融化饱和哈尔滨黏土的应变速率效应试验研究

 对饱和哈尔滨黏土进行7次冻融循环后,在不同围压和应变速率下进行固结不排水三轴剪切试验,分析融化饱和黏土的有效偏应力及孔隙水压力随应变速率的发展规律。结果表明,融化饱和哈尔滨黏土在小于240 kPa的围压下表现出超固结特性,在240 kPa围压下表现为正常固结或者轻度超固结特性。随着应变速率的增大,融化哈尔滨黏土的强度变化规律以0.15 h－1为节点分为2个阶段：当应变速率小于0.15 h－1时,试件的强度随着速率的增大先增大后减小,当应变速率超过0.15 h－1时,试件的强度随着速率的增大持续增大;孔隙水压力的发展趋势随着围压的增大由软化型转变为硬化型,但各围压下的应变速率效应对孔隙水压力的发展趋势影响不明确;利用广义双曲线模型对试验数据进行分析拟合,研究表明,该模型能够合理的描述融化哈尔滨黏土的应变速率效应。     

岩石材料应变软化尺寸效应的实验和理论研究

采用同直径不同高度的砂岩试件进行岩石全程应力－应变试验，发现了砂岩的应变软化尺寸效应，即峰值强度后随着试件高度增加，岩石脆性增大。对这一试验结果，采用梯度塑性理论进行分析，理论解和试验值取得了较好的一致性。     

准脆性材料试件应变软化尺度效应理论研究

研究了由于剪切局部化而引起的试件长度的尺寸效应，基于可以考虑微结构相互作用的非局部理论，得到了非局部塑性剪应变与局部塑性剪应变及其二阶应变梯度的关系，通过获得剪切带内部的塑性剪切应变，得到了岩样轴向的平均应变与位移的理论关系，研究结果表明，这一关系具有尺寸效应，随着试件高度的增加，应力-应变曲线变陡，当试件高度非常大时，发生Ⅱ类变形行为，而且，随着剪切带倾角的增加，应力-应变曲线也变陡，将理论结果与前人的试验结果进行了比较，结果表明吻合良好。     

脆性介质中裂纹与孔洞缺陷的分类与尺度效应

首先,简单定义了裂纹与孔洞缺陷的基本概念,并对其按几何形状、赋存条件等不同类别进行分类然后,重点探讨了脆性介质中缺陷的尺度问题;最后,用数值模拟的方法对同一尺度层次的不同长度裂纹缺陷作了模拟,并分析了缺陷尺度对应力和强度的影响.     

土体介质直剪力学特性颗粒尺度效应的理论与试验研究

土体是一种复杂的颗粒体系,其强度与变形具有显著的颗粒尺度效应。为考虑土体不同尺度土颗粒对其宏观力学特性的影响,根据土颗粒间相互作用产生的黏聚和摩擦物理效应,划分土颗粒尺度层次以构造反映土体内部材料信息和颗粒特征信息的土体胞元;基于土体不同尺度结构层次上力学响应的特征,引入协调微裂纹的概念,建立具有多尺度分层次理论框架的土体胞元模型,求解土体不同尺度结构层次之间的变形和应力转换关系,把微细观土力学理论从定性分析推进到定量计算的水平。采用多种颗粒组合制备土体胞元模型的饱和重塑土试样,进行一系列直接快剪试验,对土体直剪力学特征的颗粒尺度效应进行测试,同时定量计算土体胞元模型中的应变梯度和內禀尺度等微细观模型参数。试验结果表明:土体的屈服强度随加强颗粒体分比的增加而增加;当加强颗粒体分比较小时(≤0.125),土体的屈服强度随加强颗粒粒径的减小而略为增加;当加强颗粒体分比较大时(≥0.177),土体的屈服强度随加强颗粒粒径的增加而略为增加。加强颗粒诱发其邻近基体产生应变梯度和协调微裂纹,是土体力学特性产生颗粒尺度效应的微细观物理机制。土体胞元模型建立的土体剪切屈服强度计算公式初步验证试验结果与模型预测的一致性。     

