有压水环境下循环荷载历史对饱和混凝土动态力学特性的影响

为研究有压水环境中循环荷载历史对混凝土动态力学性能的影响,对历经不同荷载循环次数(0、25、50、100次)的水饱和混凝土试件(在2 MPa围压水环境中)进行了不同应变速率(10-5、10-4、10-3、10-2/s)下的常规三轴静动态压缩试验,分析了混凝土材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量、吸能能力等基本力学参数的变化规律和机理。结果表明:同一加载速率下,水饱和混凝土的峰值应力、弹性模量和吸能能力均随循环次数的增长呈现出先增大后减小的规律,并且峰值应力和吸能能力增减的转折点随着应变速率的提高而向荷载循环次数增大的方向平移,峰值应变整体上呈减小的趋势;相同荷载循环次数后,峰值应力、峰值应变和吸能能力随着加载速率的增大而逐渐增大,并且荷载循环次数越大,率效应越显著,弹性模量随着加载速率的增大而逐渐较小。     

在有压水环境中的混凝土率效应特性研究

随着渗透孔隙水压的增加,混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度逐渐降低,其损失率逐渐增大。本文进行了混凝土处于不同围压值(0、2、5、10 MPa)大小的水环境中和不同应变速率(10-5/s、10-4/s、10-3/s、10-2/s)作用下的常三轴动态抗压试验,对不同水环境下的混凝土峰值应力及应变进行了分析,构建了动态本构模型。研究表明:混凝土的峰值应力与加载速率成正比,峰值应变与加载速率也成正比。在无压水环境下,混凝土的峰值应变和峰值应力都小于无水环境;随着围压的增加,峰值应力逐步增大,峰值应变先增大后减小。混凝土的损伤特性在常三轴压缩状态下,先服从Wei-bull统计分布后服从Lognormal统计分布,由此表明所选损伤本构模型模拟的力学行为有效。     

历经循环荷载历史混凝土动态受压试验研究

为了研究历经不同循环加载历史和不同应变速率对混凝土的动态峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律的影响,进行了混凝土圆柱体试件历经循环加载历史后,在应变速率为10-5、10-4、10-3/s时的单轴受压特性试验。试验结果表明:随着应变速率的提高,混凝土的动态单轴抗压强度明显增加;在相同的应变速率和循环振幅情况下,混凝土的峰值应力随着循环荷载频率的增加而降低;在相同循环加载历史的条件下,混凝土的峰值应变随应变速率的提高总体上有增加的趋势;在相同循环加载历史条件下,混凝土的弹性模量随应变速率和循环加载历史振动频率的变化规律总体上并不明显。     

加载速率对高温后大理岩动态力学性能的影响研究

利用100 mm分离式Hopkinson压杆装置,对经历不同高温后的大理岩进行不同加载速率下的冲击压缩试验,研究了峰值应力、峰值应变、弹性模量等与加载速率的关系。试验结果表明,高温后大理岩的峰值应力、峰值应变均表现出显著的加载速率强化效应,随加载速率的提高而近似线性增加,但800℃之后,峰值应力的加载速率强化效应明显减弱,而峰值应变的加载速率强化效应明显加强;高温后大理岩弹性模量的加载速率相关性并不明显,随着温度的升高,弹性模量逐渐减小,到1000℃高温时,随着加载速率的增加,弹性模量基本保持不变。结合岩石材料的微观结构特征、能量吸收以及受力状态等对岩石动态力学性能的加载速率强化效应机理进行了探讨。     

高温后玄武岩纤维增强混凝土的冲击变形特性

采用φ100分离式霍普金森压杆系统,研究了不同温度作用后玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)的冲击变形特性.结果表明:随着温度及加载速率的升高,BFRC的变形破碎程度增大,应力应变曲线表现出塑性特征;同一温度下,BFRC的峰值应变和均值应变随平均应变率的增大而增大,具有明显的应变率相关性;同一加载速率下,随着温度的升高,BFRC的峰值应变和均值应变呈上升趋势,峰值应变的应变率敏感性逐渐增强,但在200℃时,BFRC在较低加载速率作用下的均值应变较常温有所减小;掺入玄武岩纤维可以有效提升高温后BFRC的冲击变形能力,且纤维掺量(体积分数)为0.3％时,BFRC的变形优势最大,但当温度与加载速率较低时,BFRC的均值应变较素混凝土小.     

