分级循环荷载下泥岩和砂岩的阻尼特性试验研究

为研究岩石在不同应力水平循环荷载作用下轴向与径向变形的应力应变滞后关系及径向阻尼比与轴向阻尼比的关系,在MTS815岩石力学试验系统上对饱和泥岩与饱和砂岩进行变幅分级循环荷载试验。研究结果表明:同一岩石在循环荷载作用下的径向滞回环与轴向滞回环形状保持一致;对于砂岩,在加载时应变相位超前于应力相位,在卸载时应变相位滞后于应力相位,由此导致滞回环加卸载段都呈下凸状;对于泥岩,在加载时应变相位同步或滞后于应力相位,在卸载时应变相位滞后于应力相位。应力幅值不变时,随着循环次数的增加,阻尼比趋向于稳定,应力幅值越大,阻尼比越大。泥岩的阻尼比大于砂岩的阻尼比,泥岩和砂岩的径向阻尼比都大于轴向阻尼比,且在循环加载的初始阶段,泥岩和砂岩的径向阻尼比增长速率较快。随着径向应变与轴向应变比的增大,径向阻尼比与轴向阻尼比的比值逐渐减小,两者之间的关系为线性关系。     

干湿循环下红粘土动力特性试验研究

对贵阳红粘土进行了一系列动三轴试验,分析了干湿循环下红粘土动力特性试验参数变化规律、土体动强度衰减机理和动本构关系模型。结果表明,红粘土在干湿循环和周期振动荷载作用下的动应力—动应变关系具有明显的非线性关系,表现为强硬化型。同一动应变下,先湿后干比先干后湿的动弹性模量、动剪切模量要大,动阻尼比要小。常温(25℃)下干湿循环的动弹性模量、动剪切模量比高温(105℃)下干湿循环要大,动阻尼比要小。动弹性模量、动剪切模量随循环次数增加而降低,动阻尼比随循环次数的增加逐渐增大,且第1、2次循环降低幅度比较大;第3、4、5次降低幅度比较小。试验红粘土土体的最大动阻尼比在10%～20%之间。干湿循环下红粘土动应力与动应变关系可以用双曲线来拟合。     

Kapton薄膜高温单轴循环拉伸的力学性能

以25μm厚充气可展结构膜材Kapton(聚酰亚胺膜)为研究对象，选取6种温度工况(20,50,80,110,140,170℃)对其进行高温下单轴循环拉伸试验.通过分析不同循环次数和温度下的应力-应变数据，阐释了高温循环荷载作用下材料的受力机理与性能表征，分别建立了循环弹性模量与循环次数和温度的关系式，并获得了对棘轮应变以及滞回环面积等力学性能参数的影响规律.试验和分析结果表明：随着循环次数的增加，弹性模量逐步增大，滞回环面积减小；高温使得弹性模量显著降低，而滞回环面积增大；以最后一次循环加载后的结果来看，温度对TD(垂直膜材长度方向)的棘轮应变影响更大.研究所得结论可为极端温度场下的充气可展结构设计及在轨交变高低温测试提供参考.     

高应力循环加卸载下不同张开度裂隙类岩体变形损伤及能量演化

为研究高应力循环加卸载作用下不同张开度对裂隙类岩体应力-应变曲线特征、滞回环面积和动弹性模量变化规律以及裂隙类岩体损伤特性的影响。基于RMT-150B岩石力学试验机开展了不同张开度和裂隙倾角下裂隙类岩体高应力循环加卸载试验,获得高应力循环加卸载作用下裂隙类岩体力学性能。结果表明:高应力循环加卸载对类岩体峰值强度有“弱化”作用,“弱化”程度约为11%;以0.4 mm张开度为界限,小于0.4 mm的裂隙岩体滞回环面积随裂隙倾角增大呈先增大后减小规律,动弹性模量随裂隙倾角增大先减小后增大,大于0.4 mm时,滞回环面积和动弹性模量随裂隙倾角增大均呈递减趋势,且张开度增大,张拉裂纹萌生概率随之增加;绝对损伤参数随循环次数增加而增大,45°裂隙倾角涨幅最为显著。     

