基于ABAQUS二次开发的巴西圆盘断裂机理

针对含中心裂纹的巴西圆盘开裂模型利用ABAQUS进行了参数化二次开发,基于扩展有限元法和最大周向应力准则对试件裂纹扩展进行数值模拟并验证,研究了围压对裂纹扩展以及裂纹尖端应力强度因子和T应力的影响.研究结果表明,试件在预制裂纹尖端发生起裂并沿最大周向应力方向扩展.随着裂纹倾角增大,Ⅰ型应力强度因子逐渐减小,Ⅱ型应力强度因子呈现先增大后减小的趋势,T应力逐渐增大.随着围压数值的升高,试件的断裂韧度增大,T应力增大,而Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子几乎不受影响.     

公路隧道衬砌裂纹扩展机理

公路隧道衬砌裂缝作为公路隧道的主要病害,其问题日益突出,尤其是带裂纹工作衬砌的等级评价略显不足。为研究公路隧道带裂缝二次衬砌在受荷载作用下裂纹扩展规律,用离散元PFC软件对衬砌裂纹扩展规律进行数值模拟研究,揭示隧道衬砌中裂纹开裂的灾演机理,根据衬砌开裂状态进行病理灾害分析,并建立了相应的预测模型。衬砌的整体安全性受预置裂纹的影响,预置裂纹处往往是衬砌中较危险的位置;预置裂纹的深度对裂纹贯通时间有较大影响,随着预置裂纹深度的增加,预置裂纹贯通衬砌的时间逐渐减小;预置裂纹的深度对裂纹张开度的变化有较大影响,随着预置裂纹深度的增加,预置裂纹张开度逐渐增大,并在贯通衬砌时有明显的突变,这样便于确定衬砌治理时机。     

公路隧道衬砌裂损病害检测与治理对策

目的为治理公路隧道病害,针对病害检测结果提出了治理方案.方法采用地质雷达方法进行无损检测及弹塑性有限元方法对治理前、后衬砌结构受力状态进行分析.结果探明了该隧道衬砌厚度、衬砌混凝土强度、衬砌混凝土密实度、衬砌背后空洞分布和范围.对隧道结构衬砌裂损病害采取补强措施,即衬砌背后空洞的填充和衬砌本身的加强;对隧道漏水病害设置必要的防排水设施,从导排、防漏两方面入手,解决隧道漏水问题;数值分析表明治理后衬砌结构处于稳定状态.结论实际应用取得良好效果,治理方法可应用到相似病害隧道加固治理工程中.     

运营期隧道衬砌非对称式破坏成因分析及数值模拟研究

宜万铁路广成山隧道K180+261～K180+306段边墙衬砌处发生纵向开裂、剥离,翘壳等灾害,隧道衬砌形成了典型的非对称式破坏模式.基于现场系统性的衬砌厚度、衬砌强度及衬砌侵限检测,并结合理论及数值模型分析了衬砌破坏模式及其孕育机制.研究表明,隧道右边墙衬砌厚度不足、病害段衬砌强度偏低以及既有溶洞共同作用导致了病害的发生.临近既有溶洞侧与远离溶洞侧的围岩应力存在明显差异,靠近围岩溶洞侧出现明显的围岩应力集中现象,进而加剧了衬砌的变形破裂.相比二衬厚度不足,既有溶洞是影响隧道应力分布及衬砌剥落的主要因素.研究为类似隧道病害的整治提供理论依据.     

