双裂缝混凝土试件断裂过程试验研究

为了研究不同缝间跨比值（RCSS）混凝土三点弯曲梁试件断裂参数变化规律,并探讨边缝的存在对跨中裂缝断裂特性的影响,以双K断裂理论为基础,设计制作了4组相同初始缝高比、不同缝间跨比值（0、0.1、0.15、0.2）的混凝土三点弯曲梁试件,研究跨中主裂缝起裂韧度和失稳韧度的变化规律.结果表明：起裂韧度随着缝间跨比值的增加而增大,均值从缝间跨比值为0到0.2增加了0.14MPa·m1/2;失稳韧度随着缝间跨比值的增加而减小,均值从缝间跨比值为0到0.2减小了0.09MPa·m1/2;这种变化使混凝土的韧性逐渐减小,脆性逐渐增加.     

极地低温环境下混凝土断裂性能试验研究

为研究寒区和极地低温环境下混凝土结构的抗裂性能,设计了36个试件,对其进行了三点弯曲梁断裂试验,分析了20~-80 ℃温度区间内混凝土双K断裂韧度、断裂能和特征长度等关键断裂参数。结果表明：低温环境下,混凝土粗骨料和砂浆界面强度有所提高,横截面上有更多粗骨料发生断裂破坏;随着温度的降低,混凝土梁开裂荷载及峰值荷载有所提高,荷载-位移曲线斜率变大;混凝土断裂性能在低温环境下明显增强,其起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能均随温度的降低得到提高;低温环境下混凝土脆性变大,特征长度随温度的降低而减小。对低温作用下混凝土断裂能的增强规律进行定量分析,拓展CEB-FIP MC2010混凝土断裂能计算模型的适用范围。基于低温环境下立方体抗压和劈裂抗拉试验结果,分别提出了混凝土断裂能计算模型。     

静水压力下混凝土断裂韧度率相关性分析

基于裂缝中有、无水压的混凝土三点弯曲梁断裂试验,研究了加载速率对裂缝中有、无水压力混凝土双K断裂韧度的影响.试验加载速率为2×10-3、2×10-2、2×10-1、2 mm/s.基于新型裂缝密封装置在混凝土梁的裂缝中形成0.3 MPa水压力,并开展了24组无水压的混凝土梁和12组含水压的混凝土梁断裂试验.拟合试验结果,建立了基于名义起裂荷载率和临界裂缝扩展率的混凝土双K断裂韧度的率相关性模型.对比分析得到,起裂断裂韧度的率相关性与水压力无关但是失稳断裂韧度的率相关性与水压力有关,加载速率的增加导致裂缝中含水压的混凝土的失稳断裂韧度的增量较无水压混凝土显著增加.     

静水压力下大坝混凝土裂缝内水压试验研究

针对水工混凝土结构的裂缝问题,对静水压力下的混凝土缝内水压力的分布扩展进行了试验研究,结果表明,随着水压的逐渐增加,混凝土所能承受的最大荷载明显减小,水前锋滞后于裂缝前端。     

基于不同意义断裂韧度的混凝土有效裂缝扩展量计算模型

针对混凝土有效裂缝扩展量存在尺寸效应的问题,结合名义断裂韧度和失稳断裂韧度尺寸效应公式对混凝土有效裂缝扩展量计算模型做了研究,得到了反映尺寸效应规律的有效裂缝扩展量的计算模型。通过对已有常态混凝土和课题组所做的碾压混凝土试验资料的分析,得到了两个模型对于混凝土的有效裂缝扩展量计算值。与试验结果进行对比分析,结果表明对于常态混凝土,含名义断裂韧度的模型适用于单直线软化模型,含失稳断裂韧度的模型较较适用于抛物线模型;而对于碾压混凝土,尺寸增大时接近单直线模型,且用名义断裂韧度模型计算更为接近。     

三峡船闸花岗岩亚临界裂纹扩展试验研究

采用双扭试件和自行研制的加载装置,对三峡船闸花岗岩进行了亚临界裂纹扩展试验研究。采用ＵＣＡＭ５Ｂ自动巡回监测仪量测加载过程中试件的位移和应变。根据试验结果,得到了花岗岩亚临界裂纹扩展速度与应力强度因子之间的关系和花岗岩的断裂韧度。由于试验方案设计合理,试验结果可靠     

不同扩展准则下混凝土断裂全过程分析

分别采用基于双K断裂模型和虚拟裂缝模型的裂缝扩展准则,计算了混凝土三点弯曲梁试件的荷载-裂缝口张开位移曲线(P-CMOD曲线),并与试验结果进行了对比,结果表明:基于两种模型的裂缝扩展准则的计算结果与试验结果差别不大,但采用基于双K断裂模型的裂缝扩展准则计算的结果与试验结果更为接近.     

