干湿循环作用下砂岩蠕变损伤及本构模型

为了探究干湿循环次数对砂岩蠕变力学及损伤特性的影响,对砂岩进行了干湿循环0,5,10,15,20次下的常规单轴加载和蠕变试验,结果表明:经干湿循环过后,砂岩的强度、弹性模量等各项力学指标均较天然状态下有不同程度的降低;在低干湿循环次数下,砂岩的蠕变破坏应力值达到了短期峰值应力的80%,而在高循环次数下,蠕变破坏应力仅为短期峰值应力的60%;干湿循环次数越多,砂岩蠕变软化特征越明显,且砂岩的初始损伤越大,在同等时间内,蠕变损伤发展越迅速,蠕变破坏时间越短;长期强度与短期强度的比值随干湿循环次数的增加而递减;基于试验结果,建立了考虑干湿循环作用初始损伤以及蠕变时效损伤的分数阶非线性本构模型,该模型可以很好地模拟和预测不同干湿循环作用后岩石的蠕变损伤及变形发展情况。     

干湿循环作用下泥质白云岩能量机制试验研究

为研究干湿循环作用下泥质白云岩力学特性和能量机制,利用MTS851.03岩石力学试验系统分别对干湿循环0次、40次及60次试样进行三轴压缩试验,分析了3种状态下泥质白云岩损伤破坏过程中的能量演化规律,并以可释放弹性应变能为统计分布变量,基于Weibull分布建立泥质白云岩的损伤统计本构模型。结果表明：3种状态下试样峰值强度与围压的回归关系符合主应力表达的Mohr-Coulomb准则特征;泥质白云岩试样能量实时演化过程具有阶段性;干湿循环作用使泥质白云岩的内部损伤和塑性变形加强;峰值点处试样各应变能随围压线性增大,储能极限随干湿循环次数逐步减小;以可释放弹性应变能为统计分布变量建立的损伤统计本构模型能较好模拟试样三维条件下的应力-应变关系。     

循环剪切作用下泥质软岩本构模型研究

库区微震频发现象使泥质软岩受循环剪切动力作用。基于分数阶西原模型,将Able黏壶进行改进,获得相应条件下的本构模型,并通过泥质软岩试样循环剪切试验对该本构模型进行了验证。研究表明:①原有分数阶西原本构模型可归纳为本模型正弦函数(循环作用)为零时的特殊解;②模型表现出较好的适用性(R²∈(0.96,0.98)),且方程曲线具备试验曲线的“单双拐点”特征;③模型主要影响因素为分数阶阶数n,其中稳定型方程n∈(0,0.6)、破坏型方程n∈(0.6,1.0);④随n的增加,抗剪模量G与黏滞系数η大致呈现降低趋势,可较好反映宏观现象;⑤从参数扰动的角度解释了以往文献出现的η随n增加可能表现出的无规律波动现象。研究成果可为微震条件下含泥质软岩边坡长期稳定性控制提供理论参考。     

干湿循环作用下泥质红砂岩软化及崩解特性试验研究

在我国华南地区广泛分布的新近系地层中，岩体的工程性质较差，季节性降雨后易出现大变形破坏。为揭示该地层岩石特殊的水理特性，以典型的宿迁组红砂岩为研究对象，首先对其耐久性和软化性进行测定，然后开展了干湿循环试验和循环后试样的力学特性试验，最后通过核磁共振技术对干湿循环过程中试样的孔隙特征进行检测，分析其力学性能的劣化机理。试验结果表明：红砂岩吸水软化特征明显，但耐久性好，软化系数ω=0.75,二次崩解指数I_d2=0.96;干湿循环过程中试样的强度不断降低，干湿循环10次后的单轴抗压强度为饱和状态下的52.3%;干湿循环过程中红砂岩内部产生了大量的微裂隙，孔隙率增加也较为明显，胶结结构的破坏是导致干湿循环过程中红砂岩强度不断降低的主要原因。     

