基于细观离散元的混凝土端部效应分析

为了研究端部效应对不同形状的混凝土试件强度的影响,采用三维颗粒离散元程序(PFC^3d)对混凝土标准立方体与标准圆柱体试件在不同端部摩擦条件下的单轴压缩试验进行数值仿真．在细观层次假定混凝土材料力学性质符合Weibull概率统计分布来考虑混凝土材料的非均质特性,根据材料宏观力学参数反演计算出模型细观力学参数,进行数值仿真计算．模拟结果表明,端部摩擦对不同形状的混凝土试件的抗压强度、变形特征及破坏模式有较大影响;试件的形状效应随着加载板与试件间摩擦系数的增加而增强;当不采用减摩措施(f=0.6)时,测得两种试件强度的折算系数为0.795．仿真结果与规范的规定相符,证明了本文方法的可行性和有效性．     

碾压混凝土单轴抗压强度尺寸效应的数值模拟

碾压混凝土与混凝土一样也存在着尺寸效应.采用随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构,利用有限元方法数值模拟碾压混凝土试件单轴抗压的细观损伤断裂,并重点对单轴抗压强度尺寸效应进行了研究.     

永磁直线同步伺服电机的端部效应分析

现代高档数控机床对伺服进给系统提出了＂高速、高精度＂的双重要求,采用永磁直线电机直接驱动是实现机床高速、高精度进给的必要途径之一。然而,由直线电机端部效应引起的扰动,也成为影响着机床主轴系统性能的主要因素。本文系统地分析了永磁直线同步伺服电机的静态纵向端部效应、静态横向端部效应、动态纵向端部效应和动态横向端部效应的起因、机理及对电机性能的影响。     

小波理论在直线电动机端部效应分析中的应用

端部效应是使直线电动机性能下降的主要原因,它的直接表现是端部磁场的周期性非平稳波动,因此合理有效的分析端部效应能对直线电动机性能的改善提供理论前提.传统的信号分析方法是建立在傅立叶变换基础上的,但是由于傅立叶变换存在时域和频域局部化的矛盾,在分析非平稳信号时通常会丢失一些数据而导致问题分析的局限性.基于小波变换与傅立叶级数分析方法的不同,将前者应用于直线电机端部效应的研究,寻求一种新的端部效应的分析方法.     

端部约束对三轴排水剪试验影响的数值分析

针对三轴排水剪试验的端部约束问题,利用有限元软件ABAQUS模拟三轴排水剪试验,研究在不同的围压下,不同的端部约束条件对三轴排水剪试验软土剪切特性的影响。结果表明,端部完全光滑时,试样的整体应力应变关系能很好地代表材料本构模型;端部约束的存在导致了试样内部应力应变分布不均匀,约束程度越大,不均匀性越明显;小应变条件下,端部约束对于试样整体应力应变关系的影响并不大,而大应变条件下,端部约束的影响则不可忽视,约束程度不同影响程度一致。     

基于离散元的岩石单轴压缩实验模拟及断裂特性分析

利用20 t级单轴实验机对大庆三肇地区深层岩石进行单轴压缩实验。基于室内实验力学得到岩石物理参数及单轴压缩所能测出的接触参数,通过离散元软件虚拟参数标定得到与室内实验相似力学性质的模拟岩石试样,并通过离散元软件EDEM对该岩石试样进行单轴压缩实验模拟,得到应力⁃应变曲线,通过对应力⁃应变曲线得到阶段性的破坏过程,研究了在单轴应力条件下岩石破坏的阶段性形态及微观的力链断裂特征及不同时刻黏结键数目与时间的关系。研究表明,在单轴压缩过程中脆性岩石没有较大的变形,力链断裂的方式为直接断裂,没有发生很大的形变。产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙的发生和发展的结果。     

层间作用对复合岩石单轴抗压强度的影响研究

为研究岩石层间作用对复合岩石单轴抗压强度的影响,基于直线型莫尔强度准则、格里菲斯准则和德鲁克-普拉格准则,开展复合岩石单轴抗压强度研究。通过分析岩石层间作用,得到层间作用影响下的3种复合岩石单轴抗压强度计算理论模型,并对理论模型进行实验验证。结果表明：（1）岩石层间作用对复合岩石单轴抗压强度影响明显,无论静力平衡状态还是滑动平衡状态,层间作用均会降低高强度岩石强度,增加弱强度岩石强度;（2）各组分岩石层间作用效应受各组分岩石的弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力影响;（3）对比理论计算结果与实验结果,直线型莫尔强度准则计算模型误差仅为4%,格里菲斯准则的计算模型误差为113%,德鲁克-普拉格准则的计算模型误差为63%,采用直线型莫尔强度准则计算复合岩石单轴抗压强度最为准确。     