吸力控制下非饱和粉土的动力变形特性

利用美国GCTS公司生产的吸力可控USTX-2000全自动非饱和土/饱和土动三轴仪, 在控制吸力条件下对非饱和粉土的动力变形特性进行试验研究. 开展循环荷载下的动力变形试验, 得到了非饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比. 试验结果表明: 在动荷载作用下, 吸力控制下的非饱和粉土动应力应变关系骨架曲线呈双曲线形, 且吸力越大, 骨架曲线越高; 非饱和粉土的动弹性模量随吸力的增大而增大, 但没有净围压增大效果显著; 非饱和粉土的阻尼比随吸力的增大而减小, 但减小幅度没有净围压增大那样显著; 非饱和粉土的动应力应变关系骨架曲线、动弹性模量以及阻尼比随吸力的变化规律可用非饱和土的平均骨架应力值的变化解释.     

动力作用对复合固化淤泥土力学性能的影响

利用GDS(global digital system)动三轴仪对固化淤泥土开展动三轴UU试验,研究其轴向累积应变、动强度、动应力-动应变滞回曲线和动弹性模量等参数的变化规律。研究表明:固化土轴向应变随振动次数呈阶梯状分布,轴向应力较小时,固化土轴向应变先随振动次数增加而增大,随后趋于稳定,且固化掺量越高,轴向累积应变越小。固化土的动应力-动应变曲线呈应变硬化型,试样发生剪胀破坏,固化剂掺量越大,曲线越陡。复合固化剂掺量和围压越大,滞回圈的面积越小,其位置越靠近竖轴;滞回圈的面积先随振动次数的增加逐渐增大,当振动次数超过1 000次后,其面积逐渐维持稳定。经复合固化改良后,淤泥土的初始动弹性模量有显著提高,且围压越高,动弹性模量越大,但在动力作用下变化显著,当应变超过1.0%后,固化土的动弹性模量与素土变化一致。     

地铁行车荷载下土体动强度和动应力-应变关系

通过对南京地铁三山街站底部的原状淤泥质粉质粘土进行循环三轴仪的室内动三轴试验 ,采用一定的动应力频率、不同的动应力比以及不同的固结状态来模拟地铁行车荷载及隧道周围土体 .研究了在地铁行车循环荷载长期作用下 ,淤泥质粉质粘土的动强度和动应力 -动应变的变化规律 .实验结果表明 ,淤泥质粉质粘土的动强度随动荷载循环次数的增加而降低 ,在设计基础时 ,所取土的强度指标必须根据一次列车的动荷载大小及其循环次数而定 ;淤泥质粉质粘土在地铁列车循环荷载作用下的动应力 -动应变关系的形式仍可用R .L .Kondner的双曲线关系描述 ;土体的动剪切模量、动抗剪强度等具有随动应变值的变化而变化的规律     

干湿循环作用下水泥改良泥质板岩粗粒土动力特性

为研究干湿循环作用对水泥改良泥质板岩粗粒土的动力稳定性影响,以标准养护龄期达28d的水泥改良泥质板岩粗粒土为试样,设计干湿循环条件下的改良土大型动三轴压缩试验.通过试验研究改良土动弹性模量、阻尼比和动应力强度等力学特征参数随干湿循环次数变化的规律,分析围压对干湿循环效应的影响,探讨干湿循环作用的影响机理.研究结果表明:1)随着干湿循环作用次数增加,最大动弹性模量和动强度均有所衰减,但衰减到一定程度后逐渐趋于稳定;2)最大阻尼比随着干湿循环作用次数增加而增加,但增加到一定程度后逐渐趋于稳定;3)干湿循环作用下,围压越大,最大动弹性模量和动强度的衰减幅度越小,最大阻尼比的增加幅度也越小.     

