类岩石材料变形损伤与波速关系试验研究

通过单轴压缩试验结合超声波量测,得到波速随加载过程的变化值,以此定义类岩石材料的损伤点。试件在制作和成型过程中不可避免地存在初始损伤,将其定义为第一损伤点;当试件局部有裂纹出现,波速随应变的增大陡然减小,将其定义为第二损伤点;随即利用超声波仪器检测该局部波速的变化,当波速明显急剧减小时,说明已经达到损伤极限值,将其定义为第三损伤点。根据试验实测数据,采用分段曲线拟合,得到基于波速变化的损伤演变试验模型。     

基于声发射技术的混凝土动态损伤特性研究

为研究混凝土材料动态损伤特性及损伤演化规律,进行了不同加载应变速率下(10^-5/s,10^-4/s,7.5×10^-3/s)的混凝土单轴压缩试验,并实时采集相应的声发射信号;在分析声发射参数与应力应变关系的基础上研究了在循环加卸载条件下混凝土材料的塑性变形特性及损伤特性。结果表明:循环加卸载过程中损伤集中在前期和中期,损伤程度随加载时间的延长逐渐加重,循环次数越多,损伤越严重;随着累积残余塑性应变的增加,损伤变量逐渐增大,加载应变速率越大,峰值前的释放能量越大,混凝土破坏越严重;随加载应变速率的提高,损伤破坏的路径变短,加载应变速率差异越大,损伤破坏路径差异越大,但损伤变化曲线起点与破坏终点重合。     

混凝土轴拉弹模衰减规律及损伤模型试验研究

为研究混凝土轴拉弹模衰减规律,采用循环加载的试验方法,获得混凝土轴拉应力~应变全曲线,并对试验过程中的弹模衰减现象进行描述,拟合弹模衰减的演化曲线。根据弹模损伤定义,建立损伤模型进行试验研究,进而结合应力~应变全曲线,得到混凝土轴拉损伤演化方程,建立了以弹模定义损伤变量的试验确定方法。所得成果为混凝土损伤过程研究提供参考。     

混凝土受压疲劳特性及损伤本构模型

基于边界面概念和损伤力学理论，建立了混凝土受压各向异性损伤模型。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内，由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系，确定了疲劳加载中极限断裂面的变化规律。利用变形唯一性假定，得到混凝土疲劳与单调加载的损伤量及应力应变之间的关系，为从全过程研究经历多种形式加载的混凝土性能退化规律奠定了基础。完成了混凝土单调加载、单级疲劳和多级疲劳继而单调加载试验，得到了模型中的参数。经比较，模型计算与试验结果吻合较好。     

混凝土材料经历三向受压荷载历史后抗压强度劣化的研究

以连续介质损伤力学为基础，以侧向应力和最大竖向应变二者的组合来表征混凝土所经历过的荷载历史，以抗压强度劣化来表征混凝土损伤，对10cm×10cm×10cm的立方体试件进行了损伤试验、分析及研究。本文研究了不同围压条件下，单调和循环加载历史产生混凝土损伤的发展演化规律。根据试验结果拟合得到损伤的演化方程，分析了影响损伤发展的主要因素，阐明了其原因。从中可以看出，用抗压强度劣化来估测混凝土结构的损伤在工程实践中非常方便实用。     

混凝土材料经历三向受压荷载历史后抗拉强度劣化的研究

基于连续介质损伤力学，以侧向应力和最大竖向应变二者的组合来表征混凝土所经历过的荷载历史，以抗拉强度的劣化和超声波速的降低来表征混凝土的损伤，对10cm×10cm×10cm的立方体试件进行了损伤试验，研究了单调荷载历史、循环荷载历史、不同围压条件下损伤发生、发展的一些规律。根据试验结果拟合得到损伤的演化方程，分析了影响损伤发展的主要因素，阐述了其原因。可以看出用抗拉强度的劣化以及超声波速的降低来估测混凝土的损伤是可行的。     

应变率效应对混凝土动弯拉强度的影响

本文基于混凝土材料的应变率效应及有关试验资料，给出了混凝土材料强度和弹性模量强化曲线，根据该关系曲线并考虑初始静预载的情况，建立了混凝土梁动弯加载过程的有限元数值模型。利用该数值模型模拟了不同加载速率和具有不同初始预静载时梁在冲击荷载作用下动弯拉破坏过程，分析了混凝土强度和弹性模量的应变率敏感性对不同初始预静载水平下的混凝土梁动弯拉强度的影响，初步揭示出动载强度随着应变率变化的规律。研究表明，在复杂加载情况下，动强度与应变历史、应变率历史以及材料的损伤积累有关。     