混凝土材料强度的尺度效应律

基于能量耗散理论,对混凝土的受力变形过程、强度本质进行了研究分析,并提出混凝土材料强度的尺度效应律预期形式和今后混凝土强度尺度效应律应当重点研究的内容和方法。     

广义三维Hoek-Brown岩体强度准则的修正及其参数多尺度研究

对广义三维Hoek-Brown(H-B)强度准则的修正及其岩石和岩体参数确定方法、基于颗粒流模型的岩石和岩体细观数值建模方法、宏/细观尺度下修正广义三维Hoek-Brown强度准则参数的多尺度联系等进行了较为系统和深入地研究,主要研究内容和研究成果如下:(1)采用3种不同Lode势函数的替代方法对广义三维H-B强度准则的屈服面进行修正,并对修正后的广义三维H-B强度准则进行了屈服面光滑和全凸性的验证以及强度预测精度的验证和评价。研究结果表明,该修正广义三维H-B强度准则不但拥有较高的强度预测精度,而且较好地解决了广义三维H-B强度准则屈服面的不光滑和非全凸性的问题。(2)运用收集的真三轴试验数据,对修正广义三维H-B强度准则的岩石参数进行了最佳拟合,并借鉴H-B强度准则参数确定方法,提出了适用于修正广义三维H-B强度准则岩石参数mi和岩体参数mb,s,a确定方法。(3)采用细观球形颗粒对岩石进行颗粒流数值建模和试验,研究了球形颗粒的尺寸、尺寸分布、黏结模型、黏结的法向和切向强度、颗粒间摩擦因数等细观参数对修正广义三维H-B强度准则岩石参数mi(mi12)的影响,得出了细观颗粒产生互锁结构的紧密程度是控制整岩石参数mi的关键因素的结论。(4)提出了非球形颗粒间接建模的方法,采用细观非球形颗粒对岩石进行颗粒流数值建模,在细观尺度上构建更加紧密的互锁结构,所建立的岩石数值模型可以反映所有类型的岩石,较好地解决了基于颗粒流模型开展岩石和岩体参数细观研究的难点问题。(5)采用细观非球形颗粒对岩石进行数值建模和试验,研究了非球形颗粒的数量、尺寸、长宽比、形状等细观参数对修正广义三维H-B强度准则岩石参数mi(mi12)的影响,并对2种典型的岩石LDB花岗岩和Carrara大理岩进行了建模和验证。通过建立岩石参数在细观尺度、宏观尺度以及工程尺度的联系,为修正广义三维H-B强度准则提供了多尺度的理论依据。(6)结合"固有型"和"诱导型"各向异性岩石的细观数值建模和试验,对各向异性明显的修正广义三维H-B强度准则完整(I)岩体和块体(B)岩体参数mb,s,a开展了多尺度研究,研究结果表明,采用细观尺度的颗粒流建模不但可以重现宏观尺度的各向异性基本性质,而且可以较精确反映修正广义三维H-B强度准则岩石和岩体参数。(7)结合分形理论和统计数据对不同尺寸的岩石分别进行了数值建模,通过数值试验对岩石尺寸效应进行验证,并对修正广义三维H-B强度准则完整(I)岩体、块体(B)岩体和非常块体(VB)岩体参数mb,s,a开展了尝试性多尺度研究。研究表明,采用细观尺度的颗粒流建模不但可以重现宏观尺度的尺寸效应基本性质,为颗粒流在岩石和岩体力学与工程中的应用开拓广阔的前景,更为重要的是可以为工程中岩石和岩体参数的确定提供更加可靠的依据。     

寒旱环境植物根系增强边坡土体抗剪强度的原位剪切试验研究

 选取西宁盆地及其周边地区作为试验区,以种植在试验区30°边坡生长期为150 d的垂穗披碱草、细茎冰草等2种草本和柠条锦鸡儿、霸王等2种灌木为供试种,采用草本和灌木单一种植以及组合种植等2种方式,分别开展原位剪切试验评价植物根系增强边坡土体抗剪强度贡献;在此基础上,将本次试验结果与Wu-Waldron-Model模型(简称WWM模型)计算结果进行对比分析,得出如下结论：(1) 根–土复合体抗剪强度较素土表现出较大程度提高,采用单一种植草本和灌木的根–土复合体抗剪强度增幅为47.61%～98.24%;草本和灌木混合种植的根–土复合体抗剪强度增幅则为104.47%～173.93%,同时反映出草本和灌木混合种植条件下的根–土复合体抗剪强度增幅,显著大于单一种植条件下的根–土复合体抗剪强度增幅。(2) 通过将WWM模型计算结果与原位剪切结果进行对比,对比结果表明：采用WWM模型计算得到的单一种植和组合种植2种条件下,根–土复合体抗剪强度增量变化规律与原位剪切试验得到的抗剪强度增量变化规律基本一致,上述结果实现了采用原位试验和模型理论计算相结合的方法,定量评价试验区草本和灌木根系增强边坡土体抗剪强度贡献。     

