土坡破坏过程的离心模型试验研究

为了研究土坡的破坏过程并进一步探讨滑坡的机理,开发了土坡离心模型试验和测量技术以观测加载条件下土坡的变形过程。进行了自重加载情况下的土坡离心模型试验,观察了土坡的破坏过程并测量了土坡的位移场变化。结果表明,新开发的试验测试技术能够较好地测量离心试验过程中土坡的变形。自重加载条件下土坡的破坏过程较为复杂,先后出现了拉裂缝和滑裂面,可以分为相对均匀变形阶段、应变局部化阶段和破坏后阶段等3个阶段。其中应变局部化与破坏过程关系密切,土坡的破坏可能是多种应变局部化的结果。     

刀具侵入作用下节理岩体位移及应变场演化特征试验研究

为了研究在全断面岩石隧道掘进机(TBM)作用下节理岩体的变形破坏特征,采用DSCM方法,通过对加载过程中试件表面数字散斑图像进行计算分析,获得刀具侵入作用下临界状态不同节理参数(倾角和间距)试件表面的位移场以及应变场分布特征。研究结果表明:节理参数的不同对试件表面位移场和应变场分布有着明显的影响,节理的空间位置控制着试件表面变形局部化特征,进而影响裂纹的扩展模式。试件达到临界破坏状态时,其应变场的分布特征能够很好地反映损伤局部化的特点。     

红砂岩巴西劈裂强度和极限应变的尺寸效应

为研究红砂岩中巴西劈裂强度和破坏极限应变的尺寸效应,试验采用了直径50mm,高度分别为20、25、30、35、40、45、50mm等7组不同厚度的红砂岩圆盘试件进行巴西劈裂试验,同时在试件圆盘中央黏贴应变片监测试件加载直至破坏过程中的横向应变、纵向应变。试验发现,不同厚度下的红砂岩试件所得巴西劈裂抗拉强度不同,试验回归分析了红砂岩中巴西劈裂抗拉强度与厚度的关系,在20~30mm厚度范围内,劈拉强度随厚度的增加而增大,在30~50mm范围内,劈拉强度随厚度增加而无明显变化。     

单颗粒杂质位置与圆盘试件单轴劈裂抗拉强度相关性研究

运用PFC3D颗粒流模型对单颗粒杂质位置与圆盘试件单轴劈裂抗拉强度的相关性进行了研究。对比分析了均质与含单颗粒杂质圆盘在巴西试验过程中的应力状态及破坏形态,揭示了杂质颗粒位置的不同对巴西圆盘抗拉强度实验结果的影响规律。结果表明,杂质颗粒可使抗拉强度减小,杂质颗粒位于加压轴线垂直方向的直径上时,距圆盘中心水平距离越近,对抗拉强度影响越大;杂质颗粒位于加压轴线上时,距圆盘中心距离越远,对抗拉强度的影响越大;杂质颗粒所处位置不同会导致试件发生不同形态特征的破坏。通过多次含有杂质圆盘单轴抗拉实验结果综合分析,得出了含杂质圆盘单轴抗拉强度实验结果的修正系数公式。     

高应变率下水泥砂浆劈拉强度试验研究

采用直径为74 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)设备对水泥砂浆在高应变率下的抗拉力学特性进行试验研究,受载试件采用平台巴西圆盘试样。通过控制不同气压,获得了50/s~342/s应变率范围内的水泥砂浆动态抗拉力学性能。为了凸显平台巴西圆盘试样的合理性,试验结果还与传统的巴西圆盘试样进行了对比。试验结果表明,水泥砂浆的劈拉强度,峰值应变及弹性模量随应变率的提高而提高,试验得出的动态强度增长因子(DIF)值随应变率的变化趋势与欧洲-国际混凝土协会(CEB)提出的模型比较吻合。破坏模式与应变率有一定关系,剪切破坏区的大小随着应变率的提高而提高。作为间接测量准脆性材料抗拉力学性能的方法,平台巴西圆盘试样优于巴西圆盘试样。     