人工冻土单轴冲击压缩力学性能实验研究

冻土动态力学特性实验研究是冻土力学研究的重要内容之一.以重塑冻结黏土为例,利用分离式霍布金森压杆,得到了人工冻结黏土在冲击荷载作用下的破坏规律,研究了人工冻结黏土温度分别为-4℃,-8℃,-12℃和-16℃时,在不同应变率下单轴状态的变形特征和强度特征.研究结果表明,人工冻土在冲击荷载作用下呈脆性破坏特征,表现了较强的温度效应,但应变率效应不太明显.冻结黏土在冲击荷载作用下的动态力学特性研究为冻土开挖技术提供了理论支持.     

岩石三维内置裂隙的尺寸效应研究

采用切割、粘结技术,利用红砂岩制作了含三维内置裂隙的圆柱体试件,通过试验和裂隙扩展后的CT图像扫描分析,结合裂隙扩展的数值模拟,研究了在单轴压缩条件下裂隙尺寸的变化对岩石裂隙扩展、破坏规律和应力分布的影响。结果表明,含裂隙试件的峰值强度和峰值应变的折减程度随裂隙直径和张开度的增大而增大;随裂隙直径的增大,反翼裂纹逐渐退出裂隙扩展过程,裂隙扩展方式以翼裂纹为主;翼裂纹与反翼裂纹的扩展随裂隙张开度的增大而越剧烈,试件到达峰值强度时会出现局部破碎区;试件边界对裂隙周围应力分布有一定影响,随裂隙直径的增大,拉应力从应力集中区至试件边界的递减程度减小,应力集中影响范围逐渐超出试件边界;随裂隙张开度的增大,拉应力从应力集中区至试件边界的递减程度不变,应力集中影响范围增大,但未超出试件边界。     

不同配比大尺度相似模拟试件单轴压缩实验研究

依据相似模拟理论及试件单轴抗压强度不同,分别采用河沙-石膏-大白粉及河沙-石蜡两种相似模拟材料不同配比制作了3组共6块150 mm×150 mm×150 mm大尺度试件,在室内RMT-150B岩石力学实验系统上对其进行了单轴压缩实验。结果表明:低强度河沙-石膏-大白粉试件压密、弹性、屈服阶段轴向应变较小,峰值强度范围变化大,岩体破坏后残余强度缓慢减小,且轴向应变较大,试件沿轴向呈反拱及层状破坏;河沙-石蜡试件压密、弹性、屈服及破坏阶段明显,峰值及残余强度较为稳定;随着河沙-石蜡试件胶结程度的提高,峰值及残余强度增大,软化程度变小,试件沿轴向呈对角线剪节破坏,岩体破坏后残余强度减小较快,试件强度指标趋于稳定,试件均质性好。     

模拟岩性的相似试验研究

选用水泥石膏相似材料制作模型,工艺简单、材料来源广、价格低廉,其材料与岩石的结构及破坏方式均类似,是一种较好的相似材料。本文着重研究了骨料含量、水泥含量、石膏含量和用水量对水泥石膏模拟材料强度及弹性模量的影响,得到了其相应的变化曲线及变化规律,并研究证明了用该相似材料来模拟岩石性能的可行性,提出了用该相似材料模拟部分沉积岩的配合比,为进一步研究分形节理岩体的力学性能打下了坚实的基础。     

早龄期混凝土力学性能试验及其单轴本构模型

为了研究早龄期混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、静力受压弹性模量以及单轴受压应力应变曲线的规律,进行了系统的加载试验和试验数据分析.总结了早龄期阶段力学指标随龄期的变化规律以及与立方体抗压强度之间的换算关系,通过拟合相关参数,提出了分段式的受压应力应变全曲线拟合公式,拟合结果与试验数据吻合较好.试验结果表明,早龄期C40混凝土的强度和弹性模量随着龄期非线性增长,7 d是增长变化的分界时点;随着龄期的增长,峰值应变减少,脆性变大;早龄期C40混凝土的单轴受压应力应变曲线与充分养护龄期混凝土形状相似.     

