沙漠砂可发性聚苯乙烯混凝土的应力-应变曲线及其本构模型

针对有关沙漠砂可发性聚苯乙烯(EPS)混凝土尚无相关研究的情况,分别对6组不同密度的沙漠砂EPS混凝土进行单轴压缩实验,并通过与常用普通混凝土本构模型进行对比评估及对数据进行拟合,得出适用于沙漠砂EPS混凝土的本构模型。结果表明:沙漠砂EPS混凝土初始加载时存在压密过程,峰后应力衰减至峰值应力的40%～60%后,应变以延性为主,并且存在多次压实-破坏过程;现有常用混凝土本构模型均与实验曲线存在一定区别,在未对其进行改进前并不适用沙漠砂EPS混凝土;所得的沙漠砂EPS混凝土本构模型与实验曲线贴合度较高,可较好地描述该材料的本构关系。     

沙漠砂混凝土轴心受压应力-应变曲线试验分析

为探究单一变量下沙漠砂混凝土应力-应变全曲线,分别设计4组不同沙漠砂取代率的棱柱体混凝土试块,进行单轴受压试验,分析沙漠砂混凝土破坏现象、破坏过程以及破坏特征,并研究不同沙漠砂取代率对沙漠砂混凝土峰值应变、极限应变、弹性模量的影响.研究结果显示:沙漠砂混凝土与普通混凝土相比,其破坏特征具有一定的差异性;取代率为20％时沙漠砂混凝土其轴心受压强度达到最高,且胶凝材料对沙漠砂包裹效果较为明显;沙漠砂混凝土脆性明显高于普通混凝土;沙漠砂混凝土无量纲应力-应变曲线上升段、下升段均采用过镇海模型较为贴合,且能准确描述沙漠砂混凝土在单轴受压作用下的变形特征.     

单轴压缩条件下普通混凝土柱的峰后非线性尺寸效应

将单轴压缩条件下遭受到剪切带(峰值应力之后呈现线性应变软化行为)形式的单一剪切破坏普通混凝土试样的峰后应力-应变曲线斜率的解析解推广为非线性情形.在峰值应力之前,采用Scott模型描述非线性的本构关系.剪切带的非线性应变软化本构关系由导出的最短普通混凝土试样峰后斜率反算.利用得到的峰后本构关系,对其他较长的普通混凝土试样的应力-应变曲线进行了预测.预测的峰后应力-应变曲线依赖于试样的高度,且与实验结果吻合.估算的剪切带内部平均塑性剪切应变远大于在单轴压缩条件下测得的轴向应变的极限值.若测得的峰后应力-应变曲线被视为本构关系,则普通混凝土柱的峰后延性将被极大地低估.     

冻融损伤混凝土的应力应变关系

为了研究寒冷地区冻融损伤混凝土的力学性能,对108个普通混凝土试块进行了冻融损伤试验,探究在不同冻融次数作用下试块表面的损伤特征、质量损失率以及饱和含水率的变化特点,通过混凝土压缩破坏试验得到了其在不同冻融损伤程度下的破坏特征和应力应变值。试验研究表明,随着冻融次数的增多,试块的质量损失率先减小再增大,在第45次冻融时试块的质量损失率达到最小值;试块的饱和含水率则是先减小后增加,在第50次冻融循环时饱和含水率达到最小值。另外,还提出了冻融循环境下单轴受压混凝土在不同冻融循环次数条件下的应力-应变关系计算模型。     

MgSO4环境对混凝土强度影响的试验研究

以掺有粉煤灰和不掺粉煤灰的两组混凝土试块作为研究对象,通过室内模拟试验研究了不同浓度硫酸镁溶液侵蚀环境下,混凝土试块抗压强度及峰值应变随龄期的变化规律。由试验可知,混凝土强度的增长随着时间的增长呈现先增大后缓慢增长的趋势。相同龄期下,随着硫酸镁溶液浓度的增加,试块峰值应变先增大后减小,并且得到粉煤灰的掺入对试块力学性能有一定程度提高。     