关于"准脆性材料应变软化尺度效应理论研究"一文的讨论

1 问题的提出 受拉钢筋经过屈服和强化阶段,其峰值强度之后,出现颈缩,即变形局部化。钢筋在断裂面处面积最小,隔一定距离后,其横截面积趋于常值。国外文献称此类现象为变形局部化和变形梯度效应。岩石峰值强度后软化阶段的变形是由于裂纹扩展、连通造成的,岩石的破坏不同于金属,但仍可以采用变形局部化及变形梯度效应的概念来对其软化阶段特性进行某些研究。 贵刊2003年第2期发表的王学滨等人的文章“准脆性材料应变软化尺度效应理论研究”(以下简称文[1])将单轴压缩岩样峰值强度cs之后的变形局部化模型用图1中的倾角为a、厚为w的(塑性)软 …     

圆形隧道弹塑性分析的强度理论效应研究

合理的强度准则对隧道围岩的弹塑性分析十分重要,首先归纳建立了平面应变条件下8种岩土常用强度准则的统一线性方程,进而考虑围岩剪胀特性和塑性区不同弹性应变情况,推导了理想弹塑性围岩应力和位移的新解,并对所得新解进行可比性分析,最后探讨了围岩弹塑性分析的强度理论效应与塑性区位移的参数影响特性。研究结果表明:本文统一线性方程应用简洁灵活,便于探讨强度理论效应;围岩弹塑性新解可退化为众多已有解答,具有广泛的适用性;隧道围岩的强度理论效应明显,应优先选用广义Matsuoka-Nakai准则、统一强度理论(b=1/2)、Mogi-Coulomb准则和广义Lade-Duncan准则,谨慎采用统一强度理论(b=1)、外接圆Drucker-Prager准则,不鼓励使用内切圆Drucker-Prager准则和Mohr-Coulomb准则;围岩塑性区位移受剪胀特性、塑性区弹性应变的影响显著,且不同强度准则下二者的影响程度不同,应综合考虑3种因素的共同影响。     

水泥加固土强度尺寸效应的试验研究

对于水泥加固土的试验，目前尚未形成统一的操作规程，尤其是在试件尺寸的选择上。根据三种不同尺寸的水泥加固土试件的无侧限抗压强度的试验，研究其尺寸效应并得到强度与尺寸龄期等的关系。     

混凝土抗折强度尺寸效应的试验研究

为研究强度等级变化对混凝土材料抗折强度尺寸效应的影响,完成54组试件的抗折试验,获得试件尺寸为70 mm×70 mm×310 mm、100 mm×100 mm×400 mm和150 mm×150 mm×550 mm,强度等级为C20、C40以及C60混凝土试件的抗折强度。通过对试验结果进行回归分析,得到不同强度等级、不同尺寸试件抗折强度之间的关系。对混凝土抗折强度的尺寸效应进行较系统研究,并应用Bazant尺寸效应理论和在光滑表面裂纹起裂处失效的尺寸效应理论分析材料尺寸效应现象。结果表明:各强度等级的混凝土试件均存在尺寸效应现象;强度等级提高,试件的尺寸效应越明显;Bazant基于能量释放引起的尺寸效应理论和在光滑表面裂纹起裂处失效的尺寸效应在本尺寸范围内与试验结果吻合较好,但不适用于全尺寸范围;提出的基于能量释放的修正尺寸效应率能够较好地适用于混凝土抗折强度尺寸效应的预测。     

损伤岩样强度衰减规律及其尺寸效应研究

 损伤岩样的强度衰减规律是岩石力学领域的重要课题。采用一种新的方法预制损伤岩样,对其分别进行单轴和三轴压缩试验,并将结果与近似均质的完整岩样试验结果对比。结果表明,单轴压缩下,损伤岩样除劈裂破坏外还伴随有斜向断裂破坏;随围压的增大,损伤岩样容易在胶结面处出现一种新的近水平破坏。损伤岩样较完整岩样的强度衰减值,随围压的增大而增大,但增长幅度逐渐减小。根据室内试验的结果,借助于PFC数值软件,对损伤岩样单轴强度衰减的尺寸效应进行探究。研究发现,随岩样高径比的增大,单轴强度的衰减值不断减小,但减小的趋势逐渐平缓。提出单轴强度衰减的理论模型 (其中, 为任意损伤岩样的单轴强度衰减值, 为标准损伤岩样的单轴强度衰减值, 为圆柱体岩样的高径比,a和b均为材料参数),所得的理论曲线与试验值吻合得很好。计算得出损伤岩样尺寸为无穷大时,单轴强度衰减的无限趋近值 。     

