道路再生骨料混凝土三轴强度及损伤分析

为探究道路再生骨料对混凝土的多轴受压强度及损伤演变性能的影响,考虑两种类型粗骨料及6种围压值,设计完成了12组混凝土的常规三轴试验研究.通过试验,观察并对比了试件在单向轴压与三向轴压下破坏形态,获取了各围压荷载下试件的峰值应力、峰值应变,分析了三轴荷载作用下再生混凝土强度影响因素,并揭示了再生混凝土的损伤演变规律.研究结果表明:在围压荷载作用下,试件破坏形态发生了较大改变,骨料类型对试件破坏形态影响不大;围压值=0 MPa时,试件发生劈裂破坏;围压值0 MPa时,发生具有一定延性的剪切斜压破坏;侧向围压荷载越大,再生混凝土的强度越大,变形能力越好;侧向围压荷载可有效约束再生混凝土损伤的发展,并延迟了初始损伤出现的时间.     

纤维混凝土三轴抗压强度及破坏特征的试验研究

利用伺服试验机对纤维混凝土和普通高强混凝土试样进行不同围压下轴向压缩试验,基于试验结果,研究了两种混凝土的单轴与三轴压缩强度,探讨了两种混凝土试样的破坏特征.结果表明,两种混凝土单轴压缩强度都达到80 MPa以上,普通高强混凝土单轴与三轴强度略高于与之配合比相同的混杂纤维混凝土;当围压达到20 MPa以上时,纤维混凝土峰值应力不显著,加载后期具有更大的塑性变形特征,说明掺入适量纤维可以提高混凝土的韧性,降低脆性;纤维混凝土试样加载结束后试样不断裂、不剥落,具有良好的整体性能.     

大理岩破坏起裂应力及断裂能特征试验研究

根据大理岩常规三轴试验数据,探讨不同围压下大理岩破坏的起裂应力和起裂断裂能变化规律.大理岩起裂应力位于峰值应力的53％～76％之间,随围压升高向峰值强度逐渐逼近.起裂断裂能与围压、峰值强度呈正线性关系.起裂应力对应的声发射能量计数率出现突跳,起裂点之后声发射能量计数率和累计释放能量增加速度明显变快,理论计算求得的起裂点和声发射监测数据吻合较好.大理岩常规三轴破坏符合Mogi-Coulomb强度准则.     

深埋大理岩三轴压缩渐近破坏裂纹扩展特征研究

为深入研究深埋大理岩渐进变形破坏过程中裂纹扩展特征,基于常规三轴室内试验完成数值模拟参数标定,利用PFC_3D^{颗粒流模型对深埋大理岩开展}25MPa、50MPa、80MPa三种不同围压下的裂纹扩展数值模拟试验,根据大理岩加载过程中微裂纹演化状态参数,定义三种特征应力,并据此展开深埋大理岩渐进破坏过中的宏、细观破坏特征及其对应裂纹扩展特征的规律研究。结果表明：(1)。室内试验与数值模拟的应力应变曲线相吻合,峰值应力相差较小,破坏形式与室内试验一致,故数值模拟参数标定合理。低围压下应力应变曲线出现的应力降最为明显,高围压下出现的应力降最小。(2)依据总裂纹、张拉裂纹和剪切裂纹扩展数量演化曲线斜率变化规律,将深埋大理岩渐进破坏过程划分为弹性压缩阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹加速扩展阶段和峰后残余阶段四个阶段,根据裂纹数量定义三个特征应力点。(3)随着围压的增加,深埋大理岩达到起裂应力σ_ci时裂纹从两端开始萌发,加载至损伤应力σ_cd点时向中间扩展,达到峰值应力σ_c点时在宏观破坏面附近扩展、增生,加载至峰值点后70%峰值应力点时最终形成以剪切破坏为主的贯通宏观破坏面。(4)随着围压的增加,裂纹出现的范围更广,贯通性减弱,峰值应力σ_c点处产生的裂纹对宏观破坏产生的影响更为剧烈,峰后残余阶段张拉裂纹发育更明显。     

裂隙岩体断裂破坏扩展数值模拟研究

为进一步了解复杂裂隙断裂破坏过程,基于断裂力学理论,采用PFC2D软件对不同裂隙数量岩体进行数值试验,分析裂隙倾角、围压等因素对岩体强度及裂纹扩展的影响规律。研究表明：随着裂隙倾角增大,单裂隙峰值应力和起裂应力先减小后增大,当围压由2 MPa增加到8 MPa时,峰值应力约从120 MPa增大到160 MPa,且起裂应力随着围压增大而增大,与理论分析结果一致;双裂隙倾角为30°和45°裂隙扩展以翼型裂纹和次生斜裂纹为主,裂隙倾角为60°和90°时主要为共面次生裂纹;不同围压下,随着预制裂隙数量增多,裂隙岩体试样峰值应力逐渐减小。研究成果为进一步探索裂隙岩体失稳破坏规律提供参考。     