非饱和土力学特性及本构模型

地表土几乎全是非饱和土,特别是在干旱和半干旱地区,用饱和土力学理论和实验手段不能正确解释和处理非饱和土工程问题。首先介绍用低吸力和高吸力分别描述土的非饱和程度;简单回顾饱和土力学理论之后介绍现在比较认可的非饱和土力学理论;介绍低吸力下非饱和土持水和力学性质的测试方法,重点说明因使用陶土板而需要注意事项与对策以及非饱和土三轴仪的体积测量方法;用吸力控制压缩试验、三轴试验和真三轴试验的实测结果说明非饱和土的典型力学性质;根据试验结果分析持水曲线的直接影响因素和持水与力学性质的耦合特性,用弹塑性方法建立非饱和土持水和力学特性耦合的本构模型,并用吸力控制或量测的等向压缩和三轴试验结果验证;开发高吸力范围内吸力控制三轴试验方法,用该方法获得广吸力范围内4种典型土的应力应变关系,并用其中两种广吸力范围内强度数据对各种非饱和土强度计算公式的适用性进行分析。     

红层泥质岩干湿循环下的变形特性试验研究

泥质岩地区高速铁路开挖的路堑和隧道底部路基,许多出现了长时间持续性上拱变形现象,致使高速铁路降速运行。为研究泥质岩路基持续性上拱变形的原因,文章以成都至重庆高速铁路客运专线某中间站开挖路基持续变形现象为典型,对四川红层泥质岩原状样在侧限约束条件下的浸水膨胀与失水收缩构成的胀缩变形特性进行了室内干湿循环试验。试验结果表明:红层泥质岩在干湿循环条件下具有浸水膨胀失水收缩变形特性,循环胀缩变形量值不同,逐次产生了不可逆的变形累积,致使泥质岩在干湿循环过程最终产生了较大的净膨胀变形量;在每个浸水膨胀变形与失水收缩变形循环初期,泥质岩变形速率均是由大逐渐减小最后向零趋近,各单循环累积变形量先增加最后趋于稳定;泥质岩干湿循环中产生的累积变形量均随浸水与失水循环次数的增加而增大;累积变形量与泥质岩初始含水率相关,随着初始含水率的增加而增大。     

酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化影响研究

 为了研究酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化的影响,以重庆三峡地区某边坡的泥质砂岩为研究对象,对不同酸性(pH = 3)干湿循环次数n(0,1,5,10,15,20)作用的泥质砂岩试件进行室内单轴、三轴压缩试验及电镜扫描观察,并借助离散元软件PFC2D对三轴压缩试验峰值强度状态时试件的颗粒接触、裂纹分布进行模拟。研究发现,泥质砂岩的单轴抗压强度?、弹性模量E、黏聚力c、内摩擦角?和三轴抗压强度?′都随n的增加而降低。n = 1时?,E,c和?的阶段劣化度最大,酸性干湿循环作用对c的劣化影响要大于对?的劣化影响。泥质砂岩微细观形态随n的增加大致经历整齐致密、多孔团絮和开裂紊流3个阶段。此外,在三轴压缩试验峰值强度时,n的增加对泥质砂岩试件颗粒接触网络,微裂纹的发育、试件破坏模式等都影响显著。     

岩石扩容性质及其本构模型的研究

通过对岩石力学试验资料的比较和分析,从扩容屈服面(初始扩容屈服面和后继扩容屈服面)和破裂面的概念出发。在Drucker公设条件下,导出了扩容应变(即非线性应变)所遵循的规律,得出了扩容应变的方向与扩容屈服面正交的结论;并给出了相应的本构方程。通过采用一个典型的屈服面φ=J_2~(1/2)/(0—mI)—1=0,研究了扩容应变和扩容体应变的变化,并给出了本构方程。用此理论做出的数值模拟结果与岩石力学试验的结果比较吻合。     

铝合金循环塑性本构模型研究及应用

铝合金作为一种新型材料,具有自重轻、易加工、耐腐蚀的优点。同时,铝合金A5083还具有良好的抗震性能,为准确描述其滞回特性,标定了铝合金A5083的循环塑性本构模型参数,并用于铝合金BRB构件的精细化分析。计算结果表明,该模型可较好地模拟不同加载工况下铝合金BRB的滞回行为,为工程分析设计提供了参考依据。     