断续双裂隙红砂岩加载速率效应颗粒流分析

采用颗粒流程序平行黏结模型,对不同加载速率下断续非共面双裂隙红砂岩数值试样进行单轴和三轴压缩模拟,分析了加载速率对应力-应变曲线、峰值强度、扩容特征、变形参数和破坏模式等力学行为的影响。研究结果表明:加载速率主要影响应力-应变曲线峰值强度和峰后阶段,对峰前阶段影响很小。峰值强度随着加载速率的增大呈单调增长,与围压的关系可以用Mohr-Coulomb准则表征。裂纹损伤阈值对速率的敏感性随着加载速率的增大而提高,与围压的关系可以用广义Hoek-Brown准则表征。加载速率对弹性模量和泊松比的影响很小,而弱化模量和峰值应变影响明显。高加载速率会生成更多的微裂纹,进而造成试样破坏更为严重。     

模型试验的微粒混凝土力学性能试验研究

开展微粒混凝土不同加载应变率和不同初始静态荷载下力学性能和抗压强度尺寸效应试验研究。试验结果表明:微粒混凝土的动态抗压强度和弹性模量随着加载应变率的增加而提高,不同应变率下微粒混凝土峰值应力处的应变基本相同,应力-应变曲线相似,破坏形式相同;微粒混凝土的动态抗压强度随着初始静载比例的提高而降低,但破坏形式相同。振动台模型试验中微粒混凝土可以较好地模拟原型普通混凝土。在试验的基础上,进一步建立考虑应变率和初始静载影响的微粒混凝土抗压强度和弹性模量计算方法,提出微粒混凝土不同应变率下本构关系实用计算模型和抗压强度尺寸效应计算公式,建立振动台模型试验微粒混凝土强度控制准则。研究成果可用于振动台模型试验微粒混凝土相似关系设计和结果分析。     

粗晶大理岩单轴压缩力学特性的静态加载速率效应及能量机制试验研究

 加载速率对岩石力学性质具有重要影响,影响的程度与岩石本身的微结构和加、卸载应力路径及状态等密切相关。基于静态加载速率范围内的9个不同等级应变率下粗晶大理岩单轴压缩试验,研究加载应变率对岩石的应力–应变曲线、破坏形态、强度、弹性模量及变形模量与应变能耗散及释放的影响规律,探讨岩石损伤演化的能量机制。根据总体积应变及裂纹体积应变与起裂及扩容应力的相关性,确定各应变率下岩石起裂及临界扩容应力。加载应变率大约以1×10－3 s－1为分界点,小于该值时应力–应变曲线峰值点附近仍存在一定的塑性屈服或流动段,超过该值后表现为“折线”型。随着加载应变率的增加,岩样破裂模式由张剪型逐渐过渡到张性劈裂甚至劈裂弹射。一般而言,起裂及临界扩容应力和峰值应力均随加载速率增大而增大,且起裂及临界扩容应力越接近峰值强度,但当应变率为1×10－4～1×10－3 s－1时,上述值均出现一个相对低值区间,这与粗晶大理岩的微结构特征相关。起裂应力、临界扩容应力、弹性模量及变形模量均与峰值强度线性相关。单轴压缩下峰前能量耗散量越多,强度越高,峰后可释放弹性应变能和释放速率越大,岩石的张性贯通破裂特性愈强,破裂块数越多。能量耗散使岩石损伤而强度丧失,而能量释放使岩石宏观破裂面贯通而整体破坏。     

