Q2黄土的结构损伤演化分析

通过西安地区不同含水量的Q2黄土的单轴无侧限压缩试验研究表明,Q2原状黄土的单轴应力应变关系呈强软化型,峰值强度前曲线近似呈线形,峰值强度后的指数型应力应变关系可以用含损伤变量的线弹性本构方程描述。对应力应变门槛值及损伤演化规律的分析和探讨认为:损伤的应变门槛值εc几乎不随着含水量的变化而变化,而损伤的应力门槛值σS及初始弹性模量E0则随着含水量的增加分别呈指数和线性减少;以强度劣化和刚度劣化来描述的损伤均适用于描述水敏性Q2黄土的损伤演化。     

延安Q3黄土应力应变特性及其归一化性状研究

为研究延安原状Q3黄土应力应变关系特性,并总结其在不同含水率不同围压下的归一化性状,进行了一系列固结不排水三轴剪切试验。试验结果表明:延安原状Q3黄土的应力应变关系整体上随围压增大由弱硬化型向强硬化型转变,但在含水率极低且低围压条件下会呈现出一定的软化特性;基于Kondner双曲线模型,对原状Q3黄土进行应力应变归一化分析,含水率为5%和10.2%的Q3黄土在400 kPa以下的围压下不存在归一化性状,含水率为17%的Q3黄土在300 kPa以上的围压下存在归一化性状,含水率为22%、27%和32%的Q3黄土在200 kPa以上的围压下归一化性状较显著;通过比较,选用初始切线模量或极限偏应力作为延安原状Q3黄土的归一化因子,归一化效果较好;建立了不同含水率下延安原状Q3黄土应力应变关系的归一化方程,其预测值与试验值较接近。该方程对延安Q3黄土相关工程设计及工程经验的验证有一定参考价值。     

西安地区Q2黄土应力-应变-时间关系的试验研究

为了研究黄土地区许多工程现象的本质原因,探讨应力—应变—时间的关系,对西安地区Q2黄土在改造后的固结仪上进行了单轴无侧限蠕变试验。加载方式为分级加载,通过使用坐标平移法处理蠕变曲线后得到应力—应变等时曲线。研究发现Q2黄土在不同的应力水平下表现出不同的蠕变形态,应力—应变等时曲线上有一较明显的拐点,拐点对应的应力即为屈服应力,屈服应力随着含水率的增加而呈指数降低,当应力水平小于屈服应力时,黄土表现为线性粘弹性特性;当应力水平大于屈服应力时,黄土表现为线性粘塑性特性。     

单裂隙岩石损伤断裂过程的试验研究

为了掌握单轴压应力作用下含单一初始损伤试什的变形特征与损伤特性,采用室内岩石压力系统和声发射监测试验,研究了单裂隙岩石损伤断裂过程.通过采用应力--应变曲线和声发射数共同识别类岩石材料损伤断裂特性的方法,可容易地观察到裂隙岩石的初始损伤、损伤演化和宏观裂纹的发展过程,给出了损伤演化闽值和全应力--应变曲线的损伤解释,针对试验曲线所表现出的损伤特性进行了损伤描述,为建立相应的裂隙岩体损伤本构方程和演化方程打下试验基础.     

基于最小能耗原理的花岗岩蠕变损伤分析

为了研究花岗岩蠕变损伤特性,采用MTS815.02岩石力学测试系统对花岗岩试样进行了三轴加载试验和分级加载蠕变试验,基于最小耗能原理、广义胡克定律和应变等效原理建立了弹性损伤方程和改进了非线性损伤蠕变模型,分析了花岗岩损伤变量与泊松比之间的变化规律和蠕变损伤过程.研究结果表明基于能量原理并结合任意阶段应力应变状态的损伤方程更合理地描述了岩石损伤发展过程.在耗能过程中损伤泊松比对岩石损伤起重要作用,损伤变量随着泊松比的增加而非线性增加,并逐渐趋于稳定,改进模型计算结果与试验曲线相吻合,较好地描述了岩石衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变的全过程;在岩石蠕变前期损伤速率较为平缓,进入加速蠕变阶段后随着微裂纹在强度弱化区汇聚,损伤速率直线升高且损伤变量突然增大.     

