混凝土四相复合模型的三维细观破坏模拟

考虑到混凝土内部细微裂隙的存在对混凝土强度和变形的重要影响,提出将混凝土视为砂浆、骨料、界面和随机缺陷组成的四相复合材料模型。混凝土细观单元服从应变空间内增量形式的弹塑性损伤本构,采用破坏单元网格消去法模拟混凝土裂纹扩展,数值模拟了三维混凝土单轴压缩和不同均质度试样的单轴拉伸弹塑性损伤破坏过程。结果表明：文中建立的混凝土四相复合材料模型中增加随机缺陷的模拟,一定程度上符合混凝土成形实际情况;随机缺陷的体积百分比是决定弱化混凝土宏观强度程度的主要因素;均质度低的单轴拉伸试样裂纹咬合明显,均质度高的试样断裂更     

由四点弯曲试件确定混凝土的断裂与强度参数

提出了采用四点弯曲试件确定混凝土的断裂参数与强度参数的理论模型与具体应用方法。建立了四点弯曲条件下混凝土试件名义强度的表达式。研究了不同虚拟裂缝扩展长度取值对断裂与强度参数确定结果的影响规律。分析结果表明:仅需采用小尺寸四点弯曲试件的峰值荷载,即可同时确定混凝土无尺寸效应的断裂韧度与拉伸强度。通过不同学者的试验验证,证明了所提模型与方法的合理性与可靠性。研究为混凝土真实材料参数的合理确定提供了新思路。     

混凝土弯曲拉伸力学性能及尺寸效应细观数值研究

为反应骨料颗粒细观组分对混凝土弯曲拉伸宏观力学行为的影响,建立混凝土随机骨料细观尺度力学模型,细观组分材料采用塑性损伤和线弹性本构关系,开展混凝土弯曲拉伸细观尺度数值模拟,探讨骨料颗粒的影响机理,并与混凝土弯曲拉伸试验进行对比。研究显示：（1）混凝土细观数值模型能较好地模拟混凝土在弯曲拉伸荷载下的宏观力学行为。（2）弯曲拉伸损伤从模型底部薄弱的界面过渡区形成,并向砂浆基质延伸。骨料粒径越大,损伤路径相对越曲折。（3）随着骨料粒径的减小,混凝土弯曲抗拉强度略有提高,尺寸效应现象更为显著。     

岩石破坏演化细观非均质物理元胞自动机模拟研究

在传统元胞自动机基本理论的基础上,根据岩石结构细观非均质的特性和前人研究的基础,引进双参数Weibull分布,建立了一个改进的细观非均质物理元胞自动机模型,并利用该模型对不同均质度岩石材料的破坏演化进行动态模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。     

高韧性水泥基复合材料拉伸和弯曲性能的相关性

高韧性水泥基复合(HTCC)材料的拉伸应力-应变关系能够反映其力学性能，而简单的线性模型无法不能准确地分析其力学性能。为更准确地分析HTCC材料的力学性能，提出可以体现其应变硬化和软化行为的四线型拉伸本构。基于该本构模型，推导出矩形截面构件的弯矩 曲率响应的理论解。利用弯矩面积法计算出三点弯曲和四点弯曲试验构件的跨中挠度，得到HTCC材料拉伸和弯曲性能之间的关系。利用该模型对HTCC材料的弯曲性能进行模拟，并对比文献中的数据验证该模型的准确性。通过参数分析，研究HTCC材料拉伸本构参数的变化对其弯曲性能的影响。该模型能够准确预测HTCC材料的拉伸本构参数或弯曲力学性能，为HTCC材料在矩形截面构件设计中的应用提供技术支撑。     

冻土二元介质模型探讨——以-6℃冻结粉土为例

二元介质模型已成功用于模拟未冻结岩土材料,比如岩石、均质或各向异性结构性土、超固结黏土、堆石料以及黄土。类似地,为了探讨冻土的应力应变关系,此处引入二元介质模型来模拟其应力应变关系。基于岩土破损力学理论框架和二元介质模型概念,将饱和冻结粉土抽象成具有强胶结特性的胶结元（冻土骨架）和无胶结特性的摩擦元（融土骨架）,胶结元在一定围压下会产生压碎和压融现象,随围压的增大逐步破损并向摩擦元转化,二者共同承担外荷载。在-6℃和0.3~15.0 MPa围压下对冻结粉土进行了一系列低温三轴压缩试验,结果表明：随变形的增大,应力应变曲线均呈三阶段变化,分别是线弹性阶段、弹塑性阶段和应变软化阶段;强度随围压的增大呈先增大后减小的趋势,极限强度对应下的围压称为临界围压,且临界围压下的软化现象最不明显。通过细观角度运用二元介质模型概念探讨了冻土变形破损机理,在非均质材料均匀化理论基础上建立了冻土二元介质模型,讨论了破损率函数演化规律。理论与试验结果对比表明,所建立的模型可以较好地模拟冻土的应变硬化和软化现象。     

