地应力的技术方法,其中包括通过在单轴压缩状态下σ-ε-AE的曲线比较,可将岩石受力过程划分为Kaiser效应区、滞留区和消失区,各区反映着一定的岩石力学状态;通过在三峡闪云斜长花岗岩现场的深孔应力解除法地点取样进行的Kaiser效应地应力测量得出,在孔深85～193m范围内,两种测试结果有很好的相关性,表明AE法地应力测量是一种可行的方法。     

混凝土大坝在高温条件下施工的安全管理措施

经多年的混凝土大坝施工实践,总结发现中国混凝土大坝在施工技术、施工质量以及应用安全上的实际事故率与理论上的失效率还是存在比较大的差距。因此,可以说提高混凝土大坝的施工质量确实是我国目前大坝施工的当务之急。如何在不受高温季节影响的条件下进行混凝土大坝施工是我们所要重点研究的课题。笔者针对混凝土大坝在高温条件下施工的安全管理措施进行分析和讨论。     

混凝土大坝在高温条件下施工的安全管理措施

经多年的混凝土大坝施工实践,总结发现中国混凝土大坝在施工技术、施工质量以及应用安全上的实际事故率与理论上的失效率还是存在比较大的差距.因此,可以说提高混凝土大坝的施工质量确实是我国目前大坝施工的当务之急.如何在不受高温季节影响的条件下进行混凝土大坝施工是我们所要重点研究的课题.笔者针对混凝土大坝在高温条件下施工的安全管理措施进行分析和讨论.     

基于平面应变下扩展SMP准则的土体强度公式

基于扩展的SMP准则和佐武的平面应变状态,推导建立了适合各种应力状态下的一般黏性土体的平面应变强度公式.将不同地区的黄土进行平面应变试验和三轴压缩试验,并将两种试验得到的强度参数进行了比较.试验结果表明所提出的强度公式具有一定的参考意义.     

三点弯曲下的钢纤维高强混凝土断裂能

通过100个尺寸为100mm×100mm×515mm的不同体积率的钢纤维高强混凝土切口梁三点弯曲试验,探讨了钢纤维体积率和裂缝相对切口深度对高强混凝土断裂能和作用力功的影响。结果表明,钢纤维改善了高强混凝土的断裂性能与延性。钢纤维高强混凝土断裂能增益比、作用力功增益比以及延性指数随着钢纤维体积率的增加而线性增加,随着切口深度的增加而降低;外力功对断裂能的大小起较大作用。在分析试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土作用力功和断裂能的计算公式。     

砂岩与花岗岩在冻融循环和化学腐蚀下力学性能及断裂韧度变化的对比

为探究冻融循环-多种化学溶液溶蚀等因素耦合作用下岩石力学特性的变化规律,选取砂岩和花岗岩作为岩样开展了一系列岩石力学试验,借助智能显微镜观察比较了不同外部条件影响下岩石的表面微观结构,分析了岩石的溶液溶蚀机理和冻融损伤机理。试验结果表明岩石应力-应变关系、弹性模量、峰值应力、断裂韧度等力学特性受溶液溶质种类的影响较小,而受冻融循环温度影响显著,砂岩受冻融循环破坏程度大于花岗岩。两种岩石力学特性都随冻融循环温度的降低而减弱,I型断裂韧度与冻融循环温度之间呈二次函数关系。     

低温通风环境下高温隧道温度场和应力场的演化规律研究

为了保障川藏铁路高温段隧道安全施工和长久运营,采用ＲＦＰＡ2Ｄ－Ｔｈｅｒｍａｌ热－固耦合模型,对低温通风环境下高温隧道的温度场和应力场演化规律以及隧道围岩的损伤破坏机理进行了研究。结果表明:低温通风环境下,高温隧道围岩温度迅速下降,岩体冷却收缩诱发的温度应力会造成岩体自身的损伤,从而萌生损伤裂缝;随着通风时间的增加,损伤裂缝会逐渐向岩石内部扩展;隔热层可以有效减弱低温风流所诱发的损伤作用;增加隔热层厚度和降低隔热层的导热系数,均能增强隔热层的隔热效果。该研究结果可以为川藏铁路隧道隔热层优化设计提供参考。