岩石与混凝土三维界面裂缝断裂准则的试验研究

把双材料三维界面裂缝的断裂形式区分为三种类型：Ⅰ型为张开型；Ⅱ型为滑开型；Ⅲ型为撕开型。定义KⅠ、KⅡ、KⅢ为应力强度因子，反映这几种断裂型式裂缝尖端应力场的强弱。由于工程实际中多为复合型断裂，因此，在综合考虑试件的断裂类型及KⅠ、KⅡ、KⅢ之间的相对比例关系等诸多因素的基础上，制定出23种不同KⅠ、KⅡ、KⅢ组合的试验方案。试验中采用了两类岩石-混凝土界面裂缝试件形式：一类为单边裂缝方形试件；一类为环形裂缝试件，为便于加载后者外形仍为方形。通过对这些试件的试验研究，得到了不同断裂类型断裂时的应力强度因子KⅠ、KⅡ、KⅢ值。用数理统计的多元回归法得到了岩石与混凝土三维界面裂缝的断裂准则，该准则可用于坝体与基岩界面的断裂分析。 关键词：岩石；混凝土；双材料界面裂缝；断裂准则     

岩石与混凝土界面裂缝的断裂能及断裂韧度

用三点弯曲试件测试了岩石与混凝土界面裂缝的断裂能及断裂韧度，试验结果表明：岩石与混凝土界面裂缝的断裂及断裂韧工均小于混凝土的相应值。     

岩石-混凝土界面裂纹断裂特征研究

岩石-混凝土界面裂纹断裂特征研究是混凝土大坝等工程安全性分析的关键课题.目前,关于界面裂纹断裂特性的研究多针对单一均质弹性材料,而岩石、混凝土均为非完全弹性材料,岩石-混凝土界面裂纹断裂问题不能完全沿用弹性材料界面裂纹断裂模型.为此,开展岩石-混凝土界面裂纹断裂试验,利用数字图像相关技术研究岩石-混凝土界面裂纹破坏规律...     

岩石与混凝土界面裂缝断裂准则及断裂能的试验研究

对梁型试件进行试验研究得到了岩石与混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型界面裂缝的临界断裂曲线方程；并对三点弯曲梁测出荷载－位移全曲线，计算出断裂能CF。     

混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则及裂缝扩展全过程的数值模拟

本文将起裂断裂韧度作为材料参数,提出了混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则,即当外荷载引起的裂缝尖端应力强度因子与黏聚力引起的裂缝尖端应力强度因子的差值达到起裂断裂韧度时,裂缝开始扩展。在此基础,上采用有限元法对混凝土Ⅰ型裂缝的断裂过程进行了数值模拟,分别计算了不同尺寸混凝土试件的荷载-裂缝口张开位移全曲线、临界裂缝亚临界扩展量、失稳断裂韧度并与应用DIANA软件的数值分析结果及试验结果进行了比较,吻合良好。研究还表明,只要给出混凝土的弹性模量、抗拉强度和起裂断裂韧度,即可用本文提出的方法计算混凝土失稳断裂韧度及裂缝扩展全过程。     

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展准则及扩展全过程的数值模拟

本文基于从试验中得出的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的扩展准则,即由外荷载在裂缝尖端产生的应力强度因子与虚拟裂缝黏聚力产生的应力强度因子的差大于或等于起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线时裂缝扩展,在此基础上采用有限元法对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的起裂、稳定扩展及失稳扩展全过程进行了数值模拟,并计算了试件高度分别为200、300、400、500、600mm混凝土四点剪切梁的裂缝扩展路径、荷载-剪切位移曲线,数值模拟结果与试验结果吻合良好。研究表明,只要从试验中测得混凝土材料的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线、抗拉强度及弹性模量,即可计算混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展全过程。     