冻土二元介质模型探讨——以-6℃冻结粉土为例

二元介质模型已成功用于模拟未冻结岩土材料,比如岩石、均质或各向异性结构性土、超固结黏土、堆石料以及黄土。类似地,为了探讨冻土的应力应变关系,此处引入二元介质模型来模拟其应力应变关系。基于岩土破损力学理论框架和二元介质模型概念,将饱和冻结粉土抽象成具有强胶结特性的胶结元(冻土骨架)和无胶结特性的摩擦元(融土骨架),胶结元在一定围压下会产生压碎和压融现象,随围压的增大逐步破损并向摩擦元转化,二者共同承担外荷载。在-6℃和0.3~15.0 MPa围压下对冻结粉土进行了一系列低温三轴压缩试验,结果表明:随变形的增大,应力应变曲线均呈三阶段变化,分别是线弹性阶段、弹塑性阶段和应变软化阶段;强度随围压的增大呈先增大后减小的趋势,极限强度对应下的围压称为临界围压,且临界围压下的软化现象最不明显。通过细观角度运用二元介质模型概念探讨了冻土变形破损机理,在非均质材料均匀化理论基础上建立了冻土二元介质模型,讨论了破损率函数演化规律。理论与试验结果对比表明,所建立的模型可以较好地模拟冻土的应变硬化和软化现象。     

混凝土拉压强度尺寸效应的细观非均质机理

为了从材料细观非均质角度揭示混凝土强度尺寸效应机理,建立了混凝土细观单元等效非均质力学模型,开展了立方体抗拉、抗压强度尺寸效应细观数值模拟研究。研究结果表明：混凝土强度尺寸效应根源于材料细观非均质性,随着模型尺寸的增加,混凝土材料细观单元弹性模量变异系数增大,材料细观非均质性增强,大尺寸模型内部存在更多的低强度单元或缺陷,导致混凝土立方体抗拉、抗压强度降低,极限应变减小,脆性增大;混凝土损伤破坏由少量集中区域,发散扩展形成多条非贯通的裂纹带;数值模拟结果与尺寸效应实验数据相吻合。     

岩石脆性破裂的重正化研究及数值模拟

针对脆性岩石细观强度非均匀、离散性特征 ,利用重正化群理论建立了岩石临界破坏重正化模型 ,系统研究了岩石宏观临界强度和细观强度的定量关系 ,采用条件概率方法处理模型中细观单元间的应力转移 ,从而求得岩石临界破裂时的临界概率P ,着重研究了岩石均质度与岩石峰值强度的理论关系。此外 ,利用岩石破裂过程分析程序 (RFPA)模拟了岩石单轴压缩下细观破裂演化至宏观破裂的全过程。研究结果表明 ,数值模拟和重正化群得到的岩石峰值强度十分吻合     

可喷射HBCSA水泥UHTCC力学性能试验研究

文中利用高贝利特硫铝酸盐水泥开发可喷射超高韧性水泥基复合材料,其抗压、抗拉和弯曲性能良好,可喷性好、回弹率低.试验结果表明,该材料28d龄期抗压强度为42.0MPa,拉伸强度为3.48MPa,拉伸应变稳定在1.5％以上;四点弯曲试验表明,随薄板厚度增加,其弯曲强度逐渐降低,60mm薄板抗弯强度仍可达到8.75MPa,具...     