准脆性材料的破坏概率与强度尺寸效应

基于最弱链模型和缺陷的Poisson分布假设,综合体积和材质因素,建立准脆性材料破坏概率和强度尺寸效应的统计模型和一般表达式。由此可知物体的破坏概率随体积单调增加,强度随体积单调减小,在通常有限的尺度范围内,当体积很大时,强度变化很小可视作常值;无缺陷材料则没有尺寸效应。通过分别采用Weibull分布和对数正态分布,得到材料破坏概率和强度尺寸效应的具体形式并进行对比分析,最后利用典型岩石强度试验结果验证其适用性。分析结果发现,这2种分布都能描述材料的尺寸效应,而且体积相同时Weibull分布给出的强度值较低。当试样体积与参考体积接近时,2种分布给出的强度结果差别很小,而对数正态分布在整个体积范围都能给出更接近工程实际的强度值。在准脆性材料强度尺寸效应的统计途径研究中,采用对数正态分布可作为Weibull尺寸效应理论的简单改进。     

击实砾质土抗拉强度试验研究

抗拉强度是黏性土的一个比较重要的力学性质,由于在工程中使用相对较少,对其研究并不多。实际上,诸如土体裂缝、坍塌、土石坝心墙水力劈裂等不少工程问题都与抗拉强度有着密切的关系。对3种砾质土进行击实试样的抗拉强度试验,研究抗拉强度随试样干密度、前期固结压力和含水率等的变化规律。试验结果表明,击实砾质土抗拉强度随着干密度的增加而增加,增加幅度显著;随着前期固结压力的增加,土的抗拉强度也增大,但在试验范围内(固结压力100～500kPa)增大并不明显。随着含水率的增加,抗拉强度稍有减小。在所试验的含水率、密度和前期固结压力范围内,试验得到的砾质土抗拉强度为20～80kPa。     

岩石抗压强度的尺寸效应

在7种岩石的力学试验基础上，研究了岩石抗压强度的尺寸效应。由试验结果获得一个经验公式，与试验结果的对比令人满意。     

扰动对软土强度影响规律研究

在Z.Hong和K.Onitsuka扰动度定义的基础上,推导得到扰动后土体屈服应力与扰动度之间的关系,并分析不同灵敏度土体扰动对屈服应力衰减的规律。研究结果表明,扰动对高灵敏度土体屈服应力衰减影响非常大。在屈服应力与扰动度关系的基础上,分析土体十字板抗剪强度、静力触探锥尖阻力和压缩模量等参数与扰动度之间的关系;进行室内振动试验模拟土样扰动,而后进行不同振动时长的固结试验和无侧限抗压试验,室内振动试验结果验证了分析的可靠性和合理性。     

高强及超高强混凝土的脆性与强度尺寸效应

以往的高强混凝土研究往往局限于试验室尺度上的强度提高 ,而实际上 ,由于强度尺寸效应现象的存在 ,并且随混凝土强度提高 ,脆性增大 ,强度尺寸效应现象更为明显 ,因此许多研究是不完善的。采用Bazant的尺寸效应律对高强、超高强混凝土的强度尺寸效应进行了研究 ,结果表明 ,随混凝土强度提高 ,强度随试件尺寸增大而降低的趋势有所突出 ,并由此探讨了脆性与强度尺寸效应研究的意义。     

大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验研究

利用中晶和细晶两种大理岩的不同内径孔道大理岩试样,在内孔压力为0时进行常规三轴压缩试验,分析试样内非均匀应力分布对试样承载能力和变形特性的影响。孔道试样的变形特征在轴向变形较小时与完整试样大致相同;在变形较大时孔壁附近材料因最小主应力较低而破坏,承载能力逐步下降。以线弹性力学分析孔道试样的应力状态,假设试样内材料同时达到承载极限,Coulomb准则给出的试样强度是一个偏低的估计,而不是偏高的估计。围压和轴向载荷在给定倾角剪切滑移面上的正压力和剪切力由整体力平衡确定,与孔道存在与否没有关系,孔道只是造成应力分布的不均匀,使试样的承载面积减小,引起围压对强度的贡献增加;另一方面,试样内部的破坏是逐步发生的,达到峰值承载能力时试样由黏结力构成的承载能力随围压、孔径的增大而减小。这两种不同趋势的变化决定孔道试样的强度特征。孔道对试样变形破坏的影响随大理岩结构特征而不同。