复合型裂纹的扩展路径模拟及疲劳寿命预测

针对二维裂纹稳态扩展,基于位移外推,通过最小二乘法拟合得到应力强度因子数值计算方法;利用最大周向应力准则判断裂纹扩展方向,并得到作为裂纹失稳扩展判据的等效应力强度因子;通过Paris准则得到疲劳寿命预测数值方法。基于ANSYS软件平台,根据上述理论通过APDL编程建立了裂纹扩展路径模拟及疲劳寿命预测模型。该模型可根据裂尖位置进行参数化建模及网格自动划分。将3个典型算例仿真结果与相应解析解或实验结果进行比较,验证了该方法的正确性,为裂纹扩展路径模拟及疲劳寿命预测提供了一种有效的技术手段。     

同进隧道二次衬砌开裂原因分析及治理

衬砌裂纹是隧道衬砌承受力超出其强度的反映，二次衬砌开裂是隧道工程常见的病害，针对同进隧道二次衬砌开裂段局部侵入净空进行了分析，围岩分级、地下水和施工因素是导致衬砌开裂的主要原因，对失效衬砌采取拆除重建进行整治，首先加固周围的围岩，加强对衬砌裂纹的监控量测，拆除旧衬砌时，及时进行初期支护，确保施工安全。提出了预防裂缝开裂的措施，设计方面正确判断围岩级别，选择支护和衬砌参数；施工方面规范操作，确保支护到位和衬砌强度，防患于未然。     

激光切割液晶玻璃的表面边缘质量分析

在使用激光器切割液晶玻璃过程中,时常会碰到边缘质量问题.从断裂力学的角度,运用实验和数值模拟的方法,探讨了激光扫描速度对裂纹尖端应力强度因子的影响,研究了玻璃表面边缘质量缺陷问题、裂纹偏转角以及裂纹扩展到分叉点时的应力强度因子变化.结果表明:仅增加激光扫描速度2mm/s,对裂纹尖端I型和II型应力强度因子的降低就非常明显;裂纹表面边缘的气泡以及缺陷是由于激光扫描过程中局部温度达到玻璃软化温度造成的;裂纹的偏转角符合最大周向应力准则;裂纹分叉点的应力强度因子大小已超过玻璃断裂韧度,而且在扩展到分叉点过程中,应力强度因子KII的作用呈不断增大现象.     

KI和KII等值条件下I-II复合型裂纹的边翼分叉和偏折

利用奇异应力边界多裂纹开裂的几何模型,研究了应力强度因子KⅠ和KⅡ等值情况下的I-II复合型裂纹复杂开裂行为,给出了边翼分叉开裂和折裂对应的能量释放率、能量型开裂驱动力、临界开裂角或临界应力强度因子。通过本文的方法预计的临界折裂角理论值与已有的文献中2024-T3铝合金试样实验值吻合,与En3B低碳钢和一定条件下的铝试样最大偏差为8.9%。     

KⅠ和KⅡ等值条件下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的边翼分叉和偏折

利用奇异应力边界多裂纹开裂的几何模型,研究了应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ等值情况下的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹复杂开裂行为,给出了边翼分叉开裂和折裂对应的能量释放率、能量型开裂驱动力、临界开裂角或临界应力强度因子。通过此方法预计的临界折裂角理论值与已有的文献中2024-T3铝合金试样实验值吻合,与En3B低碳钢和一定条件下的铝试样最大偏差为8.9%。     

Ⅰ-Ⅱ型裂纹发展的剪应力准则研究

将Ⅰ-Ⅱ型裂纹表面的剪应力引入裂尖应力强度因子的计算,获得了含中心闭合裂纹在不同裂纹长度、倾角以及摩擦系数下裂纹尖端的应力强度因子值。引入等径向剪应力线τrθ这一概念,在预测裂纹发生临界扩展时提出以下两个假设：闭合裂纹将沿着等τrθ线上双剪应力和最小的方向扩展;裂纹尖端的应力强度因子KⅡ达到材料的临界值KⅡc,裂纹将开始扩展;建立了Ⅰ-Ⅱ型闭合裂纹的剪应力准则。利用所建立的断裂判据计算求得的临界起裂角鼠与各种经典复合型断裂准则计算裂纹起裂角的结果较为接近,将其应用于Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判定是安全的。     

二次衬砌台车荷载计算及数值模拟

为保证隧道衬砌模板台车的施工安全,以某高速公路分岔式长隧道为例,根据给出衬砌台车的尺寸,对隧道二次衬砌台车模板系统进行了设计,计算了其纵肋和环向肋内力和变形,并基于ANSYS分析软件,计算了台车门型结构内力和变形.结果表明,模板系统、台车结构的强度与刚度均满足设计要求.根据计算结果,建议浇筑二次衬砌混凝土时应注意对称浇...     

