单轴状态下混凝土的动力损伤本构模型

本文根据现有的混凝土静力损伤本构模型，结合混凝土在快速变形下的性能试验成果，提出一定的假定，推得混凝土的动力伤本构方程，经与单位和单压状态下的试验成果对比证实，本文提出的理论模型能够较好地描述真实变形过程。     

碾压混凝土的正交异性损伤本构模型研究

根据碾压混凝土拱坝的结构特性与碾压混凝土材料的破坏特征，以Sidoroff各向异性损伤理论为基础，建立了碾压混凝土正交异性损伤本构模型；基于正交异性损伤模型的损伤传递方式，导出了碾压混凝土材料的损伤演化方程。以碾压混凝土在复杂应力下的试验资料，对碾压混凝土正交异性损伤本构模型进行了验证。     

混凝土损伤本构理论研究综述

首先论述混凝土本构模型研究的重要性,并说明损伤力学理论较适于构建混凝土本构模型;然后对损伤变量的定义、损伤演化方程的确定、损伤本构模型的建立以及如何考虑不可恢复变形与率效应进行较为详细的论述;最后就混凝土损伤本构模型的发展方向提出了看法。     

大体积混凝土结构应力场的粘弹塑性分析方法

根据混凝土材料强度、变形、损伤拉压显著不同的力学特性，分别在拉应变空间考虑粘弹性与损伤耦合、在压应变空间考虑粘弹塑性与损伤耦合，应用应变能等价原理建立了混凝土的粘弹塑性损伤本构模型。在粘弹塑性损伤本构模型中，混凝土的刚度退化和应变软化由正交各向异性损伤理论描述，弹塑性特性由内时理论来描述，内时理论没有屈服面，使模型的参数和方程大大减少，从而简化了非线性计算过程。考虑温度、徐变、自生体积变形、干缩变形等因素的影响，用增量一迭代法建立了大体积混凝土结构应力场的粘弹塑性有限元表达式。     

基于神经元网络的碾压混凝土材料剪切本构模型研究

碾压混凝土的分层形式对其力学性能有较大的影响．为了全面探讨碾压混凝土材料力学性能及为碾压混凝土结构数值分析提供材料参数，研究和建立了基于损伤的碾压混凝土材料剪切本构模型．由于现场原位抗剪（断）试验条件的限制，试验无法量测出试件的真实应变值．在考虑碾压层面点的强度、应变局部化效应的基础上，基于岩滩水电站现场碾压抗剪（断）试验结果，采用损伤模型的本构形式进行了碾压混凝土剪切本构研究，并建立了基于神经元网络的碾压混凝土剪切本构模型．     

混凝土动态损伤本构模型研究

对单向应力状态下钢纤维含量为0和2%的混凝土进行了单调加载试验。在峰值应变前,根据Weibull统计分布理论和等效应变假定原理得出混凝土损伤本构模型;在峰值应变后采用Lognormal统计分布理论和等效应变假定原理得出混凝土损伤本构模型。通过试验验证,该分段式模型可以有效描述单轴受压状态下混凝土的损伤过程。     

全级配大体积混凝土的内时损伤本构模型

复杂应力状态下全级配大骨料混凝土的强度和变形是混凝土坝体等大体积混凝土结构非线性有限元全过程仿真分析所必需的重要资料。本文结合内时理论和损伤力学理论，在大量试验数据的基础上，考虑尺寸效应和骨料湿筛效应对损伤变量的影响，建立了适用于不同骨料级配混凝土的内时损伤本构模型。该模型不仅摆脱了一般弹塑性中屈服面的概念，而且反映了不同骨料级配混凝土受力时不同的损伤演变规律。应用本文建议的模型，计算了全级配混凝土以及湿筛二级配混凝土在不同应力状态下的应力-应变关系，所得结果与试验数据符合的较好，可作为拱坝及其他大骨料混凝土结构设计的依据。     

混凝土静,动力双剪损伤本构理论

本文根据双剪应变理论，利用单轴拉伸和单轴压缩状态下混凝土的损伤应变阈值，建立起混凝土的初始损伤面和多轴应力状态下混凝土的损伤演化方程，并推出了多轴状态下混凝土的损伤本构方程。文中还利用单轴状态下动力损伤与静力损伤之间的关系，类推出多轴状态下动力损伤与静力损伤之间的关系，从而建立起混凝土在多轴状态下的动力损伤本构模型。     

混凝土受压性能的均质细观数值模拟

将混凝土看作由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料，在细观层次上建立了均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型，分别赋予细观单元弹脆性和弹塑性本构关系，研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程，分析了宏观应力应变曲线的差异，并将计算结果与试验结果做了比较。结果表明：混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的；界面相是混凝土材料内部最薄弱的地方；砂浆单元采用弹塑性本构关系时所得混凝土棱柱体受压的宏观应力－应变全曲线与试验结果吻合较好。     

混凝土正交各向异性统计损伤本构模型研究

基于统计损伤理论,本文建立了混凝土三维正交各向异性统计损伤本构模型,用于描述混凝土复杂荷载环境下的力学行为。该模型将单轴拉伸、压缩作为最基本的宏观破坏模式,复杂应力状态下的本构行为理解为2种基本模式的组合形式,考虑断裂、屈服两种细观损伤机制。提出新的"等效应变"假设,通过引入等效传递拉损伤应变和损伤影响参数,建立起复杂应力状态损伤演化过程与单轴损伤演化过程之间的等效关系。通过预测值与试验结果比较,表明该模型能够模拟多轴加载情况下材料均匀损伤阶段本构行为的主要力学特征,从变形特性、强度特征和破坏形式等角度对材料的损伤机制进行探讨。     