抛填骨料工艺超高强混凝土的制备研究

采用抛填骨料工艺制备强度超过100MPa的超高强混凝土。研究表明,采用分层均布的布料方式,可在不影响施工工作性的条件下制得粗骨料体积分数高达54%、骨料相互嵌锁的超高强混凝土,其力学性能、抗氯离子渗透能力均优于常规方法制得的超高强混凝土,更佳的颗粒级配分布(PSD)有利于其密实度的增加。采用贝雷参数检验法评估集料级配,表明级配更为合理。抛填骨料工艺超高强混凝土中胶凝材料的用量大幅度降低,对降低混凝土环境影响具有重要意义。     

围压作用下混凝土的静动力细观破坏机理

为了解释围压作用下混凝土静、动力力学性能发生变化的物理机制，根据不同围压下混凝土的宏观破坏现象，通过研究知低围压下断裂力学适于混凝土强度的分析，而高围压下需要借助塑性力学工具.根据混凝土材料的细观结构，揭示了低围压作用下混凝土中微裂纹的开裂、扩展、串接直至破坏的细观损伤过程和破坏机理.利用线弹性断裂力学，考虑主控裂纹之间的相互作用，建立了低围压条件下混凝土静力强度的预测模型；利用断裂动力学，考虑裂纹扩展速度对其应力强度因子的影响，建立了低围压条件下混凝土动力强度的预测模型.理论模型的计算结果表明，加载速率影响围压作用下混凝土的抗压强度，加载速率越快混凝土动力抗压强度提高得越多，但随着围压增大，混凝土动力抗压强度增强系数减小，模型结果与宏观试验现象一致.     

三轴受压状态下再生混凝土强度与变形性能试验研究

为了研究三轴受力状态下再生混凝土强度随再生粗骨料取代率的变化规律,通过RMT-150C对三种强度等级(C20、C30、C40)五种再生粗骨料取代率(0、30%、50%、70%、100%)的混凝土φ50 mm×100 mm圆柱体进行三轴抗压强度压缩试验,分析了不同再生粗骨料取代率对再生混凝土三轴强度、峰值应变以及应力-应变全曲线的影响.试验结果表明:再生混凝土试件与普通混凝土试件的破坏形态相似,但再生粗骨料与普通粗骨料最后的破坏形态差异较大;C20混凝土随再生粗骨料取代率的增大,其峰值应力先增大后减小,且取代率为50%时再生混凝土峰值应力最大,约高于普通混凝土的10%;C30混凝土的平均峰值应力随再生粗骨料取代率的增加,其变化规律不明显,但再生混凝土的平均峰值应力均低于普通混凝土的;C40混凝土平均峰值应力随再生粗骨料取代率的增加而降低,当取代率为100%时,再生混凝土平均峰值应力约低于普通混凝土的15%.在三轴应力状态下,再生混凝土受压应力-应变全曲线的形状与普通混凝土的相似.     

粗砂岩变形破坏过程中的能量演化机制

对粗砂岩进行单轴试验测得其力学参数,然后采用颗粒流和fish程序获得粗砂岩的细观力学参数进行不同围压下的压缩试验,分析粗砂岩的变形和强度特性以及在变形破坏过程中的能量演化规律。获得主要结论:随着围压增加粗砂岩屈服阶段明显增加,峰值强度提高,峰后由明显软化逐渐向塑性流动过渡,表明随着围压增加粗砂岩脆性降低而延性提高,主应力表示的二次型强度准则比直线型更加贴近试验结果。粗砂岩在变形破坏过程中,弹性阶段吸收的能量主要以弹性应变能的形式存储,屈服阶段弹性应变能增速减缓而耗散能增速加快,围压越高峰值处对应的耗散能越大表明高围压下破坏时岩石内部损伤严重,峰后阶段弹性应变能在低围压下急剧减小而高围压下缓慢减小。弹性储能极限随围压增加呈现线性增大趋势,弹性应变能与岩石吸收总能量之比先减小而后趋于常值。     