环氧树脂修复混凝土裂缝的断裂试验研究

对6个混凝土试件进行楔入劈拉试验,劈裂后采用环氧树脂注胶技术修复试件,然后再次对试件进行楔入劈拉试验,对比两次试验中试件的破坏界面和断裂参数.结果表明：修复后试件破坏界面未发生在黏结界面;试件起裂韧度平均增幅为4706%,失稳断裂韧度、断裂能也有所提高,这说明注胶修复技术能够有效推迟裂缝的再开展,改善混凝土的断裂性能.建议将起裂韧度作为评定注胶修复效果的断裂参数,研究成果可为注胶修复混凝土结构的工程应用提供依据.     

双井筒试验下页岩水力裂缝扩展与机制研究

水力压裂是页岩气开采的主要技术,研究水力裂缝的扩展规律有利于促进复杂缝网的形成。为了研究裂缝扩展规律和破裂机制,对页岩进行了真三轴双井筒水力压裂模型试验。结果表明:(1)竖向应力越大,裂缝形态越单一,多条水力裂缝间越不易沟通,页岩破裂压力越大;(2)水平应力差越大,双井筒水力裂缝与天然层理沟通越明显,越易形成垂直于水平最小主应力的裂缝;(3)双井筒出口在不同层理面时,两条水力裂缝形态相似,各自会沟通层理和天然裂缝;(4)双井筒出口在同一层理面时,两条主裂缝容易相交,与天然裂缝的沟通较少,不易产生缝网;(5)通过对上升斜率RA和频度FA值综合分析得到,页岩水力压裂以剪切破坏为主,在不同层理压裂更易产生复杂缝网。     

非标准混凝土三点弯曲梁双K断裂韧度试验研究

采用跨度和初始缝高比恒定的非标准混凝土三点弯曲梁试件,以双K断裂理论为基础,根据改进的断裂韧度计算方法,通过试验实测试件的荷载与裂缝张口位移全过程曲线,计算不同初始裂缝长度和不同试件截面高度的非标准混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c、起裂断裂韧度k ⁱⁿⁱ _IC和失稳断裂韧度K ^un _IC。试验结果表明：非标准混凝土三点弯曲梁试件的起裂荷载F_ini 、最大荷载F_un以及有效裂缝长度a_c均随跨高比的减小而增大;裂缝亚临界扩展量Δa_c、起裂断裂韧度k ⁱⁿⁱ _IC和失稳断裂韧度K ^un _IC均与跨高比无关,在试验设计的试件截面高度下为一个常数。     

The use of recently developed experimental methods and modelling techniques to study crack propagation in viscoelastic materials

Two novel techniques have been applied to the problem of determining the fracture toughness of polyethylne appropriate to the situation of rapid crack propagation in pipe systems. Agreement is found between the data from the two methods used for evaluating four grades of polyethylene of widely different toughness. By implication, either technique is valid for determining fracture toughness, but each method has a wider utility depending upon other evaluation requirements.     

水工有压隧洞衬砌双K断裂理论分析及裂缝宽度计算

2005年制定的我国电力行业标准《水工混凝土断裂韧度试验规程》以双K断裂理论为理论依据,该理论所发展的闭合解析解形式简单且物理意义明确,试验技术方法简易可行,能够很好地描述裂缝的起裂、稳定扩展和失稳扩展。本文以该理论为出发点,对进行的大比尺水工有压隧洞模型试验中存在的三种衬砌结构断面即素混凝土断面、单筋断面和双筋断面进行了断裂力学分析,推导计算了它们在不同内水压下的应力强度因子,确定了三种不同衬砌结构的双K断裂参数,为研究水工有压隧洞衬砌结构的裂缝扩展过程和破坏机理提供了一种有效的方法。此外,给出了基于断裂力学的裂缝宽度计算式,计算了单双筋衬砌结构在不同内水压力下的裂缝宽度,并根据SLT191—96规范和DL/T5195—2004规范计算了裂缝宽度,发现断裂力学计算值、SLT191—96规范计算值与试验结果三者吻合很好,DL/T5195—2004规范计算值小于试验结果。     

具有宏观裂纹混凝土结构的起裂特性研究

具有宏观裂纹混凝土结构在荷载作用下裂纹是否会进一步扩展,是带裂纹工作的混凝土结构安全性能评价的重要课题.一方面要对混凝土结构应力状态进行现时观测与分析,另一方面要合理评价具有宏观裂纹混凝土结构的起裂特性.根据数批不同形式混凝土试件的试验结果,分析了混凝土起裂荷载/最大荷载、起裂韧度/断裂韧度与试件形式、相对初始缝长的关系,得出了一些有意义的结论.     