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。     

聚丙烯纤维水泥砂浆动态力学特性与本构模型研究

通过改进的分离式Hopkinson压杆试验装置对聚丙烯纤维水泥砂浆进行动态力学性能以及动态损伤本构关系的研究.基于试验结果得到的应力一应变曲线,对聚丙烯纤维水泥砂浆在不同应变率下的弹性模量、峰值应力和韧度变化规律进行了探讨.根据试验应力应变曲线的基本特征,选择引入朱-王-唐本构模型,并考虑纤维的阻裂作用,对试验结果进行拟合,提出了一种新的聚丙烯纤维水泥砂浆动态损伤本构模型.该模型在考虑聚丙烯纤维增强、应变率硬化、损伤软化等因素下,描述聚丙烯纤维水泥砂浆的动态受力特性.     

基于改进Harris函数的砂岩损伤本构模型研究

岩石损伤量在岩石损伤的过程中是个动态变化量,通过改进Harris函数,建立了在三维应力作用下岩石损伤本构模型,并通过砂岩的三轴试验确定了模型参数,定性分析了围压、临界损伤值、峰值应变三者间的关系。研究结果表明:①基于改进的Harris函数所建立的砂岩损伤本构模型曲线与实测曲线拟合较好,有良好的适用性;②同一种岩石在不同围压下,临界损伤值不是固定值,它从侧面反映出岩石自身的力学性能与岩石所处的三维应力状态有关;③围压增大,临界损伤值也相应地增大,证明围压对岩石的破坏有抑制作用。分析结果对研究三维应力状态下岩石的损伤破坏机理有一定借鉴意义。     

基于畸变能理论的岩石损伤本构模型研究

加-卸载岩石损伤本构模型是预测压气储能硐室长期稳定性的关键,气压对围岩的作用力是反复变化的,目前能适用的本构模型较少,因此,提出一种能够描述分等级加-卸载的岩石损伤本构模型。根据岩石微元强度服从畸变能理论和Weibull 随机分布,建立了一种能够描述分等级加-卸载的岩石损伤本构模型。 通过试验对本构模型进行验证,并结合岩石单轴分等级加-卸载试验数据, 对分等级加-卸载的岩石损伤本构参数进行敏感性分析,确定参数的具体物理意义及参数演化与分等级加-卸载的关系。分等级加-卸载的岩石损伤本构模型参数物理意义明确,便于拟合,能够较好地符合工程实际情况。     

不同饱水强度灰岩应变特性及劣化损伤本构模型研究

为研究饱水强度作用下灰岩的物理力学特性,对不同饱水强度的灰岩试样进行单轴压缩试验,分析其典型的应力-应变特征,并基于损伤力学理论建立损伤本构模型。结果表明,饱水强度加剧了灰岩的软化效应,高强度饱水灰岩的压密阶段相对延长,而弹性变形阶段相对缩短;随着饱水强度的增加,灰岩峰值强度呈线性降低,但饱水作用未对灰岩的破坏类型造成较大影响,仍以剪切破坏为主;损伤本构模型曲线和试验曲线高度吻合,说明建立的损伤本构模型是可靠的;随着饱水强度的增加,灰岩脆性和强度弱化,参数m和F₀分别呈二次函数和三次函数降低。     

低动应力下岩石分数阶Burgers本构模型

动荷载下岩石变形特性是岩土工程界的常见问题之一。为研究岩石低动应力下变形特性,基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换Burgers模型中Maxwell常值黏壶,建立了可反映低动应力荷载作用下岩石变形规律的分数阶Burgers模型(Fractional-order Burgers Model,FBM)。将动荷载分解为一个静力荷载和一个平均应力值为0的循环荷载,基于流变力学理论给出了静力作用下基于分数阶Burgers模型的岩石流变本构方程,再根据黏弹性力学理论,考虑岩石损伤、裂隙及塑性变形对动荷载下岩石储能柔量和耗能柔量造成的影响,引入储能和耗能柔量变化量,构建了循环荷载下基于分数阶Burgers模型的岩石动态响应本构方程式,最后将已获得的岩石流变本构方程式与动态响应本构方程式叠加,即得到一种新的岩石本构方程。与已有的试验结果相比,改进Burgers模型可较好地描述低动应力状态下岩石减速、等速2个阶段的变形特征,且模型参数可运用数值方法简便得到。     

考虑材料非均匀性的Oyuk坝静动破坏模式分析与安全度评价

Oyuk坝是世界上仅有的两座百米级硬填料坝之一。在宏观均质假定的基础上考虑硬填料较为明显的细观非均匀性的影响,基于损伤本构模型对Oyuk坝在正常运行工况以及地震工况下的大坝工作性态进行了分析,采用水荷载与地震荷载超载法,探讨了Oyuk坝在静动条件下的破坏模式与安全度,并与弹塑性本构模型的计算结果进行了对比。研究结果表明:在正常运行工况以及OBE地震工况中,Oyuk坝基本全断面受压,坝体强度安全系数与抗滑稳定系数均较高,坝体基本处于弹性工作状态;大坝存在静力整体失稳的破坏模式,但对水荷载的超载安全度高,且抗震性能好;采用考虑细观非均匀性的损伤本构模型所得大坝的破坏过程与破坏形态比弹塑性模型的模拟结果更贴近实际。