干湿循环作用下长沙绕城高速公路粉质黏土的损伤特性

为得到干湿循环作用下的长沙绕城高速公路粉质黏土损伤特性,基于连续损伤力学和统计理论,对土体劣化过程进行分析。在假定土体微元强度服从正态分布的基础上将干湿循环损伤变量直接耦合至统计损伤本构模型,从而推导土体在干湿循环作用下的损伤本构方程。结合长沙绕城高速粉质黏土三轴固结不排水实验,着重分析干湿循环次数对土体微元强度的影响。研究结果表明:在干湿循环作用下,长沙绕城高速公路粉质黏土统计损伤本构模型应力-应变计算曲线与实验实测结果相吻合;拟合度均在0.95以上,土体经历1次或2次干湿循环作用后,其微元强度会有一定幅值降低,而后变化幅度较小;土体微元强度离散性受干湿循环作用影响,并随循环次数增多呈增大趋势。     

水泥土强度特性和损伤本构模型研究

为探究围压对水泥土强度特性的影响以及建立不同围压影响下的损伤本构模型,开展室温和冻结状态不同围压下三轴剪切试验.考察了围压对水泥土力学参数的影响规律,建立能够反映出低围压对冻结水泥土强度的强化作用和高围压的弱化作用的修正Hoek-Brown强度准则.假设水泥土微元强度的分布规律服从双参数的Weibull函数,基于Hoek-Brown强度准则和其修正形式分别确定室温和冻结状态下水泥土微元强度,建立了考虑围压的统计损伤本构模型.结果表明,基于Hoek-Brown强度准则和其修正形式建立的损伤本构模型能够较好地描述室温和冻结状态下水泥土应力-应变曲线,且能够反映出冻结状态水泥土低围压下的应变软化现象与高围压下的应变硬化现象.室温状态时不同围压下损伤变量随轴向应变变化曲线形状相似,均随轴向应变增加呈"S"型单调递增.冻结状态下低围压抑制水泥土损伤劣化程度;高围压使其损伤劣化程度增加,在轴向应变很小时,损伤变量就达到较大值.     

基于最大拉应变理论的岩石损伤机理

以岩石内部微元体为研究对象,研究了在宏观应力作用下微元体的应力分布特点.将微元体应力的分布按正态分布考虑,结合最大拉应变强度准则,提出岩石微元体破坏的控制条件是最大拉应变.据此建立了微元体的三种破坏方式,研究了不同破坏方式对岩石承载能力的影响,推导出各破坏方式发生的条件及概率,并将微元体的三种破坏与三个方向的损伤因子联系起来,实现了细观与宏观的结合.在此基础上,建立了考虑各向损伤异性的岩石损伤本构模型,推导了参数的求解方法.最后对该模型的合理性进行了验证,发现利用该模型能够很好地解释不同应力条件下岩石的破坏方式以及围压对岩石峰值强度和残余强度的影响规律.     

单轴压缩下岩石损伤统计本构模型与试验研究

基于岩石应变强度理论和岩石强度的随机统计分布假设,采用损伤力学理论,建立了能够反映残余强度的单轴压缩下岩石损伤统计本构模型．利用伺服试验机对大理岩进行了单轴压缩试验．基于试验结果确定出损伤统计本构模型参数,理论结果和试验结果吻合较好．     

基于Lade-Duncan强度准则的统计损伤本构模型及其修正研究

在损伤力学理论基础上,根据Lemaitre应变等价性理论,并假定岩石微元强度服从Weibull随机分布,在微元强度度量方法上考虑损伤阀值的影响,结合Lade-Duncan强度破坏准则,建立了统计损伤本构模型。通过岩石三轴应力-应变试验曲线对模型进行验证,拟合效果良好;并针对模型不能反映残余应力阶段特征的不足进行修正。用公式法代替比较法求取损伤修正参数,建立了更加完善的统计损伤本构模型。通过与未修正模型对比发现,修正后的统计损伤模型能更好的模拟岩石破坏全过程的应力应变关系并能表征岩石残余强度特征,从而验证了该模型的合理性和可行性。     