基于CT图像的再生混凝土内部微变形演化分析

为研究早龄期再生混凝土试件在单轴受压破坏过程中内部结构的变形,采用X射线工业CT对再生混凝土试件在不同轴向荷载下的内部结构变化进行扫描观测,获得了再生粗骨料取代率分别为0、30%、50%的混凝土试件的CT图像.以CT图像中不同的灰度分布特征作为散斑结构,并将施加荷载前后的CT图像作为试件变形信息的载体,应用MatchID算法获得再生混凝土试件内部的实时位移场与应变场.变形云图直观揭示了试件在受压过程中内部微变形的演化发展过程,分析可知:相同加载条件下,试件内部变形量与再生粗骨料取代率呈正相关;随着轴向荷载增大,再生骨料取代率相同的试件其内部变形局部化特征趋于显著.文中采用的CT图像与MatchID算法相结合的方法为再生混凝土内部微变形的研究提供了新思路.     

DSCM测量铸铁裂纹尖端演化过程

基于梯度的搜索算法计算亚像素位移、基于位移场局部最小二乘拟合计算应变场.测量了铸铁预制裂纹三点弯曲梁裂纹尖端的演化过程,给出了试件加载过程中的全程荷载-位移曲线以及试件裂纹扩展的过程.由DSCM分析结果,给出了试件在不同加载阶段下裂纹尖端的位移场及应变场.     

岩石SHPB劈裂分析理论研究

为了分析岩石在冲击载荷下的动态劈裂破坏情况,通过分析巴西圆盘在动态劈裂和静态劈裂时表面应力分布均匀化的相似性,可以将静态劈裂时的弹性理论应用到动态劈裂当中,得到巴西圆盘在动态劈裂下的动态抗拉强度、动态抗压强度、应变率和应变的计算公式.应用三维非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,模拟巴西圆盘在分离式霍布金逊压杆实验装置上受冲击时动态劈裂的整个实验过程.基于动态抗拉强度公式和动态抗压强度公式,对试件的实际拉应力曲线与计算拉应力曲线进行对比,以及对实际压应力曲线与计算压应力曲线进行对比,通过对比曲线的相互吻合性证明数值模型适用于对岩石冲击劈裂破坏性质的研究.通过分析试样表面的应力均匀化过程以及试样表面对心压缩轴线上拉应力方向的应力分布情况,得出试样在对心压缩轴线表面上的破坏顺序是由从两个冲击端部向中心发展的;通过分析试样沿对心压缩轴线所切剖面上的拉应力分布,得出试样在厚度方向上的破坏顺序是由表面向内部发展的.     

复合应力状态下砂岩损伤演化与裂纹扩展特征试验研究

为从细观尺度上研究复合应力状态下岩石中裂纹的扩展,采用数字图像相关技术,对砂岩人字形切槽巴西圆盘试件展开试验研究。基于试验中获取的试件在加载全程中的裂缝开口位移、全场域的应变场和位移场的分布和演变规律,对岩石的损伤演化及裂纹扩展机制和特征进行分析。结果表明:复合应力状态下岩石的损伤演化具有明显的阶段性;主要断裂形态为翼裂纹和次生裂纹,均为拉剪复合型裂纹;翼裂纹起裂位置随加载角度增大向试件中心靠近,沿曲线路径向加载点扩展,扩展中主导机制为拉伸;次生裂纹从柱面边缘起裂,以较平直路径向切缝尖端或切缝上某处扩展,扩展过程快速而不稳定,拉伸与剪切在其扩展机制中所占比重随加载角度变化。     

盐岩巴西劈裂破坏声发射时序特征

 利用RMT-150B 岩石力学多功能系统和声发射监测系统,对盐岩巴西劈裂破坏过程中的变形与强度特征和声发射特征进行试验研究。试验结果表明：盐岩巴西劈裂破坏在峰值前的变形特征也存在类似单轴抗压试验的压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段;在压密和弹性阶段声发射事件较少,能量较小,进入塑性阶段后,声发射振铃计数迅速增加,能量增大;当荷载超过承载能力后,试件突然劈裂破坏,残余应力迅速消失。试验表明,可通过观察振铃计数、累计计数和能量判定试件破坏的前兆,为工程实践提供借鉴和参考。     