粗骨料对高温后沙漠砂混凝土抗压性能影响数值模拟

针对高温作用对混凝土强度带来的不利影响以及中砂资源匮乏的问题,将沙漠砂混凝土视为由粗骨料、沙漠砂砂浆及界面相组成的三相复合材料。采用随机骨料模型建模,对高温后沙漠砂混凝土单轴受压破坏过程进行了数值模拟,分析粗骨料体积含量及粒径大小对高温后沙漠砂混凝土单轴抗压性能的影响。结果表明：高温后沙漠砂混凝土的破坏相继发生于界面相、界面相周边砂浆及外围砂浆,混凝土最终沿近对角线方向发生斜向破坏。随粗骨料体积含量增加,沙漠砂混凝土抗压强度先增大后减小,体积含量45%时,抗压强度最大。相对于最小粒径与中间粒径,粗骨料最大粒径对高温后沙漠砂混凝土抗压强度的影响更为显著。本研究可为沙漠砂混凝土的应用提供理论依据。     

基于广义Kelvin模型的三维流变损伤本构模型

岩石加速流变阶段蠕变损伤引起的附加蠕变是导致岩石破坏加快的重要原因．以一维广义Kelvin体应力应变关系为基础,推演三维流变本构方程,并引入Kaehanov损伤演化方程,建立了基于广义Kelvin模型的三维流变损伤本构模型．通过对花岗片麻岩三轴流变试验结果的模拟,验证了该模型的有效性．结果表明：基于广义Kelvin模型的流变损伤本构模型可以反映花岗片麻岩的减速蠕变和等速蠕变过程,并且可较理想地反映加速蠕变过程．     

基于声发射参数的混凝土循环加卸载动态损伤破坏特性研究

对5种不同几何尺寸与不同配合比的混凝土试件进行了不同加载速率下的单轴压缩试验,同步进行了声发射(AE)数据的采集;在对比分析AE参数与应力应变关系的基础上,进行了不同加载速率下的混凝土损伤机理与破坏机制研究;通过分析不同加载速率下的应力应变全曲线,研究了循环加卸载中的损伤破坏特性的速率效应;构建了基于AE参数的损伤变量模型,并基于该模型进行了动态损伤特性分析.结果表明:混凝土的峰值应力与弹性模量随加载速率的提高而增大,表现出明显的规律性;但峰值应变随加载速率的变化而表现出较大的离散性.峰值应力前的AE能量随加载速率的提高而增加;加载速率越大,上升幅度越大,峰前释放的能量越大,混凝土内部破坏越严重,残余能量不足以维持试件继续承受更多的循环加卸载而直接进入破坏阶段;峰后可完成的循环加卸载次数随着加载速率的提高而减少.在不同加载速率下材料损伤破坏的路径不同,但损伤起点与破坏终点是重合的;随加载速度提高,损伤破坏的路径变短,加载速率差异越大,损伤破坏路径差异越大;混凝土在不同应力阶段的损伤程度及破坏形态与加载速率有较强的相关性.加载速率的提高改变了混凝土的能量释放过程与方式,形成了不同的损伤破坏机制,在不同加载速率下的损伤破坏机理存在较大差异.     

高温对沙漠砂混凝土抗压强度的影响

为了对沙漠砂混凝土高温后力学性能进行研究,通过不同沙漠砂替代率的沙漠砂混凝土高温试验,分析温度、沙漠砂替代率和冷却方式对沙漠砂混凝土高温后抗压强度的影响规律,建立沙漠砂混凝土高温后抗压强度的衰减模型。结果表明,与普通混凝土相似,随着温度升高,沙漠砂混凝土试件表面颜色逐渐变浅;随温度升高,沙漠砂混凝土抗压强度呈先增大后减小趋势;随着沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土高温后抗压强度呈先增大后减小趋势,沙漠砂替代率40%时,沙漠砂混凝土高温后抗压强度达到最大。     

橡胶沙漠砂混凝土的力学性能及其本构模型

为研究橡胶和沙漠砂对混凝土力学性能的影响，试验采用沙漠砂(替代率为0%～60%)和改性橡胶集料(替代率为0%～15%)掺入混凝土中部分替代河砂，通过单因素试验，共设置16组配合比，分别通过混凝土立方体力学性能试验、混凝土棱柱体单轴压缩试验对橡胶沙漠砂混凝土的力学性能进行研究。试验结果表明：混凝土的立方体抗压强度及劈裂抗拉强度伴随沙漠砂替换率增加先增长后下降；当沙漠砂替换率一定时，橡胶集料替换率增加，混凝土的立方体抗压强度持续降低、峰值应变与极限应变小幅度增加、劈裂抗拉强度呈先降后增再降的规律；基于过镇海模型以及CEB-FIP拟合取得的橡胶沙漠砂混凝土应力-应变曲线与试验获得的曲线契合良好。就有效再利用废物资源来说，建议取用沙漠砂替代率为20%或40%,橡胶集料替代率为10%的橡胶沙漠砂混凝土。     