考虑扩容碎胀特性的岩石本构模型研究与验证

 高应力卸荷条件下岩石扩容碎胀非连续变形行为研究对揭示深部巷道围岩稳定性演化及控制机制,分析预测围岩稳定性具有至关重要的意义。为此,依托室内岩石三轴卸荷试验,首先研究全应力–应变曲线各特征应力值随围压变化的演化特征,提出岩石进入峰前损伤扩容与峰后破裂碎胀阶段的临界条件准则,并考虑扩容碎胀破裂演化过程中岩样力学性质劣化规律,建立描述卸荷条件下岩石损伤扩容和破裂碎胀演化机制的本构模型,采用VC++编程语言将该模型嵌入到UDEC软件中,实现其非线性数值计算功能。同时,通过室内岩石试验曲线的模拟拟合,表明该模型在描述岩石扩容碎胀特性方面的合理性。最后,将该模型应用于一典型深部巷道围岩破损区分布的模拟研究中,通过与经典模型的对比分析,验证该模型在工程应用方面的可行性,并有针对性地提出深部巷道稳定性分析与维护的合理化建议。     

建筑用钢循环塑性本构模型

本文简述建筑用钢循环塑性本构响应特性及现有建筑用钢循环塑性本构模型的发展及应用。     

橄榄岩蠕变特性及本构模型研究

为了研究橄榄岩的蠕变力学特性,对取自中老铁路玉磨线安定隧道的橄榄岩开展常规压缩和不同围压下的蠕变试验。试验结果表明,饱和橄榄岩试件与干燥试件弹性模量的比值和其软化系数较为接近,而饱和试件的泊松比略大于干燥试件;橄榄岩加载后产生的瞬时应变以弹性应变为主,且其存在蠕变启动阈值;当轴向偏应力低于蠕变启动阈值时,橄榄岩仅产生瞬时应变,而无蠕变应变;当轴向偏应力高于蠕变启动阈值时,橄榄岩才会产生蠕变现象;随围压增大,橄榄岩的蠕变启动阈值和加速蠕变阈值有呈线性增大的趋势。在此基础上,根据橄榄岩的蠕变特点,建立一个7元件的非线性黏弹塑性蠕变模型来描述橄榄岩的蠕变行为,并利用蠕变试验结果对模型的合理性进行了验证。结果表明,所建模型能较好地反映该类岩石的蠕变力学行为。     

循环荷载作用下木材横纹力学特性与本构模型

木材循环受力特性与本构模型是木结构在地震、振动等反复荷载作用下受力分析的基础。试验中设计并加工了一种适用于木材横纹循环加载的狗骨状试件及其配套夹具,基于木材径向、弦向、偏轴60°三类共44个横纹试件的单调拉伸、单调压缩、循环受压、循环拉压试验,分析木材在不同循环加载条件下的变形特征、破坏模式、应力-应变全曲线性质与加卸载刚度变化规律。在此基础上,建立木材横纹循环应力-应变曲线中受压卸载残余应变、受拉卸载开始点应变、受拉卸载残余应变与受压卸载开始点应变的相关关系。研究结果表明：木材横纹循环受力过程中受压侧变形特征、破坏模式、骨架曲线与单调受压时相似,径向与偏轴60°试件的循环受压骨架曲线屈服点后的应变硬化特征明显,而弦向试件则表现出明显的应变软化特征;各类试件的卸载刚度、卸载后的反向加载刚度显著退化。进一步建立了木材横纹循环受力本构模型,并通过试验验证了其正确性,可用于木结构受循环荷载作用时的受力分析。     

宁波软土工程地质特性及本构模型研究

作为我国第一批对外开放的港口城市,宁波具有很大的发展潜力,对其软土的研究已难以满足经济社会快速发展的需求。本文从宁波软土研究现状入手,详细分析宁波软土工程地质特征,对本构模型进行研究。     

含水合物砂土力学特性及本构模型

天然气水合物(以下简称水合物)的不当开发可能会带来一系列的地质灾害和环境问题,因此,开展含天然气水合物地层开采过程中的安全稳定性评估显得尤为重要,而建立能有效描述含水合物沉积物的力学行为的本构模型是安全稳定性分析的核心前提。在分析含CO₂水合物砂土的三轴力学特性的基础上,把含水合物沉积物视为水合物和土颗粒骨架组成的复合胶结性材料,参考胶结土体的建模思路,引入附加内变量描述水合物对土体的胶结影响,建立了含水合物砂土的屈服函数和非关联流动法则,建立了含水合物砂土的本构模型。通过模型验证及分析,模型能较好地模拟不同围压下和不同水合物含量下含水合物砂土的应力应变曲线,反映含水合物砂土的力学特性。     