岩石与混凝土界面裂缝的断裂能及断裂韧度

用三点弯曲试件测试了岩石与混凝土界面裂缝的断裂能及断裂韧度，试验结果表明：岩石与混凝土界面裂缝的断裂及断裂韧度均小于混凝土的相应值。     

加筋土挡墙墙趾界面剪切刚度计算模型研究

在硬质墙面加筋土挡墙数值模拟中,墙趾界面参数的选取对模拟结果的正确性至关重要。然而,墙趾界面剪切刚度仅能通过混凝土界面剪切试验获取,其过程繁琐、周期长。开展大型剪切试验研究混凝土界面剪切刚度与界面摩擦角、正应力的关系,在此基础上提出墙趾界面剪切刚度计算模型,该计算模型的输入参数为墙高和墙趾界面摩擦角,其中墙趾界面摩擦角可通过简单的混凝土斜板试验获得。采用该计算模型为3组不同墙趾约束条件的加筋土挡墙数值模型选取了墙趾界面剪切刚度值。3组挡墙数值计算得出的筋材应变均与实测值相吻合,筋材拉力分布随墙趾约束条件的变化规律与已有的模型试验结果一致,证明了墙趾界面剪切刚度计算模型的可行性。     

混凝土裂缝的稳定扩展过程与临界裂缝尖端张开位移

本文采用激光散斑照像法并辅以电测法研究观察了2种不同尺寸的混凝土切口梁失稳断裂前微裂缝生成、聚合直到主裂缝发生缓慢的亚临界扩展的全过程以及相应的变形特征和应变场分布。结果表明,混凝土切口梁失稳断裂前存在着明显的主裂缝亚临界扩展过程,其断裂过程区呈不规则的狭长带状形,最大宽度约为最大骨料粒径的1/2。断裂过程区的性状与Dugdale-Barenblatt模型基本相符,因而采用由此衍生发展起来的虚拟裂缝模型和“疵弥”裂缝带方法进行混凝土断裂的数值分析是可行而合理的。实验还表明,在实验范围内临界裂缝尖端张开位移和试件尺寸无关,因而有希望成为判断混凝土失稳断裂的材料参数。     

约束混凝土的温度抗裂性试验研究

温度和温度应力的变化规律是温控设计中要解决的关键问题．本文在国内首次成功地开展了“全约束温凝土的温度抗裂性试验”和“全约束混土的膨胀预压应力测试试验”研究．探索了试验原理和方法、试验步骤和加调荷载装置,模拟了现场浇筑混凝土的温升温降过程．通过试验基本掌握了温度和温度应力的变化规律,提出了试验研究成果．这些试验研究结果对温控设计、施工和科研工作都具有参考价值,并为深入研究奠定了基础。     

非均匀介质在动荷载作用下的裂缝扩展研究

运用岩石破裂过程分析软件RFPA-dynamic,通过对模型预置一组裂纹,研究裂纹倾角、岩桥倾角及双向荷载对裂纹扩展方式的影响。结果表明:1单向动荷载作用下,裂纹倾角和岩桥倾角对裂纹扩展方式几乎没有影响,裂纹大致沿与荷载垂直的方向扩展;2单向动荷载作用下,声发射释放累积能量的过程大致分为4个阶段;3双向动荷载作用下,随着荷载比率的减小,裂纹的弯曲弧度增大,逐渐与水平荷载垂直;4双向动荷载作用下,岩桥倾角一定时,随着裂纹倾角的增大,裂纹扩展偏向竖直方向;5单向静荷载作用下,裂纹倾角和岩桥倾角对裂纹扩展方式有显著影响,而单向动荷载作用下,其对裂纹扩展方式却几乎无影响。     

卸荷裂隙岩体在桥基荷载作用下的力学行为研究

为研究卸荷裂隙附近岩体在桥基荷载作用下的力学行为,在分析桥基和岩体相互作用以及裂隙模拟方法的基础上,建立了二维有限元模型,分析卸荷裂隙不同的深度和倾角下,裂隙表面的位移和应力影响系数变化情况。结果表明：桥基荷载下,裂隙表面的位移以竖向位移为主;应力影响系数随着裂隙深度先增加后减小,最后趋于固定值;卸荷裂隙倾角达到90°时,应力影响系数急剧增大,这说明竖向裂隙对边坡的应力影响最大。     