动态扰动对不同含水率砂岩应力松弛影响的研究

采用课题组自制的岩石松弛-扰动试验装置,研究了不同含水率砂岩的松弛过程动态扰动的影响,测试轴向应力、轴向应变的变化,观察到了砂岩试样在动态扰动后应变增加、应力降低的现象.根据试验数据,分析了松弛稳定后水对砂岩试样应力松弛量和应力松弛度的影响,基于岩石松弛扰动效应的本构方程,得到不同含水率扰动系数在2~6之间.结果表明:(1)由于水的影响作用,松弛稳定后砂岩试样的应力松弛量增加、应力松弛度增大,水对砂岩试样应力松弛衰减的影响作用增强;(2)在相同的冲击扰动能量作用下,含水率高的砂岩试样在动态扰动后应变增加和应力降低的现象更明显,扰动系数随含水率增加而增大.     

粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土力学性能影响

为了研究粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土力学性能影响,进行不同粉煤灰掺量和沙漠砂替代率的沙漠砂混凝土28 d抗压强度和28 d劈裂拉伸强度试验研究,分析粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土28 d的抗压强度和劈裂拉伸强度的影响规律。实验结果表明:随着沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度均呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为20%时,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度均达到最大值;随着粉煤灰掺量增加,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度先增大后减小,粉煤灰掺量为10%时,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度达到最大值。试验结果可为沙漠砂在工程中的应用提供指导和借鉴。     

粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对高强沙漠砂混凝土力学性能影响

为了研究粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对高强沙漠砂混凝土力学性能影响,进行不同粉煤灰掺量和沙漠砂替代率高强沙漠砂混凝土28 d抗压强度和劈裂拉伸强度实验,分析粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对高强沙漠砂混凝土28 d抗压强度和劈裂拉伸强度影响规律.实验结果表明:随着沙漠砂替代率增加,高强沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为20％时,高强沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度均达到最大值;随着粉煤灰掺量增加,高强沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度先增大后减小,粉煤灰掺量为15％时,高强沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度达到最大值,为沙漠砂在工程中的应用提供指导和借鉴.     

煤岩非线性损伤蠕变模型探析

为了研究煤岩蠕变特性,分析前人煤岩蠕变特性实验结果,在广义Kelvin模型的基础上建立了煤岩非线性损伤蠕变理论模型。假定煤岩损伤演化是应力和时间的函数,同时引入非线性硬化函数推导了煤岩非线性损伤衰减蠕变方程和蠕变全过程方程。任意给定方程中材料参数和加载条件,理论得到了煤岩衰减蠕变和蠕变全过程随时间变化曲线,对比前人煤岩蠕变实验结果,验证了用理论模型去研究煤岩的蠕变特性是可行的。     

碾压混凝土的动态力学特性分析及损伤演化本构模型建立

为了深入认识碾压混凝土的动态力学特性,参考实际水工混凝土大坝工程制备试样,借助改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置测定碾压混凝土的动态性能,得到不同级配碾压混凝土试样在动态冲击荷载下(应变率为25～80s-1)的应力-应变曲线,分析其强度和变形特性、破坏形态和吸能特性,并建立基于Weibull分布的损伤演化本构模型。研究结果表明:碾压混凝土强度较低,加载过程中应力发展不充分,其应力-应变曲线呈现1个明显的平台阶段;碾压混凝土的峰值应力、峰值应变、单位体积吸能率均随加载应变率的提高而增大,并满足二次多项式关系;建立的统计损伤演化模型可以有效地描述碾压混凝土在动态冲击荷载下的力学行为,理论结果与实验结果吻合较好。     