荷载历史后高强混凝土动态抗压试验

应用MTS试验机,在应变速率为10-5/s～10-2/s,对经历50%极限抗压强度荷载历史的C60混凝土试件进行的单轴动态抗压试验,研究荷载历史对高强混凝土动态抗压特性的影响。试验结果表明混凝土的动态抗压特性发生变化,动态抗压强度和弹性模量随应变速率的增大而增大,峰值应变则减小;与直接加载比较,荷载历史后的混凝土极限抗压强度随应变速率的增幅较大,平均极限抗压强度和弹性模量降低,峰值应变无明显变化。     

模型再生混凝土单轴受压动态力学特性试验

试验设计了再生粗骨料取代率为100%的模型再生混凝土（MRC）、模型普通混凝土（MC）、再生粗骨料取代率55%的模型再生混凝土（MCP）和模型砂浆（MM）4种试件,在不同应变速率下进行单轴受压试验。研究表明：随着加载应变速率的提高,试件应力-应变曲线形状相似,峰值应力和弹性模量表现出增大的趋势,峰值应变的变化无明显规律;MRC、MC、MCP试件破坏时裂缝最先出现在界面区附近,然后逐渐发展直至贯通,随着应变速率的提高,裂缝较宽且开展更快,试件完全断裂成若干碎块;模型再生混凝土静态强度越低,峰值应力和弹性模量增长越大,动态效应越显著;再生粗骨料取代率为55%时,峰值应力和弹性模量增长最大;模型砂浆试件的动态效应最显著,模型普通混凝土和模型再生混凝土次之,且相差不大。     

经历荷载历史后的混凝土动态抗压试验

为了研究荷载历史对混凝土动态抗压特性的影响,应用MTS试验机对经历了30%极限抗压强度荷载历史后的C30混凝土试件进行了应变速率为1×10-5/s～1×10-2/s的单轴动态抗压试验。试验结果表明:经历荷载历史后,混凝土的动态抗压特性发生了一定程度的变化;与直接加载相比,经历荷载历史后的混凝土平均极限抗压强度、弹性模量降低了,峰值应变没有明显变化;抗压强度、弹性模量随着应变速率的增大而增大,峰值应变正好相反。     

施工期混凝土重复荷载作用下的受压应力-应变关系

通过对不同龄期的施工期混凝土试件进行重复荷载作用下的受压试验,分析了龄期对混凝土受压应力应变全曲线特征参数的影响规律,提出了重复荷载作用下施工期混凝土的动力本构关系的计算模型,探讨了龄期、混凝土强度等级与本构关系计算模型各参数之间的关系.结果表明：随着龄期的延长,混凝土的弹性变形阶段延长,同一应力水平下混凝土的轴向变形减小,混凝土的峰值应力、初始割线模量和峰值点割线模量增加,峰值应变减小,外包络线上升段及下降段更陡峭.     

考虑地震量级作用下橡胶纤维混凝土的受压动力性能

为探究橡胶纤维混凝土受压动力性能,分别按0％和30％橡胶取代率、0％和0.6％聚丙烯纤维掺量配制4种配合比橡胶纤维混凝土;同时考虑8种地震量级加载应变率,应用液压伺服机对橡胶纤维混凝土开展单轴受压试验,得到不同加载工况下橡胶纤维混凝土受压破坏形态和应力-应变曲线.结果 表明:掺有橡胶颗粒和聚丙烯纤维的混凝土静动力受压破坏形态完整性相对较高,橡胶颗粒作用能够有效提高混凝土的延性特征;随着加载应变率的提高,橡胶纤维混凝土峰值应力逐步增大,其中单掺聚丙烯纤维的混凝土峰值应力动力提高系数和弹性模量动力提高系数明显高于其他配合比工况,单掺橡胶颗粒的混凝土所表现出的规律则与之相反;另外,分别提出了加载应变率与橡胶纤维混凝土峰值应力动力提高系数和弹性模量动力提高系数的关系方程,并对其受力机理进行了探讨.     