变幅循环加卸载下硫酸盐侵蚀混凝土力学与变形性能

变幅循环加卸载下的力学及变形性能对硫酸盐服役地区混凝土结构至关重要。将混凝土试件提前浸泡于10%、15%、20%硫酸钠溶液5、7个月形成化学侵蚀损伤,再开展单轴压缩变幅循环加卸载试验,分析该过程中试件力学性能、变形性能以及耗散能演化规律。结果表明随着硫酸钠浓度和侵蚀时间增加,试件强度降低、破坏时完成的变幅循环次数减少。累积残余应变随着加载应变增大呈上升趋势,变化速率不断提高;加载应变差始终大于累积残余应变差,随着循环次数增加逐步接近;动弹性模量和塑性变形率随着循环次数增加整体呈提高趋势;耗散能随着循环次数增加而增大,尤其是在后期耗散能变化速率增快。     

混凝土循环加卸载动态损伤演化推移分析及损伤值估计模型

利用多功能三轴仪进行了不同应变速率下的混凝土循环加卸载试验,对声发射信号与应力水平的关系进行了分析,并从声发射撞击数的角度对混凝土损伤演化规律特性进行研究,进一步构建了只含循环次数的单参数损伤值估计模型。研究结果表明在不同的应变速率下,混凝土损伤演化的路径各不相同,当应变较小时,混凝土前期损伤累积程度较大,后期平缓,出现水平段;随着应变速率的提高,混凝土损伤演化路径前移,后一种应变速率相对于前一应变速率所对应的损伤推移值随着累计残余应变的增大呈现出先增大后减小的规律,当累计残余应变一定的情况下,随着应变速率的提高,相邻2种应变速率对应的损伤推移程度在不断减弱;混凝土循环加卸载损伤演化规律具有三阶段损伤模式,统计密度函数能较好地反映循环加卸载损伤演化规律。     

压剪共同作用下混凝土的损伤演化研究

利用动静力三轴仪进行不同加载速率不同法向压力下混凝土的抗剪试验,基于Najar能量法的改进,提出一种新的损伤变量计算方法,以此分析法向压力和加载速率对混凝土压剪受力状态下损伤演化的影响;并结合Weibull模型上升段和过镇海模型下降段,构建了压剪损伤模型。研究结果表明:根据提出的计算损伤变量方法的得到结果与混凝土实际受载情况较符合;混凝土压剪受力状态下损伤演化可分为3个阶段:①线弹性阶段;②损伤加速变化阶段;③损伤收敛阶段。法向压力对混凝土的损伤演化有显著的影响,法向压力的增大减缓了混凝土的损伤发展速度;混凝土损伤的发展随着加载速率的增加有滞后的趋势。     

膨胀土细观结构变化及与声波波速的关系

采用CT技术和TH204型非金属超声波仪测试,探讨了干湿循环作用下膨胀土的细观结构及其平均纵波波速的变化规律,并运用损伤力学的研究方法定义基于CT数的损伤变量,据此建立了干湿循环作用引起的细观结构变化与平均纵波波速变化之间的关系。研究结果表明第1~4次干湿循环对膨胀土细观结构变化影响较大,内部微裂隙发育明显,第7~8次干湿循环对细观结构影响甚微;膨胀土的平均纵波波速随着循环次数的增加呈非线性衰减,并最终趋于稳定;随着干湿循环次数的增加,膨胀土损伤变量逐渐增加,其细观结构损伤演化是一种非线性累积过程;膨胀土平均纵波波速与基于CT数的损伤变量具有良好的指数衰减关系。     