含初始损伤大理岩的时效变形与破坏试验研究

为研究大型地下洞室在持续的多次开挖卸荷和复杂应力重分布过程中损伤围岩的时效变形和破坏特性,针对现有岩石流变或时效破坏试验研究未充分考虑试样初始损伤的不足,通过预加载的方式对大理岩构造初始损伤,结合声发射对含初始损伤大理岩进行单轴压缩时效变形和破坏试验及裂纹扩展观测分析,同时对比开展含初始损伤大理岩和完整大理岩的蠕变试验研究。结果表明:1)含初始损伤大理岩单轴压缩时效破坏没有明显的应力峰值点;当临近破坏停止加载保持应力恒定后,其环向应变的增长幅度远大于轴向应变的增长幅度。同步声发射监测揭示体应变的拐点是含初始损伤样发生破坏的先兆。2)三轴蠕变试验中含初始损伤大理岩的轴向和径向应变均大于完整大理岩的轴向和径向应变,体应变结果分析显示含初始损伤大理岩在加载初期即出现体积扩容。3)随着围压的升高无损伤大理岩仍发生剪切型脆性破坏,含初始损伤大理岩从脆性破坏向延性破坏转化,最终呈现"X"型共轭剪切鼓胀破坏。试验研究结果有力地表明含初始损伤大理岩的时效变形与破坏特性不同于完整大理岩,其对更加合理地分析地下洞室长期稳定性具有重要的借鉴意义。     

The complete stress-strain curve of recycled aggregate concrete under uniaxial compression loading

The mechanical performance of recycled aggregate concrete (RAC) is investigated. An experiment on the complete stress-strain curve under uniaxial compression loading of RAC is carried out. The experimental results indicate that the peak stress, peak strain, secant modulus of the peak point and original point increase with the strength grade of RAC enhanced. On the contrary, the residual stress of RAC decreases with the strength grade enhancing, and the failure of RAC is often broken at the interface between the recycled aggregate and the mortar matrix. Finally, the constitutive model of stress-strain model of RAC has been constituted, and the results from the constitutive model of stress-strain meet the experiment results very well.     

老砂浆对再生混凝土力学性能影响模拟试验

再生混凝土和普通混凝土的内在区别主要在于老砂浆的存在与否,为了能够准确把握再生混凝土的力学性能和影响因素,从老砂浆入手,研究其强度、含量和分布特点。将原始混凝土剔除骨料制备成砂浆试块,并研究其力学性能,将原始混凝土破碎制成再生粗集料并制备成再生混凝土,研究其力学性能和破坏形态,并根据切割断面研究再生集料中老砂浆含量和分布,分析老砂浆对再生混凝土力学性能的影响。     

混凝土疲劳裂缝的研究

采用光学显微镜对经历不同周次疲劳荷载作用而破坏的混凝土试件内部疲劳裂缝进行了观察，并对粘结裂缝和基体裂缝的长度进行了统计。观察和分析结果显示界面区预先存在尺寸细小的微裂缝，由初始微裂缝引发的粘结裂缝既存在于粗集料与砂浆的界面区，也存在于水泥石与细集料之间的界面区；基体裂缝可以由邻近的细集料与水泥石之间粘结裂缝贯穿而形成，也可以存在于水泥石中；疲劳裂缝的数量随试件破坏前所承受的荷载循环次数（即疲劳寿命）的增加而增多；粘结裂缝占疲劳裂缝的多数，且其相对数量有随疲劳寿命的增长而增加的趋势。     

二长岩节理抗剪强度三轴试验研究

摘要：为确定岩石节理的剪切强度,在MTS815型程控伺服岩石刚性试验机上对含不规则、无充填岩石节理试件进行三轴试验。试验过程利用伺服控制系统连续获得同一试件在不同围压条件下对应的最大轴压,并根据弹性力学理论求得不同围压下节理面的正应力和剪应力。除对每一试件的试验结果按线性Mohr-Coulomb准则拟合获得摩擦角和内聚力外,利用Matlab软件的曲线拟合工具对所有试件的正应力和剪应力分别进行了线性Mohr-Coulomb准则拟合、幂函数拟合和非线性Barton公式拟合,对比它们的拟合效果可知：(1)线性Mohr-Coulomb准则拟合明显比幂函数拟合和Barton公式拟合要差,尤其是在低正应力条件下线性Mohr-Coulomb准则拟合将高估岩石节理的剪切强度。(2)幂函数拟合和Barton公式拟合的曲线几乎重合,且总体反映了岩石节理剪切强度的非线性特征。(3)在较高正应力下,线性Mohr-Coulomb准则、幂函数和非线性Barton公式对应的剪切强度均偏高。同时,为了估计拟合公式基本参数的合理性,根据试验成果对Barton公式基本参数进行了比较可靠的区间估计。估计结果表明：用Matlab软件的曲线拟合工具直接根据试件三轴试验结果进行Barton公式拟合的基本参数在某一置信水平(如99.73%)的上、下边界获得的区间估计明显脱离实际物理意义,是错误的;而通过幂函数进行对数转换后确定出参数的上、下边界,获得幂函数相应的上、下限曲线后,再用Barton公式拟合幂函数的上、下限曲线所得的基本参数的区间估计则是合理的。     