考虑损伤修正的岩石统计损伤本构模型研究

为研究岩石本构关系,基于连续损伤理论和统计强度理论,考虑岩石内部存在随机分布的微裂隙等缺陷,对Harris函数进行改进作为岩石微元强度概率密度分布函数,考虑岩石材料的渐进破坏性,提出了损伤变量修正系数δ,以岩石轴向应变作为微元强度随机分布变量,建立岩石损伤统计本构模型,运用曲线拟合法,结合相关试验参量,确定模型参数。通过对比实验数据点与本构模型曲线,验证该模型的合理性和可行性,并探讨损伤变量修正系数的不同取值对本构模型的影响,为理论研究和实际工程提供参考。     

钢纤维再生砖骨料混凝土损伤本构模型研究

基于应变等效原理与钢纤维再生砖骨料混凝土(SFRBC)微元强度服从Weibull统计分布的规律,建立了SFRBC的统计损伤本构模型.为更好地反映SFRBC实际受压情况,考虑材料残余强度修正系数与损伤应变阈值对模型的影响.基于分布参数模型曲线,拟合出考虑纤维掺量的纤维因子与分布参数的表达式,得出了以纤维因子为变量的统计损伤本构曲线,并与试验结果进行对比.结果表明:修正后的理论曲线与试验曲线符合较好,能有效反映钢纤维掺量的增加、SFRBC的韧性增强及宏观平均强度提高等特点.通过分析SFRBC的累计损伤演化过程可知:纤维掺量的增加可有效延缓SFRBC在峰后的累计损伤发展以及损伤发展速率,模型曲线的下降度应变硬化明显,其韧性及延性随纤维掺量的增加而得到不同程度的增强.     

干湿循环与围压作用下粉砂岩损伤及本构研究

以广西宁明地区粉砂岩为研究对象,对岩样进行室内干湿循环试验,分析了干湿循环后岩样纵波波速和含水率变化规律;通过三轴试验获得了粉砂岩全过程应力-应变曲线,研究了干湿循环与围压对粉砂岩力学特性的影响,并从微观角度揭示了其损伤劣化机制;基于Weibull分布推导出了损伤本构方程.结果表明:循环次数增加,纵波波速下降、含水率上...     

一种模拟土体剪切变形过程的统计损伤方法

首先,从土体单元的微观受力分析,建立出土体剪切变形损伤模型。其次,引进统计损伤理论,考虑剪切面微元的破坏强度服从Weibull分布情况下,建立出土体剪切变形过程的统计损伤演化模型。然后,利用建立的土体损伤模型和统计损伤演化模型,建立了模拟土体剪切变形过程的剪切变形损伤统计本构模型。该模型考虑了土体剪切破坏后的残余强度,可较好地反映土体剪切应变软化特征。最后,通过试验曲线和模型曲线以及现有同类模型曲线的对比分析,验证了该模型的合理性与可行性。     

单轴压缩下粗砂岩热损伤统计本构模型

基于岩石的强度随机统计分布的特点及应变强度理论,应用损伤力学的相关知识,考虑微原体破坏及弹性模量与温度间的非线性关系,建立了单轴压缩条件下粗砂岩温度热损伤后统计本构模型.然后采用伺服试验机对经历了高温烘烤冷却后的粗砂岩试件进行了单轴压缩试验,并根据试验结果对粗砂岩力学参数与温度间的关系进行了讨论,给出了考虑温度热损伤的统计本构模型参数.通过与单轴压缩实验结果相对比,显示了所建模型的合理性.     