Dynamic fracture behavior of rock under impact load using the caustics method

We studied the dynamic fracture mechanical behavior of rock under different impact rates. The fracture experiment was a three-point bending beam subjected to different impact loads monitored using the reflected caustics method. The mechanical parameters for fracture of the three-point bending beam specimen under impact load are analyzed. The mechanism of crack propagation is discussed. Experimental results show that the dynamic stress intensity factor increases before crack initiation. When the dynamic stress intensity factor reaches its maximum value the crack starts to develop. After crack initiation the dynamic stress intensity factor decreases rapidly and oscillates. As the impact rate increases the cracks initiate earlier, the maximum value of crack growth velocity becomes smaller and the values of dynamic stress intensity factor also vary less during crack propagation. The results provide a theoretical basis for the study of rock dynamic fracture.     

两郧断裂带十漫高速公路隧道围岩稳定性研究

应用非线性有限元法和施工过程力学的基本原理,研究十漫公路隧道的开挖、支护的原理,根据两陨断裂带的岩体特征,采用分步加载和荷载释放的原理,对隧道的整体稳定性以及围岩和支护结构的受力特征进行了详细分析.由数值模拟结果可知:隧道环向处产生应力集中,且初次衬砌和二次支护结构应力较大;局部断裂破碎带对二道垭隧道的影响较大.因此需要在施工中采用合理的开挖支护方法,确保隧道的施工期及正常运营期的稳定性.     

含裂隙水预制平面裂隙的启裂理论与试验验证

为研究含裂隙水预制平面裂隙的启裂特性,分别对裂隙张开和闭合两种情况进行理论分析和试验验证。详细阐述裂隙尖端应力强度因子和张开型裂隙启裂角度和启裂强度的理论计算方法,并给出压缩条件下闭合裂隙的起裂强度公式。制作了预制有张开型贯穿裂隙的水泥砂浆试件,进行双轴压缩试验。通过试验对比分析探讨裂隙尖端应力强度因子与裂隙启裂角度随裂隙倾角、水压力和裂隙尖端曲率半径的变化规律,以及裂隙启裂强度与水压力和侧压的关系。结果表明:含水压张开型裂隙Ι型应力强度因子随裂隙倾角的增加而增加,在裂隙倾角为75°时最容易发生Ι型(扩展型)裂纹,随水压力和裂隙尖端曲率半径的增加而减小。剪切型裂隙ΙΙ型应力强度因子随裂隙倾角呈对称分布,在裂隙倾角为45°处取得最大值,与水压力和裂隙尖端曲率半径无关。张开型裂隙的启裂角度随着裂隙倾角、水压力和裂隙尖端曲率半径的增加而减小;启裂强度与水压力成反比,与侧压成正比。本研究结果可为岩土工程中渗透水压作用下裂隙的启裂扩展研究提供参考。     

含裂隙水预制平面裂隙的启裂理论与试验验证

为研究含裂隙水预制平面裂隙的启裂特性,分别对裂隙张开和闭合两种情况进行理论分析和试验验证。详细阐述裂隙尖端应力强度因子和张开型裂隙启裂角度和启裂强度的理论计算方法,并给出压缩条件下闭合裂隙的起裂强度公式。制作了预制有张开型贯穿裂隙的水泥砂浆试件,进行双轴压缩试验。通过试验对比分析探讨裂隙尖端应力强度因子与裂隙启裂角度随裂隙倾角、水压力和裂隙尖端曲率半径的变化规律,以及裂隙启裂强度与水压力和侧压的关系。结果表明:含水压张开型裂隙Ι型应力强度因子随裂隙倾角的增加而增加,在裂隙倾角为75°时最容易发生Ι型(扩展型)裂纹,随水压力和裂隙尖端曲率半径的增加而减小。剪切型裂隙ΙΙ型应力强度因子随裂隙倾角呈对称分布,在裂隙倾角为45°处取得最大值,与水压力和裂隙尖端曲率半径无关。张开型裂隙的启裂角度随着裂隙倾角、水压力和裂隙尖端曲率半径的增加而减小;启裂强度与水压力成反比,与侧压成正比。本研究结果可为岩土工程中渗透水压作用下裂隙的启裂扩展研究提供参考。     