基于强度参数演化的裂隙岩体峰后应力-应变关系求法

完整岩块峰后应力应变关系的表达不能较好反映裂隙岩体峰后特性,为得到适合裂隙岩体峰后应力-应变关系,在试验数据基础上,基于库伦强度准则,分析裂隙岩体峰后强度参数的演化行为。根据裂隙岩体在不同围压和裂隙倾角时的不同峰后特性,将峰后应力-应变关系简化为A和B两种类型。以应变作为应变软化参数,假设黏聚力、内摩擦角为应变的分段线性函数,给出裂隙岩体峰后两种类型应力-应变关系式的求法。将A和B两种类型应力-应变关系式算出结果与试验结果进行比较,得出用裂隙岩体的应力-应变关系求得峰后应力-应变曲线与试验数据基本一致。     

分级加载蠕变全过程岩石硬化及损伤机制

基于红砂岩单轴分级加载蠕变试验,结合对试验数据的整理与分析,研究红砂岩蠕变特性,探讨岩石分级加载过程中的硬化-损伤机制。研究结果表明:低应力水平阶段,瞬时变形模量逐级增大,红砂岩出现硬化现象,瞬时应变由0.037 2%减小到0.030 7%,岩石力学性质以硬化为主;中等应力水平阶段,硬化效应增强的同时损伤也在发展,硬化和损伤相互竞争,不断发展;高应力水平阶段,粘滞系数减小,导致损伤扩散速率增大,蠕变应变由0.013%增加到0.021 8%,岩石的力学性质以损伤软化为主。以此为基础,在广义Kelvin模型中引入硬化函数和损伤变量,建立能反映红砂岩硬化-损伤机制的模型,并与红砂岩的试验曲线进行拟合,两者吻合较好。     

树脂混凝土弯曲蠕变性能试验研究

为了研究树脂混凝土的蠕变性能,开展了不同应力水平下的树脂混凝土弯曲蠕变试验;并应用三种蠕变变形发展模型对试验数据进行了拟合。结果表明:树脂混凝土弯曲蠕变发展符合三阶段的规律,初始阶段蠕变发展较快,第二阶段蠕变发展缓慢,试件断裂前蠕变发展突然加快并破坏;随着应力水平的增大,树脂混凝土弯曲蠕变变形发展加快。利用试验数据与模型拟合得到了模型参数,广义Kelvin十元件模型具有较好的预测性。     

基于库伦理论的桥面混凝土动态力学特性分析

在桥面水泥混凝土铺装层病害日益增加的背景下,为了分析在车辆动荷载作用下桥面水泥混凝土的力学性能,改善桥面铺装层使用效果,基于Coulomb理论的剪切破坏条件,通过室内试验制作圆柱水泥混凝土试块,采用SHPB试验装置对试块施加不同的冲击荷载,研究不同强度水泥混凝土试块的破坏形态、动态抗压强度和应力应变特征。结果表明：冲击荷载引起的水泥混凝土试块由块状失效破坏到粉碎状失效破坏;冲击荷载能够增强混凝土的抗压强度,对强度较低的水泥混凝土增强效果更明显,且动态抗压强度增强率最高为143.7%;在动态力学作用下水泥混凝土应力应变曲线也呈现四个阶段,随着应变的增加水泥混凝土应力应变曲线斜率变小,从应变硬化转变为应变软化特性。对水泥混凝土动荷载作用下的物理力学特征分析能为工程桥面水泥混凝土铺装层强度提高和性能改善提供一定参考价值。     

循环荷载作用下海北地区原状黄土动力特性试验研究

为了探究固结应力比、循环动应力比与加载频率对原状黄土动力特性的影响,本文以青海省海北地区原状黄土为研究对象,基于英国GDS双向动态三轴试验系统,考虑土体不同起始应力状态及交通荷载不同动力条件进行试验。结果表明:固结应力比、循环动应力比与加载频率对原状黄土的轴向累积应变、回弹应变与回弹模量均有影响,且固结应力比相较于循环动应力比和加载频率其影响要更为显著,固结应力比K=1.0时土体的回弹应变大致为K=1.67时的2倍;在不同试验条件下,回弹模量均在加载初期变化较大,循环次数达到500次后,回弹模量随循环次数的发展基本不变;当K=1.0,f=3.0,循环动应力比由0.1增加到0.7时,回弹模量衰减程度最大,能达到21.60%,当K=1.67,f=3.0时,回弹模量衰减达到10.52%;回弹模量随固结应力比与加载频率的增大而增大,随循环动应力比的增大而减小;轴向累积应变随固结应力比与循环动应力比的增大而增大,随加载频率的增大而减小,不同试验条件下,在循环次数N=500次时轴向累积应变基本达到稳定状态。