干湿循环对泥质砂岩力学特性及其微细观结构影响研究

以取自三峡库区某边坡的泥质砂岩为研究对象,通过单轴、三轴压缩试验,对不同干湿循环次数作用后泥质砂岩的物理力学特性进行了研究。借助SEM电镜扫描,对不同干湿循环次数作用后的泥质砂岩的微细观结构变化进行了探讨。研究发现:随干湿循环次数(1~20)的增加,泥质砂岩的峰值应力、弹性模量、黏聚力和内摩擦角都逐渐降低,峰值应变表现出下降、稳定两个阶段。其微细观结构变化总体上可归纳为整齐致密状、多孔团絮状和开裂紊流状3个阶段。基于离散元软件PFC~(2D),研究了干湿循环对泥质砂岩颗粒的接触网络,力链分布和裂纹分布的影响。基于试验数据拟合,对经历不同干湿循环次数作用的泥质砂岩的莫尔–库仑强度理论表达式进行了修正。     

结构面的剪切蠕变特性及本构模型研究

岩体结构面的蠕变特性研究对解决岩石力学实际问题具有很重要的意义,结构面的蠕变力学性态往往控制着岩体的时效变形和长期强度,研究结构面的剪切蠕变特性是岩石流变学的一项重要内容。通过规则齿形结构面在不同法向应力条件下的剪切蠕变试验,研究了不同角度结构面的剪切蠕变特征,并根据蠕变试验结果,对结构面的剪切蠕变特性进行了描述,对结构面剪切蠕变试验过程中的蠕变速率特性进行了研究。研究表明,结构面在蠕变试验过程中,严格意义下的稳态蠕变是不存在的,常说的稳态蠕变实际上是蠕变速度随时间缓慢减小的近似稳态蠕变过程。最后,提出改进Burgers模型来描述蠕变的剪切蠕变特性,并讨论了改进的Burgers模型对于描述结构面剪切蠕变特性的适用性。     

循环荷载作用下钢材的试验及本构模型研究

为了研究钢材的超低周疲劳性能及循环荷载作用下的本构关系,对50组Q235-B和Q345-B钢材进行超低周疲劳试验。研究了Q235-B和Q345-B钢材的力学性能,如:单调加载性能、滞回性能及滞回准则。通过对钢材全过程滞回性能的研究,建立了循环荷载作用下钢材的简化单轴本构模型。基于有限元软件ABAQUS的用户子程序接口UMAT,用户可自定义钢材的单轴本构属性。通过引入纤维梁单元,可利用单轴本构模型进行结构分析。通过对比各种荷载作用下Q235-B和Q345-B钢材的试验数据,验证了本模型的正确性,利用本模型可进行钢框架的非线性时程分析。试验和数值分析结果均表明:Q235-B和Q345-B钢材在循环荷载和单调荷载作用下的性能有很大不同,钢材屈服后,循环荷载作用下的骨架曲线比单调荷载作用下更高;循环次数和振幅大小对材料韧性的影响很大。当受循环荷载作用时,钢材提前发生颈缩和断裂,这表明累积损伤降低了钢材的韧性。     

软黏土循环黏弹塑性本构模型的验证及分析

借助ABAQUS软件的UMAT用户子程序接口实现了简化后的循环黏弹塑性本构模型的二次开发,并对三轴剪切试验和循环三轴试验进行了有限元模拟,模拟结果表明,简化后的循环黏弹塑性本构模型能够正确反映软黏土的剪切性状和循环荷载下的变形特性。     

砂土液化大变形的弹塑性循环本构模型

循环剪切过程中饱和砂土的3个体积应变分量(有效球应力变化引起的体变、剪切引起的可逆性体变和不可逆性体变)的变化规律决定了液化后剪应变的发展。基于上述机理、对剪切引起的可逆性和不可逆性体变的数学描述、体积相容性条件以及边界面本构理论框架,建立了一个可描述饱和砂土液化后大变形的弹塑性循环本构模型。通过对饱和砂土排水和不排水循环扭剪试验结果的模拟表明,该模型不仅可以合理地模拟饱和砂土循环加载条件下从液化前到液化后、从小剪应变到大剪应变的变形发展过程,而且可以合理地模拟饱和砂土液化后再固结大体变的累积特性。本文的研究为定量描述砂土液化后大变形提供了一条合理而有效的途径。