轴拉荷载下混凝土徐变性能的研究

用轴心受拉混凝土试件,在标准条件下养护一个月后,进行了不同应力水平下轴心受拉徐变破坏试验,观测了混凝土在不同应力水平下的轴拉徐谈变形过程,通过分析得到了对应于不同轴拉应力水平时的混凝土的徐变变形规律,当持荷应力高于徐变长期强度时,混凝土地持续拉伸荷载作用下的徐变变形随时间的增长不断增加,直至发生徐变破坏,这类徐变变形过程一般可以分为３个阶段（即徐变减速阶段、稳定徐变阶段和徐变加速阶段）、根据试验结     

高应力岩石局部化变形与隧道围岩灾变破坏过程

为了研究深埋隧道围岩变形局部化与渐进破坏现象,运用FLAC3D三维显式有限差分法分析软件,基于摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型,采用大变形的计算方法,研究了岩石试件在单轴压缩状态下局部化现象启动、发展直至试件最终破坏的全过程,进一步结合隧道物理模型试验,探讨了高应力条件下隧道围岩变形局部化与渐进破坏的关系,发现岩石材料表现出的软化性状与剪切带形成的结构软化有着密切的联系,从围岩屈服区和软化带的分布规律找到高地应力隧道围岩渐进破坏的突破口,并指出岩体单元的弹性变形和单元屈服后岩体的塑性挤出是隧道开挖后收敛变形的主要原因.     

薄层胶体受剪应力应变关系的测试方法

文中采用组合圆盘粘结试件,对胶层端部引入圆弧面构造并对钢质基体进行倒角处理,能够在胶层中形成均匀系数高达0.97以上的剪应力分布,并将粘结面上的正拉应力控制在很低的水平。利用INSTRON单轴伺服试验机高精度的内置位移测试系统,将系统变形从总变形中予以剔除,从而获得胶层竖向变形,并最终换算成胶层的剪切变形和剪应变。采用样品胶体进行的组合圆盘剪切试验表明,粘结件以胶层剪切破坏为特征,随后胶体与金属基体脱层,因此组合圆盘试验方法能够反映材料受剪性能,强度测试值可作为材料强度条件使用,受剪应力应变本构关系可在粘结构件承载力计算分析中应用。组合圆盘试验方法较为简单,适合在具有位移控制功能的伺服试验机系统的实验室采用。     

轴拉荷载下混凝土徐变性能研究

用轴心受拉混凝土试件,在标准条件下养护一个月后,进行了不同应力水平下轴心受拉徐变破坏试验,观测了混凝土在不同应力水平下的轴拉徐变变形过程,通过分析得到了对应于不同轴拉应力水平时的混凝土的徐变变形规律．当持荷应力低于徐变长期强度时,混凝土在持续拉伸荷载作用下变形速度缓慢,并且不发生徐变破坏;当持荷应力高于徐变长期强度时,混凝土在持续拉伸荷载作用下的徐变变形随时间的增长而不断增加,直至发生徐变破坏．这类徐变变形过程一般可以分为３个阶段,即徐变减速阶段、稳定徐变阶段和徐变加速阶段．根据试验结果,进一步…     

岩-煤组合体试样变形场与能量演化特征试验研究

采用数字散斑应变测量系统进行灰岩-煤组合体试样单轴压缩变形破坏演化试验,分析组合体试样变形局部化带和能量演化特征,揭示其渐进破坏机制。组合体试样变形局部化带演化主要与其内部原生裂纹起裂、扩展有关,变形局部化带首先出现在原生裂纹区域,沿最大主应力方向发育扩展,煤样内变形局部化带发育扩展相对较快,变形局部化带交汇、贯通导致组合体试样整体破坏失稳。变形局部化带位移错动量演化主要经历微变化、线性缓慢增长、非线性加速增长3个阶段,与轴向应力变化基本相对应,峰后变形局部化带快速扩展贯通,位移错动量非线性加速增长。外界输入能量主要被煤样变形破坏所消耗,煤样首先发生渐进破坏而释放能量,交界面处灰岩、煤样由协同变形转为非协同变形;煤样破坏诱发灰岩回弹变形并释放弹性能,部分弹性能作用于煤样而加剧其破坏,煤样发生拉-剪混合破坏;煤样内裂纹扩展传播至灰岩内,并与灰岩内裂纹贯通,导致其拉伸破坏。     