土-格栅界面强度参数和剪切刚度试验研究

以4种不同土工格栅和2种不同填料为试验材料, 完成了不同填料初始状态(含水率、干密度)和不同剪切速率的筋-土界面特性直剪试验, 详细分析了不同工况对界面强度参数和剪切刚度的影响。结果表明:①填料压实度的增大和剪切速率的增大会分别引起格栅-砂砾石界面抗剪强度参数的增大;②格栅-砂砾石界面的抗剪强度参数和剪切刚度明显都大于格栅-黏土界面;③格栅-黏土界面似黏聚力和内摩擦角随着填料含水率的增大而显著降低, 而且格栅-黏土界面强度参数对含水率比黏土本身更为敏感;④现行规范中对格栅-土界面摩擦因数比的推荐值为0.8是合适的, 但是总结文献发现, 拉拔试验所得到的筋-土界面强度参数都远小于直剪试验;⑤法向压力的增加、填料压实度的增加、黏土填料含水率的减小以及剪切速率的减小都会使筋土界面剪切刚度明显增大;⑥在采用的4种格栅中, 纵肋较短的单向格栅-砂砾石界面的剪切刚度最大, 其余3种格栅的筋土界面剪切刚度比较接近。     

冲击荷载作用下饱和软粘土强度计算方法

本文首先分析了形成历史对似超固结土强度的影响，其次提出冲击荷载作用下软土不排水抗剪强度的预测公式，包括多遍冲击及部分排水条件的情形，并对试验结果进行了验证分析。     

桩-海洋黏土界面剪切性状试验研究

桩-土界面剪切性状制约着桩基受力特性,对研究桩-土相互作用机理具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行海洋黏土与钢板、混凝土板的界面剪切试验,研究不同含水率、不同固结时间的海洋黏土与钢、混凝土界面的剪切应力-剪切位移关系。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系表现出较好的弹塑性关系,可用双曲线模型表示;随着法向应力增大、含水率减小和固结时间增长,界面峰值剪切应力增大,所需峰值剪切位移增加,峰值剪应力的增加集中在固结开始后的14 d内;界面摩擦角和界面黏聚力随含水率增加而减小,界面摩擦角受固结时间影响不大,集中在20°～23°范围内,界面黏聚力随固结时间增加而增大,且集中在固结开始后的14 d内。研究成果可为海洋桩基工程沉桩阶段阻力估算及数值模拟提供参考。     

剪跨比对爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁抗爆性能及破坏形态的影响

为研究剪跨比对爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁抗爆性能与破坏形态的影响,分别采用LSDYNA软件中两种不同的混凝土材料模型(*MAT 84与*MAT 159)进行数值分析并对所得数据进行了比较。数值分析发现:相同剪跨比的条件下,纵筋配筋率对钢筋混凝土抗爆性能的影响大于面积配箍率;随着剪跨比的增大,梁由剪切破坏转变为弯曲破坏与压碎破坏。     

筋材-砂-黏土层状体系接触面剪切特性试验研究

以筋材-砂-黏土层状体系为研究对象, 采用界面剪切试验, 对筋材-黏土间夹砂层后改善筋土之间相互作用效果进行试验研究。借助直接剪切试验和拉拔试验, 通过改变砂层的粒度成分(粗砂和细砂)和砂层厚度(1～3 cm), 分析该层状体系的具体影响。试验结果表明, 尽管在筋材-黏土间夹砂层可有效提高界面的抗剪强度, 但在25~75 kPa法向应力下, 砂的组构(粗砂和细砂)和砂层厚度对该体系的影响都不明显。     

钢筋混凝土剪力墙结构防裂分析

目前高层建筑大部分采用钢筋混凝土剪力墙或筒体结构,施工中大多采用泵送混凝土进行浇注。而大量工程实例表明,剪力墙上出现裂缝的现象较为普遍。本文以国内外已取得的钢筋混凝土裂缝控制,特别是地下室外墙裂缝控制理论为基础,结合某单位14号高层建筑为例,通过详细的调查分析,总结出泵送混凝土浇注的剪力墙产生裂缝的具体原因,从而提出相应的预防措施,取得了良好的效果。     

三维界面裂缝应力强度因子的杂交元计算方法研究

利用弹性力学放松连续性要求的变分原理，建立了求解三维界面裂缝问题杂交元计算模型，并通过采用杂交无法计算了三维界面裂缝应力强度因子，为三维界面裂缝的实验研究提供了必要的理论依据。