干湿循环与动载耦合作用下煤矿砂岩损伤演化及本构模型研究

干湿循环和动载耦合作用会导致煤矿岩石物理力学性质的劣化,引起地下岩体工程结构的破坏,诱发煤矿地下工程地质灾害和工程事故。基于纵波波速变化和Weibull分布统计损伤理论,推导了干湿循环与动载耦合作用下煤矿砂岩的损伤演化方程,探讨了动弹性模量取值方法对损伤演化的影响,发现以动态应力-应变曲线30%与70%峰值应力连线的斜率作为动弹性模量更能反映出本次试验砂岩的损伤演化规律。在此基础上,分析了干湿循环次数对总损伤变量和总损伤率演化的影响,得出干湿循环与动载耦合作用后砂岩的总损伤变量随着干湿循环次数的增加而增大,总损伤率随应变增长先增加后减小;建立了干湿循环和动载耦合作用下砂岩的动态本构模型并对其进行了验证,以期为深部地下岩体工程稳定性分析提供依据。     

含裂隙类岩材料疲劳损伤过程声学特性研究

采用单轴压缩等幅疲劳试验方式,对含预设裂隙的类岩模型试样、相应加锚模型试样及完整试样进行循环荷载试验,对试样进行实时超声波速、波形、时域波幅的测量及分析。结果表明:超声波速随裂隙倾角增大而减小,裂隙倾角0°试样波速最大,裂隙倾角90°试样波速最小;纵波波速随疲劳损伤的发展呈较明显的倒S形三阶段衰减规律,锚固试样波速衰减曲线比无锚杆试样平稳;波形在疲劳损伤过程中从近似半圆形逐渐发生畸变,波形相关系数随疲劳损伤累积呈下降趋势;时域幅值变化不稳定,锚固试样的时域幅值大于相同情况下无锚杆试样。更多还原     

频率及含水量对混凝土损伤超声检测的影响

本文分析了频率及含水量对混凝土损伤超声检测的影响。通过混凝土时间的制备、烘干、加载及超声检测,得到了不同含水量的混凝土试件在不同检测频率下的超声波速,以及混凝土的超声波速随着荷载增加时的变化规律。试验结果表明随着含水量的增加和检测频率的增大,测量得到的超声波速逐渐增加;随着混凝土的损伤增加,不同频率下的混凝土超声波速均显著降低。本文还结合混凝土材料的细观损伤演化规律,分析了频率及含水量对混凝土损伤超声检测的影响机理,研究成果可为混凝土的无损检测及损伤分析提供参考。     

类岩石材料的弹性损伤-渗流耦合模型研究

为了研究类岩石材料在全应力应变过程中渗透系数的变化规律,一方面,在Mazars模型的基础上,引入断裂能来修正损伤演化准则,提出一种改进的弹性损伤模型;另一方面,通过将细观裂纹等效为连续的损伤带,来建立裂纹扩展阶段的渗透系数-损伤演化模型,并将孔隙压密阶段和裂纹扩展阶段的渗透系数变化公式统一起来。将改进的弹性损伤模型和渗透系数变化模型进行数值实验,实验结果表明,改进的弹性损伤模型的应力应变曲线和室内实验结果吻合,渗透系数曲线也能反映出全应力应变过程中渗透系数变化的不同阶段,而且模型简单,方便数值计算程序的开发,对类岩石材料的全应力应变过程中的渗透特性研究有一定的参考意义。     

基于能量法的混凝土循环加卸载动态损伤特性

为了从能量法的角度研究混凝土循环加卸载下的损伤演化特性,利用大型动静力三轴仪对边长为150 mm的立方体混凝土试件,进行不同侧应力、不同应变速率的循环加卸载试验。用改进的Najar能量法,确定了一种新的损伤变量计算方法,对比分析了改进后的混凝土损伤演化曲线与试验所得混凝土应力-应变包络曲线,将修正后的Weibull-Lognormal损伤本构模型对试验数据进行拟合分析。结果表明:新的损伤变量计算方法简单,物理意义明确;改进后的混凝土循环加卸载损伤演化曲线可以分为三个阶段,损伤不变阶段、损伤加速发展阶段、损伤稳定发展阶段;选用的塑性变形公式与试验结果拟合较好;经过修正后的混凝土损伤本构模型能较好地模拟混凝土循环加卸载条件下的应力-应变包络曲线。     