公路隧道二衬砼开裂的施工因素分析及对策研究

文章针对公路隧道二衬砼裂缝的质量病害,从衬砌结构承受偏载和过大的温度和干缩应力两个方面,总结归纳了造成隧道二衬砼开裂的施工因素。开展有限元数值模拟计算,定量分析偏载和温度、干缩应力对二衬砼产生裂缝的影响,并提出规范施工、减少隧道二衬砼开裂的对策。     

新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究

基于一种新型单层井壁结构,利用数值计算方法,对变温度、变弹性模量、变约束条件的井壁温度和膨胀应力场进行了深入研究,结果表明,加入膨胀剂的新型井壁径向在浇筑全程中均处于受压状态,井壁径向不会开裂;采用微膨胀混凝土能在井壁竖向产生最大约1．59MPa的压应力,有效防止了井壁温度裂缝的形成;温度拉应力仅出现在距井壁表面100mm左右,拉伸裂缝属于浅表裂缝,且井壁内缘的竖向配筋将有助于抑制水平裂缝的出现;微膨胀混凝土可以在井壁环向最大提供2．8MPa的环向压应力,使井壁在环向始终受压．研究结果对于单层井壁的设计与施工具有重要的指导意义．     

隧道复合式衬砌防水层破坏特性的里兹法分析

为了分析公路隧道防水层渗漏水产生的原因,应用平板大挠度理论中的里兹法,对隧道复合式衬砌防水层中的防水板在混凝土基体缺陷与水压力作用下的破坏特性进行研究,建立了长方形与椭圆形混凝土缺陷下防水板中心挠度公式与板内应力 应变计算公式,采用第一强度理论推导了防水板的临界深度及临界荷载.研究结果表明,防水板最大主应力在混凝土长方形基体缺陷下出现在长边中点,在椭圆形基体缺陷下出现在中心位置,防水板的破坏与混凝土基体缺陷的具体尺寸有关.研究结果将为选择合适的防水板,设计合理的防水设计方案,研究防水板的施工新工艺提供重要的参考依据.     

小净距盾构隧道施工管片附加应力监测与分析

为了研究在小净距隧道施工过程中新建隧道对先行隧道内力的影响,本文通过实际工程现场监测数据,总结了先行隧道管片附加内力大小及变化规律.采用振弦式表面应变计和频率读数仪对北京地铁某区间先行隧道管片环向和纵向的附加应力进行了现场监测,给出了环向附加应力和纵向附加应力历时变化曲线,并对不同测点附加应力在历时变化中最大值及稳定值进行了比较分析.监测结果表明:环向应力为压应力,其量值比纵向应力的量值大,且水平直径处受力最大,最大值达12.77 MPa.所得结论定量评价了小净距盾构隧道施工相互影响程度,为盾构隧道设计施工监测提供参考依据.     

关于管道环向穿透裂纹的应力强度因子

由守恒积分给出的裂纹尖端近场以应力强度因子表示的积分值,并利用Ｊｋ积分概念及管道膜应力的初等分析,提出了计算裂纹管应力强度因子的一个方法。给出了适用于各种载荷的Ⅰ型管道环向穿透裂纹的应力强度因子表达式,以及拉伸环向周期裂纹管应力强度因子的计算公式,从而建立了一个简单而有效的求解方法。