考虑温度作用的岩石统计损伤本构模型及验证

为了预测和评估深部高温岩体的稳定性,运用理论推导的方法研究温度作用下(后)岩石的本构关系。首先,基于已有的岩石统计损伤本构模型,考虑温度对岩石损伤变量的影响,引入了损伤变量修正系数、损伤起裂应力和起裂应变等参数;其次,假设微元体强度服从幂函数分布,并符合Hoek-Brown(H-B)强度准则,针对统计损伤本构模型无法反映峰前较强的微裂纹压密效应的弊端,引入了相应的模型修正系数;再次,建立了考虑温度作用的岩石统计损伤本构模型,并确定了模型参数的表达式;最后,对比不同温度作用下(后)的花岗岩在单轴和常规三轴压缩试验条件下所得的结果与文献中模型的计算结果,验证本文模型的准确性。研究结果表明：所提出的模型的计算结果与文献的试验结果在数值、分布规律和趋势上具有良好的一致性;对于全过程σ-ε曲线的各阶段,本文模型的计算效果较文献中本构模型计算效果更好,与试验曲线的贴合度更高,能够更好地反映高温作用下(后)岩石的损伤本构特征。该模型的参数具有常规性,适用于各类温-压组合作用工况下的岩石。     

硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压模拟

基于硫酸盐腐蚀混凝土单轴受压试验结果,通过对《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)中无腐蚀混凝土单轴压应力-应变关系中的混凝土损伤演化参数进行修正,建立了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压本构模型。采用修正后的本构模型,以及ABAQUS软件自带的损伤塑性模型,考虑损伤因子的影响,较好地模拟了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土的单轴受压行为。有限元模拟结果表明：随着硫酸盐干湿循环次数和冻融循环次数的增大,混凝土最大受压损伤因子逐渐增大,损伤范围也逐渐扩大;最大主拉应力逐渐减小,中部压应力逐渐增大,等效塑性应变逐渐增大,混凝土破坏更严重;破坏均属于最大拉应变强度破坏。所提有限元模型可动态反映参数变化过程中混凝土的应力发展与损伤状态,可应用于硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压的模拟。     

干湿循环下宁明粉砂岩宏微观损伤劣化规律研究

为揭示干湿循环下广西宁明地区粉砂岩损伤劣化规律,首先通过干湿循环试验模拟了岩石失水-吸水过程,分析了干湿循环作用下粉砂岩饱和含水率、纵波波速变化规律,并研究了干湿循环后粉砂岩的单轴压缩力学参数劣化特性以及微观结构变化,然后以弹性模量定义干湿循环后粉砂岩损伤,并基于Weibull分布定义受荷后粉砂岩的损伤,耦合得到了干湿循环作用下受荷粉砂岩的损伤演化方程。研究表明：随干湿循环次数增加,粉砂岩饱和含水率呈非线性增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量呈非线性减小,可采用指数函数进行拟合,且变化趋势均呈现出3个阶段;干湿循环作用对弹性模量劣化程度较单轴抗压强度劣化程度更为显著;阶段劣化度随干湿循环次数的增加而减小,总劣化度随干湿循环次数的增加而增大;峰值应变逐渐增大,岩样塑性得到了显著发展,破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变。     

考虑结构面损伤的岩石本构模型与工程应用

含结构面的岩体在应力加载-卸载作用下破坏机理非常复杂,建立含结构面岩体的损伤本构模型是研究的难点。通过对含结构面的岩体建立三维数值模型,研究分析岩体在三轴压缩下的破坏特征,发现含结构面岩体的峰值随着围岩的增加而升高,在单轴压缩下,岩体的峰后强度几乎为零;且含结构的面岩体存在损伤阀值点,得出了岩体损伤劣化行为发生的原因。根据微元统计理论建立了损伤变量与岩体劣化破坏之间的概率密度关系,通过引入修正系数调整了岩体因含有结构面的初始损伤,并拟合出围压与峰前弹性模量的非线性关系,推导出含结构面岩体的损伤本构方程。与已有损伤本构方程进行数据对比,发现本方程可更加准确描述结构面的损伤演化特征,通过FISH语言实现对FLAC3D的二次开发,将本构方程程序化,并以此研究分析了青岛某交叉隧道施工中的沉降问题,发现采用损伤本构模型计算结果与现场实测数据吻合程度较高,反映出损伤本构模型能较好的描述风化花岗岩的损伤劣化效应。建立的含结构面岩体的损伤本构方程对实际施工及理论研究具有重要的参考价值。     