循环荷载后围压水对混凝土力学特性影响

对不同围压(0, 2, 5, 10 MPa)下的水饱和混凝土试件,历经25次循环荷载作用后(荷载下限140 kN,上限260 kN,频率0.1 Hz),进行了不同加载速率(地震荷载作用下的混凝土应变速率响应范围10-5/s~10-2/s)下的静动态常三轴抗压性能试验。分析了混凝土峰值应力、峰值应变以及损伤特性。结果表明:历经循环荷载后,随着加载速率的增加,混凝土峰值应力增大,峰值应变整体上逐渐增大,损伤变量D增长速度减缓;随着围压增加,混凝土峰值应力和峰值应变逐渐增大,损伤变量D增长速度降低,但损伤极限差值越来越大。基于上述试验结果,得到了历经荷载循环后混凝土动态峰值应力与围压、加载速率有关的经验计算式及历经荷载循环后混凝土动态峰值应变与围压、加载速率有关的经验式。     

基于超声波透射法的碾压混凝土凝结过程监测研究

碾压混凝土大坝的坝体结构具有成层性的结构特点,因此合理确定新拌碾压混凝土的凝结状态对于大坝施工质量的控制具有重要意义。应用超声波透射法可以实现对于水泥材料凝结过程的连续监测,可以更加科学地分析材料的凝结状态。本文对新拌碾压混凝土的凝结过程开展超声波透射试验研究,设计利用超声波透射法研究新拌碾压混凝土凝结过程的监测系统,改进了超声波透射法试验装置,使之更加适合碾压混凝土材料的试验; 利用小波阈值降噪方法对试验接收到的超声波信号进行了降噪处理,选取适合试验信号的小波基和阈值计算方法,提高了超声波参数提取的准确性; 分析新拌碾压混凝土中超声波波速的发展规律,提出根据波速以及波速变化率曲线特征点确定碾压混凝土凝结时间的方法; 对不同粉煤灰含量的碾压混凝土试验结果表明,超声波波速对粉煤灰掺量的变化非常敏感,高粉煤灰掺量的拌和物中超声波波速值低于低粉煤灰掺量的对应值; 对超声波频谱演化规律进行分析,总结碾压混凝土凝结过程中各阶段的频谱特征,提出了基于超声波频谱分析的碾压混凝土凝结状态的快速判断方法。     

基于超声波透射法的碾压混凝土凝结过程监测研究

碾压混凝土大坝的坝体结构具有成层性的结构特点,因此合理确定新拌碾压混凝土的凝结状态对于大坝施工质量的控制具有重要意义。应用超声波透射法可以实现对于水泥材料凝结过程的连续监测,可以更加科学地分析材料的凝结状态。本文对新拌碾压混凝土的凝结过程开展超声波透射试验研究,设计利用超声波透射法研究新拌碾压混凝土凝结过程的监测系统,改进了超声波透射法试验装置,使之更加适合碾压混凝土材料的试验;利用小波阈值降噪方法对试验接收到的超声波信号进行了降噪处理,选取适合试验信号的小波基和阈值计算方法,提高了超声波参数提取的准确性;分析新拌碾压混凝土中超声波波速的发展规律,提出根据波速以及波速变化率曲线特征点确定碾压混凝土凝结时间的方法;对不同粉煤灰含量的碾压混凝土试验结果表明,超声波波速对粉煤灰掺量的变化非常敏感,高粉煤灰掺量的拌和物中超声波波速值低于低粉煤灰掺量的对应值;对超声波频谱演化规律进行分析,总结碾压混凝土凝结过程中各阶段的频谱特征,提出了基于超声波频谱分析的碾压混凝土凝结状态的快速判断方法。     

循环加卸载下大理岩损伤与能量演化特征

基于常规三轴循环加卸载压缩试验,分析了大理岩压缩变形过程中的变形特征、能量耗散及损伤演化规律。基于试验结果进行了大理岩弹塑性应变分离,试验结果表明随着轴向偏应力的增加,大理岩轴向弹性应变近似呈线性增加,而侧向弹性应变呈非线性增长。基于变泊松比的假定,建立了大理岩非线性弹性应力-应变本构关系,并据此分离辨识得到大理岩轴向和侧向塑性应变。采用等效应变理论,定义了大理岩损伤变量D,相应得到了大理岩三轴压缩变形破坏过程中的损伤演化特征,根据岩石损伤演化曲线可将大理岩三轴压缩变形过程分为3个阶段;分析了大理岩三轴压缩变形过程中的应变能特征,计算得到了大理岩压缩变形过程中的弹性应变能及耗散能,结果表明大理岩岩体单元耗散能与损伤变量增量ΔD之间呈较好的线性关系,二者均可用于描述大理岩压缩变形过程中的损伤破坏特征。