粉煤灰-石灰改良黄土与压实黄土强度特性对比分析

基于TSZ-3型应变控制式三轴剪切仪,在不同固结围压条件下对不同压实度粉煤灰-石灰改良黄土和压实黄土进行了常规三轴加载试验,研究了竖向加载条件下改良黄土和压实黄土的应力-应变演化关系、强度特性及其破坏方式的差异.研究结果表明:改良黄土的应力-应变曲线以软化型为主,屈服即意味着破坏;压实黄土全部为应变硬化型,可用双曲线描述,属于渐进屈服破坏.固结围压和压实度均会对压实和改良黄土的强度产生较大影响,两者之间的耦合关系共同决定黄土的强度.改良黄土的黏聚力值均远大于压实黄土,内摩擦角略微大于压实黄土;改良黄土在剪切前期强度增长较大,压实黄土的强度随着剪切变形的发展逐步发挥.三轴竖向加载条件下,改良黄土呈脆性滑移破坏形式,压实黄土呈剪缩侧胀破坏.     

土压缩指标的率相关特性试验研究——以兰州黄土为例

黄土是一种特殊的率相关岩土材料,其压缩指标(如弹、塑性压缩系数和前期固结压力等)对加载速率的响应极为敏感.本文以兰州黄土为研究对象,开展了不同干密度和应力加载速率条件下的K_0加载试验.在此基础上基于不同压力条件下应变随时间的时程曲线分析了不同应变速率条件下的应力应变发展规律.结果显示,不同应变速率条件下兰州黄土进入塑性阶段的应力应变曲线为一系列平行线,且这些平行线的位置随着应变速率的增大而升高.对于应变速率相差一个数量级的平行线,其间距为常数.其物理意义为恒定荷载条件下应变与时间对数曲线的斜率.进一步分析表明,使用每级荷载作用下的最终应变得到的应力应变曲线与不同应变速率条件下的曲线大致平行,因而弹、塑性压缩系数以及前期固结压力可以通过最终应力应变曲线获取.其中,弹性压缩系数和前期固结压力与应力加载速率负相关,而塑性压缩系数和恒载应变速率参数受应力加载速率影响较弱.所以,在黄土场地动力学稳定性分析中,应充分考虑应力加载速率的影响,提高稳定性计算的准确性.     

高温下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,根据岩石微元强度服从Weibull随机分布的特点,定义了弹性模量为岩石热损伤变量,推导了岩石的热损伤演化方程,引入岩石应力—应变曲线特征参量,同时考虑了岩石全过程应力—应变曲线的峰值条件和几何条件,建立了温度效应下岩石的损伤统计本构方程,并通过试验进行验证。试验结果表明:随着轴向应变的增加,岩石损伤经历演化、稳定扩展、损伤加速,直至破坏四个阶段;随着温度的增加,岩石的初始热损伤不断加剧,600℃是花岗岩热损伤的阀值点;损伤本构理论曲线与试验曲线较吻合,所建立的本构模型在岩石峰值前后的拟合明显高于传统方法,但也存在一定的偏差,可能由于在方程建立及参数的确定过程中,进行的假设和忽略对方程的精度产生了影响,本文的研究对建立高温三轴状态下的岩石损伤本构模型具有一定的参考价值。     

重塑黄土变形特性

为了研究黄土路堤的沉降特性,基于室内一维固结试验,从流变角度分析了重塑黄土的变形特性;在此基础上,从简单的Kelvin模型入手,引入非线性应力、应变关系的割线模量,利用变参数法建立了描述重塑黄土变形特性的非线性模型,并进行了计算值与实测值的比较分析.结果表明:随着时间的增加,各应力水平下的应变逐渐趋于稳定,不会出现破坏现象,且基本呈双曲线关系;变形属非线性衰减型,且非线性程度随着应力水平的提高而增强;非线性模型中含有4个土性参数,均可由室内一维固结试验得出;计算值与实测值吻合较好,表明该模型具有较高的可靠性,为研究黄土路堤沉降特性提供了有力依据.     