单轴反复荷载下混凝土动态抗压性能的研究

采用大型静动态电液伺服试验系统,对混凝土试件在不同应变率下进行单轴反复荷载的动态抗压试验,并与单调荷载破坏相比较。通过试验,研究了随着应变速率的变化,混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变、应力应变曲线的性能。试验表明,在相同的应变速率下,混凝土经历多次重复荷载后,其抗压强度下降幅度较大。随着应变率的增大,荷载历史对混凝土强度影响作用在减小。     

花岗岩和混凝土在单轴冲击压缩荷载下的动态性能比较

采用黄铜波形整形器改进后的分离式Hopkinson压杆装置,分别对花岗岩和混凝土试件进行不同应变率（101～103）s-1下的单轴冲击压缩试验,有效地减少传统Hopkinson压杆试验中,岩石类脆性材料在内部应力达到均衡之前过早破坏以及输入波的高频震荡给试验数据带来的波动性。试验结果表明,应变率不仅影响这2种岩石类材料的强度,而且也影响材料的破碎程度和破碎形式,但对材料的初始弹性模量、破坏应变以及能量吸收率影响不大。从花岗岩和混凝土材料的微观结构特征和能量吸收能力等方面,对比分析这2种材料动态性能的共同特点和相互差异,合理地解释试验现象。该方法与结论对其他类型的脆性材料的动态性能研究具有一定的参考价值。     

单轴受压状态下的混凝土力学特性研究

进行了10-5/s、10-4/s、10-3/s三种应变速率下C30混凝土单轴压缩试验,对比并分析了混凝土的单轴受压强度、变形特性以及弹性模量等力学性能.试验结果表明,随着反应速率的不断增加,混凝土极限抗压强度呈增加的趋势,混凝土的峰值应变呈减小的趋势,单轴受压状态下混凝土的动态弹性模量比静态弹性模量陡然减小.     

高温后大理岩的冲击力学特性试验研究

 利用分离式霍普金森压杆设备对经历不同高温冷却后大理岩的冲击力学特性进行试验研究,得到不同高温作用后大理岩冲击压缩的应力–应变曲线,分析高温后大理岩纵波波速的变化及在冲击荷载作用下的峰值应力、峰值应变、弹性模量随温度的变化规律。研究结果表明,高温后大理岩的纵波波速随着温度的升高近似线性下降;在800 ℃之前,同一冲击加载速率作用下大理岩的峰值应力随着温度的提高变化并不明显,在800 ℃之后,峰值应力迅速减小;在600 ℃之前,同一冲击加载速率作用下大理岩的峰值应变随着温度的提高无明显变化,但在600 ℃之后,峰值应变随着温度的提高近似线性增加;总体上,弹性模量随着温度的升高呈现降低的趋势,且经历的温度越高,弹性模量下降的幅度越大。结合高温后岩石内部微观结构特征的变化,对大理岩冲击力学特性随温度的变化进行分析。     

双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼变化规律试验研究

 通过GDS双向动三轴系统对双向激振循环荷载作用下饱和软黏土的动模量与阻尼变化规律进行研究。结果表明：随着径向循环应力增加,孔压比增加,双向激振对孔压的影响仅限于对初始孔压的提高,且初始孔压提高的幅度近似与径向循环应力相等;双向激振对门槛循环应力比的影响不明显;径向循环应力对动模量与阻尼的变化规律有显著的影响,在动应变一定的情况下,随着径向循环应力比的增加,动模量降低,阻尼比增加。随着径向循环应力的增加,小应变弹性模量随之减小,且近似与径向循环应力比成线性关系,据此实现了Hardin公式的修正,建立了双向激振下小应变弹性模量经验模型。径向循环应力及围压对 及 关系曲线影响不明显,通过对双曲线型模型修正,建立双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼随动应变变化的经验模型。