击实黏土Ⅰ型断裂韧度测试新方法研究

为研究击实黏性土断裂韧度,研制了土体断裂韧度测试新仪器,通过新仪器对黏性土进行了断裂韧度测试,讨论了试验方法的合理性;并结合前人的研究成果探讨了土体断裂韧度与抗拉强度之间的关系。结果表明,击实黏性土中的裂缝扩展规律符合线弹性断裂特性,可采用线弹性断裂理论对其进行研究;击实黏性土断裂韧度与抗拉强度之间存在线性关系;但土体颗粒性质、颗粒机配、试样含水量、试验方法等均对土体断裂韧度有影响,需进行更深入的研究。     

胡骏峰1,2

为了探究粘性土剪切断裂韧度特性,使用土体剪切断裂韧度测试仪,在掺入不同粒径大小的砂砾和不同含量砂砾的情况下,通过该仪器探究对土体剪切断裂韧度值的影响。试验结果表明：在土体中掺入砂砾能提高断裂韧度值,并且土体的剪切断裂韧度值随着掺砂量的增高而增高。但掺入不同大小的颗粒粒径的砂砾对断裂韧度值的影响效果是不同的,在相同含砂量下,掺入颗粒的粒径越大,其断裂韧度值提高的幅度越低。掺入砂砾对土体剪切断裂特性的影响特性可以通过砂砾与粘性土的混合土体结构组成来解释说明,其主要的影响作用机理有团粒化作用、填充作用和摩擦作用等3个方面。     

击实土单轴抗拉强度试验研究

黏性土体内的裂缝产生与其抗拉强度有关.在分析土石坝心墙水力劈裂、地基裂缝等问题时,考虑抗拉强度对深入研究土体应力变形特性有重要意义.对3种不同土料的击实试样进行了抗拉强度试验,其中,1种土料为塑性相对较高的黏土,另2种为砾质黏土.通过试验,研究了各种土料在不同击实功、试样由非饱和变化到饱和状态、不同制样含水率时的抗拉强度.结果表明,黏性土的抗拉强度随着击实功的增大而增大;试样由非饱和变化到饱和状态后,其抗拉强度大幅降低;在同一击实功下,土体的抗拉强度随着制样含水率的增加而减小.     

水岩作用下砂岩断裂韧度及抗拉强度的试验研究

为了解在考虑时间效应的水岩作用下砂岩Ⅰ型断裂韧度、抗拉强度的变化规律及其相关性,选取三峡库区库水变幅带砂岩为研究对象,设计紧凑的实验方案,对周期性饱水-风干循环状态和长期饱水状态下的砂岩试样开展了三点弯曲断裂韧度试验和劈裂抗拉强度试验.试验结果表明:在水岩作用下,砂岩的断裂韧度和抗拉强度软化效应明显,且随着浸泡时间的增加,软化效应呈先增大后稳定的趋势.同时,在同一周期内砂岩试样的断裂韧度和抗拉强度有相近的软化系数,契合岩石的抗拉强度和断裂韧度存在较好的相关性.最后通过数据拟合得到了砂岩断裂韧度与抗拉强度的相关关系,拟合相关性较高,并通过与试验数据的比较,验证了公式的可行性.研究成果对水岩作用下砂岩断裂韧度与抗拉强度的相关性有一定的参考价值,为通过砂岩抗拉强度预测估算断裂韧度提供了便利,同时也可为其他类型岩石的相关研究提供参考.     

应力对混凝土断裂参数测定有效性的影响

对于线弹性材料,裂缝尖端平行于裂缝方向的T应力会影响裂缝的扩展方向和起裂断裂韧度,然而在混凝土类准脆性材料的断裂韧度测试中,无论是起裂断裂韧度还是失稳断裂韧度,T应力的影响却少有研究.以混凝土Ⅰ型断裂韧度测试常用的三点弯曲梁、楔入劈拉试件为对象,计算了裂缝尖端的T应力大小,并分析了其对裂缝扩展方向和断裂韧度的影响.分析计算结果表明:这些常用试件裂缝尖端的T应力相比于裂缝尖端控制因素应力强度因子K很小,不会影响裂缝扩展方向,保证了混凝土断裂失稳前一直处于Ⅰ型裂缝状态;另外,T应力对起裂断裂韧度和失稳断裂韧度的数值也不会产生影响,说明常用试件进行的混凝土断裂韧度确定方法是可靠有效的.     