预填集料高强混凝土抗压强度影响因素研究

当前工程应用的预填集料混凝土其集料粒径大且组成单一,混凝土强度偏低,应用范围受限.为提高预填集料混凝土抗压强度,本文试验研究制备方式、浆体材料类型、粗集料级配组成等对预填集料混凝土抗压强度的影响.结果表明:分层填筑、振动灌浆比自填充灌浆更有利于提高预填集料混凝土抗压强度;粗集料堆积程度越紧密、空隙率越小,预填集料混凝土...     

Modified Mohr-Coulomb strength criterion considering rock mass intrinsic material strength factorization

With the increase of mining depth of mineral resources,the rock mass stress state is being more and more complex.The rock mass show different features,namely,with the increase of hydrostatic pressure,rock mass failure mode turns from brittle tension failure to structure ductile failure and its limit strength also increases.The restriction of minimal principal stress on the initiation and development of microcrack and the change of micro-unit stress state by the intermediate principal stress play a decisive role in the increase of rock mass limit strength.Based on the rock mass failure behavior law under complex stress state and theσ2-dependence on the rock mass strength,we proposed a Modified Mohr-Coulomb(M-MC)strength criterion which is smooth and convex.Finally,the M-MC criterion is validated by multiaxial test data of eight kinds of rock mass.We also compared the fitting results with Mohr-Coulomb criterion(MC).It shows that the new criterion fits the test data better than the Mohr-Coulomb criterion.So the M-MC strength criterion well reveals the rock mass bearing behavior and can be widely used in the rock mass strength analysis.The results can provide theoretical foundations for stability analysis and reinforcement design of complex underground engineering.     

骨架密实型二灰稳定碎石配合比设计方法研究

在大量室内试验及理论分析的基础上,通过正交试验方法确定了二灰砂浆的最佳材料组成比例,推荐了二灰稳定碎石混合料中粗集料的最佳级配,提出了适用于骨架密实结构二灰稳定碎石材料的粗、细集料比例确定的计算方法.采用该法设计了石灰、粉煤灰、石料比例为5:12:83的骨架密实结构二灰稳定碎石,并在室内对材料配比相同的悬浮密实结构二灰稳定碎石进行了力学性质的对比试验,试验结果表明骨架结构二灰稳定碎石的抗压强度、抗压模量大于相应的悬浮密实结构二灰稳定碎石,劈裂、抗折强度和抗折回弹模量相近.     

废弃纤维再生混凝土受压徐变及预测模型

为研究再生粗骨料替代率、废弃纤维体积掺入量对废弃纤维再生混凝土受压徐变破坏时间、徐变变形和徐变度的影响规律,对普通混凝土、再生混凝土和废弃纤维再生混凝土试件在实验室条件下进行了85%、90%和95%应力水平的徐变试验。试验结果表明：随着再生粗骨料替代率的增加,徐变破坏的时间缩短、徐变变形及徐变度增大;随着废弃纤维体积掺入量的增加,徐变变形及徐变度减小,徐变破坏时间增加。废弃纤维的加入能有效缓解再生混凝土受压徐变的破坏程度。在考虑再生粗骨料替代率及废弃纤维体积掺入量的基础上,对ACI209R徐变预测模型进行修正,模型预测结果与试验值吻合较好。     

碾压混凝土试件细观损伤断裂的强度与尺寸效应分析

为了实现碾压混凝土试件强度性能的仿真计算分析 ,在细观层次上将试件看成是由硬化水泥粉煤灰砂浆、粗骨料、二者之间的粘结带及水泥砂浆中间层面形成的非均质复合材料 ,以随机骨料模型代表碾压混凝土的细观结构 ,应用非线性有限元法 ,模拟试件的细观损伤断裂 ,从而求得其宏观力学强度 ,据此可解释试件的尺寸效应 .计算结果表明 ,试件的单轴抗压强度及劈裂抗拉强度与试验结果较为吻合 ,试件的尺寸效应符合一般规律 ,该方法为碾压混凝土试件强度性能的数值模拟提供了一种新的技术途径 .