弯曲试验确定岩石单轴抗拉强度的新方法

岩石的单轴抗拉强度是岩石的一个重要力学参数。四点弯曲试验法是获取岩石单轴抗拉强度的一种间接方法,但四点弯曲试验的传统公式计算出来的单轴抗拉强度往往比实际的单轴抗拉强度大得多,有时甚至是直接拉伸试验抗拉强度的2~3倍。因此,需要对传统公式进行改进,得出新的抗拉强度计算公式,并在四点弯曲试验中获得与实际比较符合的单轴抗拉强度。在岩石拉压模量不同的基础上,考虑岩石破坏前的塑性变形行为,通过弹塑性力学的方法精确地推导出四点式弯曲试验的单轴抗拉强度计算公式,并分析了新的抗拉强度计算公式的结果,获得与实际情形比较符合的岩石单轴抗拉强度。     

高温后PVA纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

对经过100℃、200℃、400℃、600℃高温处理后的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)进行了单轴压缩试验、单轴拉伸试验、剪切试验和四点弯曲试验,对不同温度下的试验结果进行了对比分析,拟合了高温后PVA-ECC各项性能的退化曲线,并通过扫描电镜观察了微观结构。结果表明:PVA-ECC在常温下能够表现出良好的变形能力;当温度由常温升至100℃时,抗压强度大幅下降,继续升至200℃时则有一定提高;当温度超过200℃以后,抗压强度、抗拉强度和极限拉应变均降低,试件由延性破坏变为脆性破坏;常温下,PVA-ECC试件表面密实完整,经过400℃高温处理后,试件呈现出稀疏多孔结构,温度超过600℃时,试件表面呈片状、海绵状形态。     

Evaluation of Tensile Strength of Cement-Treated Sand Based on Several Types of Laboratory Tests

There exist differences in the values of the tensile strength of cement-treated soils among results from direct tension, splitting tension, and bending tests. This paper presents numerical simulations that serve to explain such differences in the tensile strength properties obtained from the three types of tests. Finite element (FE)-analyses were performed to simulate the three tests as boundary value problems. A simple elasto-plastic model that simulates the behavior of cement-treated sands under a general three-dimensional stress state was used for these analyses. The analytical results showed that the direct tension tests yield reliable values of the actual tensile strength that will be mobilized under an ideal condition of uniaxial tension. On the other hand, in the splitting tension and bending tests, the tensile strength values are calculated from an external load by assuming a linear-elastic behavior in estimating the stress distribution. However, these values do not correspond to the actual tensile strength. The splitting tensile tests underestimate the tensile strength because the shear failure occurs below the loading strip and restrains further increase of the applied load. On the other hand, the bending tests overestimate the tensile strength because of the redistribution of stresses induced by the strain-softening behavior on the tensile side.     

Uniaxial compression behavior of geotextile encased stone columns

The bearing capacity and failure mechanism of encased stone columns are affected by many factors such as encasement length, relative density, strength and stiffness of the encasement material. In soft soils where surrounding soil pressure is low, especially in the top section, the stone columns may be close to a uniaxial compression state, where the uniaxial compression strength controls the bearing capacity of the stone columns. A series of large-scale triaxial tests on ordinary stone columns and uniaxial tests on geotextile encased stone columns have been performed. The stone columns were 300?mm in diameter and 600?mm in height. Samples of four different relative densities, and five types of geotextiles were used in the tests to study the effect of initial void ratio and encasing materials on the uniaxial compression behavior of the stone columns. The results show the uniaxial compressive strength of the encased stone columns is not affected by the initial void ratio but mainly by the tensile strength of the encasing geotextiles. The stress strain curves of the encased stone columns under uniaxial loading condition are nearly liner before failure, which is similar to the tensile behavior of the geotextiles.     

混杂PVA-ECC配合比优化设计及力学性能试验研究

为了降低工程用水泥基复合材料(ECC,Engineered Cementitious Composites)制造成本,使ECC能够在实际工程中大规模应用,将中国产PVA纤维和日本产PVA纤维以一定的比例混合,配制混杂PVA-ECC。基于ECC的材料设计理论,兼顾抗压强度和受拉能力,对掺有硅粉的混杂PVA-ECC中的纤维体积含量进行了优化设计。通过四点弯曲试验和轴心抗压试验,研究了混杂PVA-ECC在不同龄期下的弯曲性能和抗压性能。试验结果表明,混杂PVA-ECC试件均表现出明显的应变硬化和多缝开裂的特征,此外,其抗压强度后期增长明显。基于UM法,提出一种改进的反分析方法,可利用四点弯曲试验结果推导ECC的极限拉伸应变,并与试验结果进行了比较,结果表明,通过建议的反分析方法得到的预测值与试验值吻合较好。     