基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究

利用连续损伤理论和统计强度理论,提出了模拟岩石破裂全过程的损伤本构关系,并在此基础上建立了完整的损伤统计本构模型,且在所建立的损伤统计本构模型的四个基本方程中,引入岩石应力应变全过程曲线特征参量,并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件,解决了传统方法求解本构方程中参数的难点,同时提高了精度.通过与砂岩试件三轴压缩试验实测结果对比,证明模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系.图2,参7.     

基于损伤理论的混凝土双轴压本构模型

对快速冻融循环作用后的普通混凝土进行双轴压试验研究,测得其双轴压应力-应变关系曲线.根据Weibull统计分布理论和等效应变假定原理,建立基于损伤理论并考虑应力比影响的普通混凝土双轴压本构模型.研究结果表明:该模型可以有效地描述双轴压荷载作用下普通混凝土的本构关系.     

温度作用下砂岩损伤劣化本构模型研究

砂岩在对温度变化的响应和敏感性上表现出显著的差异性,温度作用下砂岩的损伤劣化将对边坡稳定产生重要影响.基于此,在不同温度、孔隙水压、围压作用下砂岩试验数据基础上,根据三轴压缩应力-应变曲线特点,运用连续损伤理论和统计方法,选取弹性模量作为损伤变量,推导砂岩在温度及水压作用下的损伤演化方程,建立考虑温度效应和水压作用的砂岩损伤本构模型.对比分析表明,建立的本构模型计算理论与实际试验曲线吻合较好,说明建立的本构方程可以较好地反映温度作用下砂岩损伤效应.     

循环荷载作用下沥青混合料的黏弹塑性损伤本构模型

为较好描述损伤状态下沥青混合料的黏弹塑性应力-应变关系、明确动态循环荷载对其损伤本构关系的影响,利用经典黏弹塑性流变理论,在Burgers黏弹性模型上串联一个黏塑性元件,并根据损伤力学应变等效原理,建立了一个能体现动态循环荷载作用特点及能考虑加载频率影响的沥青混合料黏弹塑性损伤本构模型.同时进行间接拉伸疲劳试验,研究加载频率、环境温度、应力水平、沥青用量及沥青种类对混合料应力-应变关系的影响,并标定模型参数、验证模型的有效性.结果表明:所建模型不仅能较好描述沥青混合料在动态循环荷载作用下的损伤本构关系,还能体现加载频率、环境温度及荷载水平等因素对应力-应变关系的影响;模型参数意义明确、规律性强,值得进一步研究和推广.     

岩石损伤软化统计本构模型

假定岩石微元强度服从Weibull分布,Hoek-Brown强度准则作为岩石微元统计分布变量,利用等效应变假说,经过严格的数学推导,得到了岩石在三维应力作用下的损伤统计本构模型,并用试验资料对模型进行了验证.验证结果表明:模型理论曲线和试验曲线具有较高的吻合度,能够比较好地反映应变软化型岩石的应力—应变关系和破坏的全过程.从而证明了该模型的合理性和可行性,具有广泛的应用前景.     

基于Normal分布的岩石统计热损伤本构模型研究

基于Lemaitre应变等价性理论的岩石损伤模型,假定受热损伤的岩石微元强度服从Normal分布,考虑温度对岩石力学参数的影响,引入热损伤变量,在微元破坏符合Mohr-Coulomb准则条件下,建立高温作用后岩石统计热损伤本构模型。依据岩石屈服的概念,利用极值法确定模型参数,并与不同温度下花岗岩的压缩试验结果进行对比分析。研究结果表明:本模型所得曲线与三轴压缩试验曲线较吻合,并能很好地反映高温作用后岩石软化特征;本模型不包含非常规岩石力学参数,便于工程应用;研究成果能够为高温岩体工程的开发和防护提供参考。