混凝土结构裂缝扩展全过程的新GR阻力曲线断裂判据

混凝土结构的受力特性与裂缝的发展密切相关。在对国际断裂力学领域里所提出的三种裂缝扩展阻力曲线理论加以总结的基础上,以能量为表征,基于裂缝黏聚力提出了描述混凝土结构裂缝扩展全过程的新GR阻力模型。在该模型中,裂缝扩展阻力分为三部分:一部分是基体水泥凝胶材料裂缝发展需克服的表面能,一部分是克服细骨料桥联作用的能量消耗,另一部分是粗骨料桥联闭合作用消耗的能量。文中对粗细骨料所消耗的能量进行了详细推导,得出了不同区段裂缝扩展阻力的解析计算公式。根据实测试验结果,得到了混凝土新GR阻力曲线。结果表明GR曲线是材料的基本参数,与试件尺寸无关,并建立了适用于混凝土结构裂缝扩展全过程的断裂判据。     

含Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹构件断裂研究

工程中常见含缝构件，在外力作用下裂缝会张开扩展，影响了构件的工怍性能与整体结构。该文对含Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹构件的断裂进行了研究，并运用等效应力作为断裂判断依据，指出其计算结果与实验数据符合较好。     

岩石材料裂纹尖端起裂特性研究

 通过综合考虑Williams展开式中奇异应力项和非奇异应力项(T应力),运用断裂力学方法深入探讨远场拉–压、压–压应力组合下裂纹尖端起裂特性。在最大周向应力准则中考虑T应力的影响作用,并将其作为拉伸破裂判据;在剪切破裂方面,提出考虑法向应力影响的最大剪应力准则。通过对拉伸和剪切破裂发生条件的探讨,进一步阐明剪切破坏与裂纹倾角、内摩擦角、抗拉强度、黏聚力等参数之间的关系。研究结果表明,Williams展开式中非奇异应力项对于裂纹起裂角有重要的影响,所提出理论比传统理论计算的起裂角与实验结果更加吻合。随着内摩擦角的增大,剪切破裂减弱而拉伸破裂增强。随着黏聚力增大或者抗拉强度降低,拉伸破裂增强而剪切破裂减弱。     

含单裂纹真实岩石试件断裂模式的力学试验研究

 为研究岩石单裂纹试样断裂特性,通过在真实岩石试样中预制了45°单裂纹,基于MTS815.03电液伺服岩石试验机,进行围压分别为0,5,10 MPa的力学试验,分析围压对裂纹扩展断裂模式的影响规律,根据断裂力学理论建立裂纹扩展力学模型,基于最大径向剪应力准则获得次生裂纹理论起裂角。结果表明：(1) 裂纹初始断裂时具有明显的前兆信息,在全应力–应变曲线上表现为明显的应力降现象;(2) 试验结果中观察到了I型翼裂纹、II型反翼裂纹以及II型次生共面裂纹,试验中得翼裂纹起裂角为68°～73°,反翼倾斜裂纹起裂角为－119°～－125°,裂纹起裂角理论结果为0°,70.5°,－123.8°,试验结果与理论计算结果基本相符;(3) 起裂应力为峰值应力的90%～95%,细砂岩试样抗压强度峰值与围压存在较好的线性关系,拟合得?c = 2.69?3+61.9,相关系数R2 = 0.97;(4) 裂纹断裂具有明显的围压效应,围压为0 MPa时,断裂模式为翼裂纹和次生倾斜反翼裂纹,翼裂纹以弯曲路径扩展,扩展渐近线朝向轴向加载方向,反翼裂纹近直线扩展;围压为5 MPa时,试样为反翼裂纹断裂模式;围压为10 MPa时,试样为反翼裂纹与次生共面裂纹断裂模式。     

Dynamic crack propagation in plates weakened by inclined cracks: an investigation based on peridynamics

Peridynamics is a theory in solid mechanics that uses integral equations instead of partial differential equations as governing equations. It can be applied to fracture problems in contrast to the approach of fracture mechanics. In this paper by using peridynamics, the crack path for inclined crack under dynamic loading were investigated. The peridynamics solution for this problem represents the main features of dynamic crack propagation such as crack bifurcation. The problem is solved for various angles and different stress values. In addition, the influence of geometry on inclined crack growth is studied. The results are compared with molecular dynamic solutions that seem to show reasonable agreement in branching position and time.