基于混凝土不均匀性面板堆石坝面板损伤分析

将混凝土面板堆石坝中面板混凝土视为宏观上均质、细观上不均匀的材料,结合统计学原理,考虑材料参数分布的随机性,通过二维有限元数值分析,研究了混凝土的弹性模量和抗拉强度随机性对面板堆石坝面板动力损伤分布规律的影响。计算结果表明:不考虑面板混凝土材料参数随机性时,(0.65~0.85)H(H为坝高)处面板顺坡向应力较大,拉损伤主要发生在0.8H(H为坝高)附近的面板处;随着混凝土材料不均匀性增大,发生拉损伤的部位趋于分散,但主要集中在(0.4~0.9)H范围内的面板。因此这部分面板应该是抗震设计的重点区域。采用混凝土弹脆性细观损伤模型,考虑材料参数的随机性,能够直观地阐明混凝土面板的地震破坏过程和损伤分布,便于了解面板薄弱环节,研究成果可以为混凝土面板堆石坝抗震设计提供参考。     

Flexural strength and notch sensitivity in natural building stones: Carrara and Dionysos marble

A study of the behaviour of marble beams under four-point bending tests is presented. Two types of marble are considered: Carrara and Dionysos, which were in the past widely used in buildings in Italy and Greece and are still in use to replace failed or damaged parts of historic buildings. It is shown that the nominal strength and the global response of a given geometry and load configuration depend on the specimen sizes. The materials considered did not show a significant notch sensitivity. The presence of a notch is of help in using a crack mouth opening displacement (CMOD) control. Thus, it is possible to have stable control over the test and to determine the overall structural response. The achieved nominal strength is compared with the direct tensile strength values and with some theoretical formulae.     

分散性土单轴抗拉强度影响因素试验研究

为准确测定土体的抗拉强度,采用自行研制的制样模具和电动式单轴拉伸仪,对分散性土单轴抗拉强度影响因素及其断裂机理进行分析研究,并以非分散性土和过渡性土作为对照。试验结果表明：试样长径比取2.5,拉伸速率取0.8 mm/min可有效避免端部效应和自重影响。分散性土、非分散性土和过渡性土的单轴抗拉强度随含水率的增大而减小,随压实度和黏粒含量的增大而增大,其变化趋势基本相同。与非分散性土和过渡性土的单轴抗拉强度相比,分散性土的单轴抗拉强度显著低于非分散性土和过渡性土。究其原因,主要是分散性土中含有一定量的钠离子和pH较高,使得土颗粒表面的扩散双电层厚度增加,颗粒间的引力降低,斥力增大,宏观表现为单轴抗拉强度降低。     

非柔性加筋材料加筋土的强度特性分析

通常的加筋土所用的筋材一般为柔性材料 ,仅考虑筋的抗拉强度 ,加筋后土体强度的提高表现为粘聚力有很大的提高 ,而内摩擦角几乎不变 ;而特殊的一些加筋工程 ,所用的筋为非柔性材料 ,其特点是具有抗拉、抗剪和抗弯强度 ,根据非柔性材料的以上特点 ,通过建立复合体单元受力破坏模式 ,将加筋土体的破坏分为摩擦型破坏和拉断型破坏 ,分析了轴对称三轴试验条件下非柔性加筋材料加筋土的强度特性 ,通过静力平衡条件 ,得出大小主应力之间关系 ,该式表明 ,非柔性材料加筋后土体的粘聚力和内摩擦角均增大许多 .结果对有关加筋土工程的合理设计计算有参考价值     

Study on strength of artificially frozen soils in deep alluvium

This paper describes a series of stress-controlled uniaxial compressive tests performed on frozen loess and triaxial compressive tests performed on frozen/unfrozen loess, which experienced K₀ consolidated process before freezing, to study the stress–strain–strength behaviour of an artificially frozen soil in deep alluvium. The aim of subjecting the triaxial test samples to K₀ consolidation was to simulate the forming process of deep soils. These tests examined the influence of the initial confining pressure and the temperature of frozen soils on stress–strain–strength behaviour. An analysis of the mechanical behaviour of artificially frozen soil is performed from interpretation of results from the unconfined and triaxial compressive tests of frozen/unfrozen soils, in which the influence of both the degree of cementation arising from the interparticle bonding and the initial confining stress was investigated. For deep artificially frozen soils, it was concluded that the unconfined compressive strength is a direct measurement of the degree of cementation. Consequently, the triaxial compressive strength can be expressed as a function of only two variables: (1) the internal angle of the shearing resistance of the unfrozen soils; and (2) the unconfined compressive strength. Data from additional experiments performed later verified the validity of proposed relationship in evaluating the strength of deep artificially frozen soil.