含水率和干湿循环对原状黄土变形特性的影响

为研究含水率和干湿循环对原状黄土变形特性的影响,采用室内固结试验结合理论分析的方法进行分析,研究结果表明:在同一垂直压应力下,原状黄土的应变量随含水率的提高而逐渐增加,割线模量随含水率的提高而下降;含水率相同的黄土随垂直压应力的增大,其应变量和割线模量均增加,但变化的速度逐渐减慢;黄土的割线模量随干湿循环次数的增多而减小,1～3次时变化幅度较大,3～5次之后幅度变化不大,且趋于稳定.研究结论建立了不同含水率黄土的应力-应变关系模型和受干湿循环影响的黄土本构方程.     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度模型

为了后续研究工作能将原状黄土结构强度在实际工程中推广与应用,本文续增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究,力图建立其结构强度的劣化模型。研究工作如下：(1)依据原状黄土压缩曲线定义黄土结构强度、残余结构强度和结构强度损伤变量等概念,并分析损伤变量可表征黄土结构强度劣化过程;(2)基于Weibull分布和损伤力学应变等价性假设,建立了以体积膨胀率作为考察变量的黄土微观取样制样扰动、吸水增湿和增湿-冻融循环耦合统计损伤模型,统计损伤演化函数及黄土结构强度损伤基本方程。(3)在试验数据的基础上,确定了模型参数,并取西安北郊某基坑黄土对模型进行验证,与试验吻合性较好,研究成果能方便指导现场工程设计和施工。     

基于CT图像的混凝土损伤演化分形特性研究

以单轴压缩条件下混凝土细观结构CT图像为研究对象,运用分形几何中的差分盒维数法计算出不同扫描断面不同应力阶段的CT图像分形维数,分析了加载过程中分形维数的变化特征,提出了相应的损伤变量,并建立了混凝土材料的损伤演化方程,描述了损伤变量与应变的关系。结果表明该方程可以体现出混凝土试件经历压密、扩容、微裂纹扩展、破坏四个阶段。     

等围压约束下超高性能混凝土本构模型

基于损伤力学进行超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)在围压约束下本构模型的推导,并建立其损伤演化方程;采用UHPC三轴压试验结果对该本构模型进行检验,得到不同围压下UHPC损伤演化曲线.推导的UHPC损伤本构模型,可很好模拟其应力-应变曲线.从损伤整个演变过程可看出, UHPC总损伤劣化程度随着围压提高不断降低,表明围压抑制了损伤的发展并改善UHPC受力状态,使其宏观平均强度增大;与此同时,累积损伤随应变增长趋势减缓, UHPC延性得到增强.     

石灰岩损伤演化的断裂力学模型及耦合方程

采用断裂力学方法分析裂纹起裂条件 ,建立腐蚀损伤岩体水力 (劈裂 )损伤的演化方程 .水化损伤的演化用矩(碟 )形板模型表示 ,用化学动力学的方法———PWP(Plummer Wigley Parkhurst)方程推导出水化损伤的演化方程 ,在此基础上 ,通过拉剪状态下水化 -水力耦合损伤演化模型 ,建立了水化 -水力耦合损伤演化方程 ,并结合工程实例将其用于耦合损伤条件下应力强度因子和渗透张量的计算     

复合岩石损伤本构方程与实验

大量沉积岩样的电镜与岩相微观研究表明,岩石是由含不同形态的晶体和孔隙构成,由此建立岩石微结构损伤模型。进而导出了各自损伤演化过程、力学参数、有效应力、不等围压等因素的多层复合岩石三维非线性损伤本构方程及损伤演化方程。实验结果表明,二者吻合良好。     