基于SPSS的土工击实试验数据处理

以陕西延安某高填方场地土体为研究对象,对填方场地的黄土、古土壤及黄土与古土壤(体积比1∶1)的混合土分别进行了轻型击实试验和重型击实试验。利用SPSS曲线估计和统计功能对击实数据进行拟合分析,结果表明:二次函数模型和三次函数模型的拟合结果都是可行的,但是三次函数模型比二次函数模型的拟合结果更好。最后统计分析了轻型与重型击实试验结果的关系,发现重型击实试验与轻型击实试验的最大干密度之间呈线性关系,最优含水率之间也有类似的线性关系,并且求得了这两种击实试验结果之间的转换关系式。     

含Ⅰ型裂纹的普通混凝土梁断裂特性试验研究

通过三点弯曲梁试验方法,采用电阻法测定混凝土梁的起裂、失稳荷载,分别对不同尺寸、不同预制裂缝的普通混凝土梁进行断裂试验研究。结合双K断裂韧度计算方法,计算不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。分析研究缝高比及梁高对起裂和失稳韧度、断裂能等断裂参数的影响。试验结果表明:试件的初始缝高比及梁高对混凝土的起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度均有一定程度的影响。     

矿渣碎石粘性混合土的击实试验研究

土的强度和稳定性与土的密实程度是息息相关的,在实际施工中,土的密实程度取决于由土的击实试验测得的控制指标,例如:土的干密度、土的最优含水量等,对于一般粘性土的击实试验目前已有较多的研究,但工程实践中经常会遇到矿渣碎石,将矿渣碎石与粘性土混合成为一种特殊的混合土,其物理、力学、工程性质与一般土有很大的不同,在矿渣碎石粘性混合土的击实试验中,使用的矿渣碎石粘性混合土是以细粒土含量为主,以矿渣碎石颗粒的含量为辅的土,着重分析混合土中的矿渣碎石颗粒含量对击实效果的影响,发现最优含水量随着矿渣碎石颗粒含量的提高而呈一定规律的曲线形变化,最大干密度也有同样的变化规律;控制压实质量的压实度也呈一定规律的变化.     

高温后混凝土双G断裂准则分析

借鉴常温下能量型断裂模型,结合线弹性断裂力学和虚拟裂缝区上的粘聚应力分布,以能量释放率G作为断裂性能判定参数,建立高温后混凝土裂缝扩展的双G准则.该准则采用起裂韧度GIC,ini和失稳韧度GIC,un描述裂缝发展阶段,引入粘聚韧度GIC,c建立3种韧度之间的定量关系,并通过高温后楔入劈拉法试验进行验证.最后将能量法和应力法求得的断裂韧度值进行对比,发现两者能够很好吻合.     

黄河冲积粉土的吸力和强度特性关系

采用GDS非饱和三轴仪对黄河冲积粉土击实土样进行同时控制净室压力和吸力的三轴剪切试验,研究了吸力和土样强度之间的关系.试验结果表明,非饱和与饱和土样均呈现出应变硬化的双曲线形应力-应变关系;非饱和状态下土样的内摩擦角近似等于饱水状态下的有效内摩擦角,同时总黏聚力随吸力增加而线性增大;随着吸力的增大,土样的强度提高,说明吸力对土体具有强化作用;土样临界状态线的斜率是一个与吸力无关的常数,临界状态线在q轴上的截距μ反映了吸力对强度的贡献,对该击实粉土,μ和s呈线性关系.     

压实粘土单轴拉伸变形特性试验研究

为了研究土体的拉伸变形特性,进而更好地去分析与解决土体由于拉伸破坏而引起的裂缝与地表塌陷等工程问题,本文以压实粘土为研究对象,基于自主研发的新型土工单轴拉伸试验装置开展了系统的试验研究,探讨了压实粘土的破坏形式与影响因素,以及峰值位移随试验变量的变化规律与拟合公式。研究结果表明：压实粘土单轴拉伸破坏形式不固定,包括拉伸断裂面形状不固定;断裂面为试样薄弱面,断裂面唯一,但薄弱面不一定唯一;断裂面的位置受试样尺寸与拉伸速率影响;拉伸破坏不是纯脆性破坏,而是存在软化阶段。另外,压实粘土的峰值位移受试验条件的影响明显,具体表现在：峰值位移随拉伸段长度的增加而增大,二者呈现出较好的对数关系;峰值位移随拉伸速率的增加而增大,二者呈现出较好的线性关系;峰值位移随压实度的增加而增大,二者表现出较好的线性关系;峰值位移随含水率的增加而增大,二者表现出较好的线性关系。     