等荷载循环加卸载下砂岩变形滞回环特性研究

通过对砂岩试件等荷载循环加卸载试验,探究了砂岩试件的变形特性及塑性滞回环演化特征。结果表明：加载终点与卸载终点应变值均随着循环数有所增加,每一次循环均产生了一定的塑性变形,后四次循环新产生的塑性变形远小于初始循环,且随着循环数增加变形呈逐渐减少的趋势,最终试件被逐步压实,呈现出应变硬化现象。依据滞回环位置指标,发现塑性滞回环随着循环数增加逐渐右移,滞回环面积大小与应变值相关,循环加卸载终点的应变值越大,滞回环面积则越大,滞回环面积随循环数增加逐渐增大。     

等荷载循环加卸载下砂岩变形滞回环特性

通过对砂岩试件等荷载循环加卸载试验,探究了砂岩试件的变形特性及塑性滞回环演化特征。结果表明:加载终点与卸载终点应变值均随着循环数有所增加,每一次循环均产生了一定的塑性变形,后四次循环新产生的塑性变形远小于初始循环,且随着循环数增加变形呈逐渐减少的趋势,最终试件被逐步压实,呈现出应变硬化现象。依据滞回环位置指标,发现塑性滞回环随着循环数增加逐渐右移,滞回环面积大小与应变值相关,循环加卸载终点的应变值越大,滞回环面积则越大,滞回环面积随循环数增加逐渐增大。     

循环荷载作用下NaCl溶液对黏土动力特性影响及微观机理分析

针对黏土易与水结合,孔隙溶液环境变化对黏土动力特性有较大影响的问题,使用GDS真/动三轴仪对黏土试样进行模拟交通循环荷载下的分级加载试验,研究不同浓度NaCl孔隙溶液、振动频率对土体应力-应变关系和动弹性模量的影响,分析骨干曲线及弹性模量的发展规律,并结合电镜扫描,分析NaCl溶液浓度和振动频率改变前后试样的孔隙分布规律,得到微观孔径与动力特性的关系。结果表明,随着NaCl溶液浓度和振动频率的升高,应力-应变曲线和动弹性模量曲线呈上移趋势;阻尼比-动应变曲线随振动频率的增加而上升,随NaCl溶液浓度的增加而下降;NaCl溶液浓度升高,水化反应产生的胶体增多,微填充作用可有效减少小孔隙,振动频率增加则使得片状颗粒间距被压缩,层状结构减少,土体更加密实,有效减少大孔隙。研究得出的含NaCl溶液黏土受孔隙溶液浓度与振动频率变化的影响规律,可为研究其他环境下黏土的强度变化提供参考。     

点支式钢化和夹胶玻璃板的循环疲劳试验研究

为研究四点支承玻璃板在循环荷载作用下的力学性能,对采用浮头式驳接头点支承的8块钢化玻璃板和15块夹胶玻璃板进行了板中心集中力加载疲劳破坏试验,并观测了循环荷载作用下玻璃板中心点的挠度和关键点的动静态应力变化.试验表明:钢化玻璃在循环荷载作用下的循环荷载-板中心挠度曲线呈弱非线性,随着荷载循环次数的增加其抗弯刚度没有明显变化;夹胶玻璃在循环作用下的荷载-板中心挠度曲线与试验环境温度有关,在温度低于15℃时无滞回环,而温度在22～30℃范围内时,则有明显的滞回环;夹胶玻璃的等幅循环加载荷载-板中心挠度曲线在循环初期挠度随着循环次数的增加而逐渐增大,但循环次数超过5×104后,板中心挠度几乎不随循环次数的增加而变化.点支式钢化玻璃和夹胶玻璃经过5×105次循环加载后,卸载至零,再进行静载破坏试验,其静载抗弯承载力没有降低,表明钢化玻璃和夹胶玻璃抗疲劳性能很好.     

反复荷载下碳化混凝土力学性能及本构关系研究

为研究碳化对反复荷载下混凝土力学性能及本构关系的影响,本文通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验,得到各试件应力应变曲线及骨架曲线,考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应,从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件破坏形态、混凝土强度、弹性模量、峰值应变及极限应变的影响.试验表明:随着反复荷载下碳化混凝土内部损伤的积累,其应力应变曲线下降段比单调荷载下的更为陡峭,破坏较为突然,反复荷载碳化混凝土延性变差;反复荷载下随着碳化率的增加,混凝土碳化后的峰值应变有所降低,但变化不大;而峰值应力均有所提高,极限应变均有所降低.根据试验结果引入与碳化率相关的下降段参数修正系数建立了碳化混凝土反复荷载作用下应力-应变本构关系,通过与试验对比分析表明本文确定的本构关系与试验结果较为吻合.     