水压力作用下岩石中Ⅰ和Ⅱ型裂纹断裂准则

为了研究裂隙岩体在水作用下的损伤断裂机制,考虑水产生的垂直裂纹面的静水压力和平行裂纹面的拖拽力,分析处于压剪和拉剪状态的单裂纹应力状态,推导出水作用下裂纹的应力强度因子.还定义基于断裂韧度的损伤变量,并将损伤变量引入Dugdale裂纹模型,推导出水损伤作用下压剪和拉剪应力状态下裂纹的应力强度因子.基于压剪条件下的断裂准则和最大周向应力理论,推导出压剪和拉剪应力状态下,考虑水损伤作用的裂隙岩体断裂准则.     

玻璃态高聚物的损伤和断裂非平衡统计理论（2）玻璃态高聚物细观损伤统计本构方程

从银纹瞬时成核和以指数形式衰减两种成核模型出发，根据前文给出的微裂纹尺寸统计分布函数及其矩生成函数，基于一阶平均损伤函数的唯象定义，得到了在两种成核机理下的细观统计损伤本构方程和损伤速率的解析表达式．对于各向同性材料，考虑到泊松比随应变而变化，又给出了以应变及应变速率表示的细观损伤统计本构方程．从而把应力、应变、应变速率、温度、时间及材料参数有机地结合起来，为玻璃态高聚物各种力学性能的理论与实验的对比提供了可能．     

结构性黄土损伤演化规律试验研究

简述了黄土结构性的损伤演化过程。基于西安理工大学真三轴仪,在真三轴应力路径及增湿等复杂条件下,研究了结构性黄土的结构损伤演化规律;揭示了损伤参数与剪应变、含水率、固结压力、中主应力比之间的关系;通过大量的试验数据,将损伤参数定量化,并将该参数引入应力应变方程,验证了该参数的合理性。     

湿陷性黄土地基不均匀沉降: 砌体结构基础变形规律

由于湿陷性黄土地基抗剪抗弯能力弱、浸水易发生湿陷变形。地基不均匀湿陷沉降变形极易引发地基、基础局部产生脱空现象,本文针对湿陷性黄土地区砌体结构建筑物地基基础局部产生脱空变形进行了研究,假定湿陷性黄土地基表面及地层表面不均匀沉降曲线符合Peck公式,利用静力平衡、Fourier级数对弹性地基梁挠度进行了数学表达式推导,通过自编程序计算,结果发现变量k取10和100时的值基本相同,湿陷性黄土地基表面及地层表面不均匀沉降曲线基本符合Peck公式,计算结果与实际情况基本相符,为湿陷性黄土地区砌体结构建筑检测、加固、维修提供理论依据。     

地下采煤引起的黄土裂隙化物理模型试验研究

煤矿采空区的黄土边坡裂隙化严重,为研究地下采煤对黄土边坡裂隙化的影响,通过分级撤去缩尺模型底部支撑力来模拟开采过程,利用布里渊光纤应变测试仪监测各阶段中坡体的应变,结合其位移变化,分析黄土斜坡在地下采空条件下裂隙产生的位置、形态、斜坡体内部应力变化及黄土斜坡裂隙化规律。结果表明:地下采煤不仅导致黄土斜坡产生剪切裂缝还会产生拉张裂缝,产生裂缝的类型与采空塌陷的位置有关;地下采煤导致黄土斜坡产生的裂缝将切割斜坡,被切割的块体临空面较原始斜坡变陡,坡内应力状态发生变化,同时坡体完整性变差,天然强度降低;裂隙分布规律与采空塌陷边界基本一致;地下采煤引起的黄土裂隙化会改变坡体内应力重分布,重分布应力会产生次级裂缝,进一步破坏坡体。