重庆合川地区须二段岩石断裂韧度

探讨重庆合川地区上三叠统须家河组第二段储层岩石在水力压裂过程中的裂纹扩展特性。通过50 kN电子伺服试验机及“人”字形切槽巴西圆盘试件对须二段致密砂岩进行断裂韧度实验研究,获得Ⅰ型及Ⅱ型断裂韧度的数据,并对断裂韧度的特征及其与岩石力学参数的关系进行分析。结果表明须二段砂岩轴向和径向上的Ⅰ型断裂韧度都小于Ⅱ型断裂韧度。随着砂岩粒度的增大,Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度都逐渐减小,且与弹性模量、抗压强度、抗张强度及内聚力呈现较强的正相关性。Ⅰ型张开型的裂缝扩展特征和贯通程度要比Ⅱ型滑开型的简单且破坏较弱,若岩样中含有纹层等弱的岩石力学结构面,岩样的裂纹扩展样式更加复杂,断裂韧度测试值也相应地减小。合川地区须二段砂岩在纵向上进行压裂作业时,更容易在纵向上形成延伸较远的纵张裂缝。     

多变元非线性复杂系统的优化与模拟退火算法

为了解决高合金高强高韧钢的性能优化问题,以获得最佳的强度和韧性的配合,采用人工神经网络方法建立多变量与多目标函数之间的关系,并将MonteCarlo方法中的模拟退火算法与人工神经网络BP算法相结合,解决了这类复杂系统中多函数变量与多目标函数之间没有确定的解析关系因而无法进行直接优化的难题·解决了航天用高强高韧钢性能优化问题,并为解决多变元非线性复杂系统的优化问题提供了一种新的有效的方法·     

金属断裂表面分形维数与金属力学性能之间关系的研究进展

综述了近十余年来金属断裂表面分形维数与金属力学性能之间关系的研究成果和研究进展。主要包括金属断面分维与金属的冲击韧度、断裂韧度、拉伸性能之间关系的具体进展。     

室温下TC11钛合金准静态拉伸力学性能实验研究

针对典型航空材料TC11钛合金的拉伸性能,采用准静态拉伸实验对不同应变率条件下的TC11钛合金的应力-应变关系进行了研究,利用扫描电镜分析了其拉伸断口形貌。实验结果表明:TC11钛合金具有一定的应变率敏感性,抗拉强度和屈服强度均会受到应变率的影响;准静态拉伸时TC11钛合金试样出现了颈缩现象,试样截面形状为杯锥状,试样断口存在光滑的剪切唇区和灰色的纤维区,其断裂属于韧性断裂,但是其韧性较差;TC11钛合金拉伸断口形貌主要为大小不一的韧窝,随着应变率的增大,试样拉伸断口韧窝的大小和深度均变小,同时出现了少量的撕裂棱和准解理面,试样的断裂机制为以韧性断裂为主和伴有准解理断裂。因此,在准静态拉伸条件下,TC11钛合金的力学行为与应变率有关。     

基于裂纹扩展的管道钢阻力曲线测试评估

高级别新型管线钢的不断涌现,其管材韧性和强度都得到了大大提高。然而,现有断裂韧性测试方法要求采用高约束的标准试样,管线钢很难满足试样尺寸条件,管道钢断裂韧性和裂纹扩展阻力的测试需要经过大量的实验和数值模拟评估。本文利用三点弯试样,测试了X65管线钢的断裂韧度和阻力曲线,对现有断裂韧度测试标准进行了评估,利用损伤模型评估了X65管材阻力曲线的厚度约束效应。结果显示：标准BS7448比ASTM-E1820计算得到的CTOD值更大,并且随着裂纹扩展长度增加,两种方法得到的CTOD比值增大。     

金属断裂表面分形特性初探

论述了近10余年来金属断裂表面分形维数的测量方法，以及分形维数与力学性能之间关系的研究成果和研究进展，综合分析了金属断面分维与金属的拉伸性能、冲击韧度、断裂韧度、材料损伤之间关系。讨论了金属断裂与分维的一些具体的内在矛盾和进一步改进的措施。     

层合板厚度对桥接和层间断裂韧性影响的研究

复合材料层合板分层扩展行为的准确模拟与分析对层合板结构设计十分重要.针对现有研究未定量描述Ⅰ型层间断裂韧性与层合板厚度之间关系这点不足,借助ABAQUS有限元软件建立平面应变模型,通过对厚度与层数比例的控制,采用迭代方法来确定试样厚度对桥接区牵引分离行为的影响. 同时,考虑内聚力本构关系,利用有限元方法研究厚度为2、4、8 mm的单向碳/环氧复合材料试样层间分层扩展行为.结果表明,层间的稳态断裂韧性随着试样厚度的增加而增加,但初始断裂韧性与厚度无关,进而验证试样厚度对层合板层间断裂韧性的影响,分析结果与实验值有较好的一致性.