基于反双曲正弦函数的循环本构模型

为改善本构模型对循环变形应力-应变滞回环的预测能力，基于反双曲正弦函数提出了一个新的随动硬化律。在该硬化律中，背应力分为长程、中程和短程3部分，并且每部分都符合“A-F”硬化律的演化形式（即包含线性项和动态恢复项）。在长程和中程背应力中，动态恢复系数逐渐演化以描述大变形瞬态包辛格效应，并且系数中引入了棘轮系数以描述材料的棘轮行为；在短程背应力中，线性项和动态恢复项分别由两部分组成，其中一部分只在反向屈服发生时起作用以描述小变形下反向屈服塑性模量降低的行为。在单调加载时，该随动硬化律可以积分为一个反双曲正弦函数，并且调控单调加载响应、棘轮变形演化和滞回环形状的参数互不耦合。基于该随动硬化律，在次弹性大变形框架下建立了循环本构模型，并考察了其对棘轮变形和应力-应变滞回环的预测能力。     

冻融循环条件下灰岩力学性能试验研究

为研究灰岩在不同冻融循环条件下岩石物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2 000 KN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明：随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,随着冻融次数的继续增加,塑性特征逐渐明显,岩样脆性逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。     

高温后花岗岩循环加卸载力学行为数值模拟

高放核废料处置库在开挖和使用过中围岩不断承受周期荷载,进而影响了高放核废料处置库的安全稳定。基于此,本文使用数值模拟方法研究了高温作用后花岗岩循环加卸载力学行为,在得到一组可以反映高温作用后花岗岩三轴压缩力学行为细观参数的基础上,分析了温度及围压对循环加卸载应力-应变曲线、弹性模量和破裂过程的影响。研究结果表明,常温下循环加卸载应力-应变曲线与单调加载吻合较好,循环加卸载造成宏观裂纹两侧晶粒脱落；600°C高温处理后,单轴循环加、卸载过程都会对应微裂纹增加,导致应力-应变曲线偏离较多。而高围压限制了卸载过程微裂纹数目增加及Felicity效应,循环加卸载峰值强度与单调加载差距明显减小,但循环加卸载会造成宏观裂纹两侧出现晶粒压碎现象。弹性模量随循环次数变化主要分为峰前阶段、峰后破裂阶段及残余强度阶段。600°C处理后试样内存在大量热裂纹,弹性模量峰前阶段会存在明显上升阶段,且对围压更加敏感。     

冻融损伤后引气混凝土三轴强度准则研究

青岛海湾大桥为我国北方冰冻海域建设的第一座跨海大桥,为了有效评估冻融后承台引气混凝土的力学性能,开展了引气混凝土在冻融作用后各项基本力学性能衰减规律的试验研究。研究了海水冻融循环次数分别为0、100、200、300次的混凝土应力一应变关系,基于大型动静载伺服刚性试验机,测试受海水冻融后的混凝土应力应变曲线关系,根据混凝土应力应变曲线,总结混凝土弹性模量、抗压强度的衰减规律。根据试验结果建立了引气混凝土考虑冻融循环次数的OTTOSEN强度准则模型。试验现象表明：随着冻融循环次数的增多,混凝土轴心抗压强度、弹性模量等力学性能指标的下降程度均逐渐加大。该强度准则可为建立符合实际工程的混凝土结构冻融后抗裂设计理论提供基础资料。     

冻融循环作用下泥岩的力学特性及损伤机理研究

为研究冻融循环作用下岩石的损伤特性及发展规律,以泥岩为例,对泥岩在不同次数冻融循环条件下进行了单轴压缩和超声波检测试验,并分析在不同冻融循环条件下泥岩的力学特性。结果表明:随着冻融循环次数的增加,试样的原生裂隙受到反复冻胀荷载的作用引起损伤,试样脆性减小、延性增大,单轴抗压强度、弹性模量以及纵波波速均减小;对各力学参数的劣化规律及损伤机理进行了研究,建立了呈指数型衰减的模型,结果表明单轴抗压强度、弹性模量和纵波波速的劣化随冻融循环次数的增加而增大,但增大速率却逐渐减小,趋于稳定;最后,基于波阻抗为损伤变量,建立泥岩的冻融损伤方程,结果表明泥岩的损伤随着冻融循环次数的增加而增大,但增大速率逐渐降低。