Improved parameter selection method for mesoscopic numerical simulation test of direct tensile failure of rock and concrete

In order to numerically simulate the failure process of rock and concrete under uniaxial tension, an improved method of selecting the mechanical properties of materials was presented for the random mechanic parameter model based on the mesoscopic damage mechanics. The product of strength and elastic modulus of mesoscale representative volume element was considered to be one of the mechanical property parameters of materials and assumed to conform to specified probability distributions to reflect the heterogeneity of mechanical property in materials. With the improved property parameter selection method, a numerical program was developed and the simulation of the failure process of the rock and concrete specimens under static tensile loading condition was carried out. The failure process and complete stress-strain curves of a class of rock and concrete in stable fracture propagation manner under uniaxial tension were obtained. The simulated macroscopic mechanical behavior was compared with the available laboratory experimental observation, and a reasonable agreement was obtained. Verification shows that the improved parameter selection method is suitable for mesoscopic numerical simulation in the failure process of rock and concrete.     

拉格朗日分析在岩石单轴抗压中的应用

论述了连续介质快速拉格朗日法的理论、方法、特点及应用,根据基于显式拉格朗日元法的程序FLAC3D进行了岩石单轴抗压强度的数值试验模拟。     

三维含表面裂隙岩体裂纹扩展数值模拟研究

利用ABAQUS软件的扩展有限元法对不同倾角的半椭圆形表面裂纹岩体进行数值模拟研究,结果表明:随着裂隙倾角的增大裂纹峰值强度也逐渐增大,并且发现裂隙的倾角对于表面裂纹影响比较大,Ⅰ型应力强度因子在裂纹扩展中起到重要的作用。     

Prediction of uniaxial compressive strength and modulus of elasticity for Travertine samples using regression and artificial neural networks

Uniaxial Compressive Strength (UCS) and modulus of elasticity (E) are the most important rock parameters required and determined for rock mechanical studies in most civil and mining projects, in this study, two mathematical methods, regression analysis and Artificial Neural Networks (ANNs), were used to predict the uniaxial compressive strength and modulus of elasticity. The P-wave velocity, the point load index, the Schmidt hammer rebound number and porosity were used as inputs for both methods. The regression equations show that the relationship between P-wave velocity, point load index, Schmidt hammer rebound number and the porosity input sets with uniaxial compressive strength and modulus of elasticity under conditions of linear relations obtained coefficients of determination of (R2) of 0.64 and 0.56, respectively. ANNs were used to improve the regression results. The generalized regression and feed forward neural networks with two outputs (UCS and E) improved the coefficients of determination to more acceptable levels of 0.86 and 0.92 for UCS and to 0.77 and 0.82 for E. The results show that the proposed ANN methods could be applied as a new acceptable method for the prediction of uniaxial compressive strength and modulus of elasticity of intact rocks.     

Damage and failure rule of rock undergoing uniaxial compressive load and dynamic load

1INTRODUCTION Naturalrockinlithosphereiscommonlyinthetri dimensionalstressstate,butthatofthewallrockaroundundergroundstructuresisoftentrans formedtouni dimensionalstatewhenundergroundstructureprojectsareputinpracticeororeisminedout.Butwhenthestressstateofrocktrans formsfromhighdimension stolowdimension s,ifcertainconditionsaresatisfied,rockburstwillpos siblyoccur[1].Inordertoinvestigatetherockburstoccurrencemechanism,theuniaxialloadingtestisoftencarriedouttosimulateapproximatelytherockburs…     

胶结充填体力学特性的加载速率效应试验

为探究胶结充填体在不同加载速率状态下的力学参数变化规律及其破坏模式,采用数显式压力机分别对2.0、4.0、6.0、8.0 mm/min这4种加载速率下的胶结充填体开展单轴压缩试验.试验结果表明:在2.0~8.0 mm/min加载速率范围内,加载速率对于胶结充填体的抗压强度值和割线模量均具有明显的强化效应,且峰值抗压强度值和割线模量随加载速率增大而增大.峰值抗压强度与加载速率呈多项式函数规律,而割线模量与加载速率则呈指数函数分布规律.且随着加载速率增大,胶结充填体试件破坏形式表现为拉剪混合破坏向单一剪切破坏形式逐渐转化.研究结果揭示了胶结充填体的力学特性加载速率效应,为研究充填体破坏机制提供一定的参考依据.