混凝土轴心受拉试件细观数值模拟

为在细观层次研究混凝土轴心受拉状态下的损伤破坏机理,基于ANSYS参数化设计语言,建立了能够表征混凝土骨料随机分布和细观相材料力学参数非均匀性的混凝土轴心受拉试件细观数值模型.通过数值模拟,得到了混凝土内部微裂缝产生、发展直至试件断裂的演化过程和应力—应变曲线.结果表明,对于混凝土轴心受拉试件,虽然受到均匀拉应力的作用,但是由于骨料分布的随机性和细观相材料力学性质的差异,试件内应力和应变分布并不均匀,裂缝扩展存在弥散、集中、局部化阶段.骨料的存在既是导致裂缝产生的根源之一,又可在一定程度上阻碍裂缝的发展.本文的数值方法可以克服物理试验加载时难以对中的局限,弥补宏观层次采用均匀化方法研究的不足,有利于揭示混凝土轴心受拉损伤的破坏机理.     

基于XFEM的PBX炸药巴西实验断裂行为研究

为研究巴西实验测量PBX炸药间接拉伸力学行为中加载方式的影响,采用扩展有限元方法对标准巴西实验、圆弧巴西实验和橡胶垫巴西实验中PBX炸药的裂纹起裂、扩展和断裂行为进行了数值模拟,计算得到了位移和应力分布,分析了不同加载形式对圆盘试样的力学响应及变形破坏的影响.结果表明,计算得到的破坏过程,位移分布和应力分布与实验值及理论值相吻合,圆弧和橡胶垫巴西实验均可起到减小加载部位接触应力的作用,有助于防止次裂纹的产生,橡胶垫巴西实验最适合PBX炸药间接拉伸强度的测量.      

不同平行距离下盾构施工对邻近砌体结构的变形影响

软土盾构施工将导致周边土体位移场改变,从而诱发邻近建筑产生附加变形甚至局部开裂.通过建立三维有限元数值模型,分析了隧道不同施工距离条件下,浅基础砌体建筑受盾构开挖的影响变形,重点研究了建筑物的横向水平位移、基础沉降特点、墙体的相对挠曲变形和主拉应变变化规律.结果表明:基础相对沉降峰值出现在隧道开挖面位于建筑物中部位置,绝对沉降峰值则出现在盾构施工完毕时;随着隧道中轴线与建筑物中轴线之间水平距离的增大,建筑横墙相对挠曲将依次呈现为下凹形态、"∽"形态以及上凸形态,且主拉应变在下凹和上凸形态相对挠曲最大时达到峰值;建筑纵墙主拉应变则因开挖面位置的不同呈现明显差异,主拉应变最大值出现在开挖面位于建筑物中部位置.     

中部集中空腔RC剪力墙拟静力试验与数值模拟研究

为了研究中部集中空腔RC剪力墙(空腔墙)的抗震能力,对空腔墙试件进行拟静力试验,研究中部空腔的设置对RC剪力墙结构承载性能、变形能力、耗能能力及破坏模式的影响.采用OpenSees软件中的非线性壳单元建立空腔RC剪力墙的有限元模型,对其力学性能进行数值模拟.研究结果表明:水平往复荷载作用下,空腔RC剪力墙的最终破坏模式为弯剪破坏,空腔墙试件的屈服荷载、峰值承载力和延性性能随着空腔率的增大逐渐降低.非线性壳单元可以较好地模拟空腔RC剪力墙的力学性能.在所研究的空腔率范围内,当位移角达到1/120时,空腔墙试件发生弯剪变形,且其承受的荷载尚未达到极限荷载,说明空腔墙具有较理想的抗震性能.     

Q500GJ高强度钢材焊接H形柱抗震性能试验研究

为促进Q500GJ高强钢材在钢结构工程中的应用，进行了5个Q500GJ高强钢焊接H形截面试件的水平往复加载试验研究，分析了试件的长细比、绕强弱轴加载等因素对试件破坏模式、变形能力、抗震耗能能力的影响. 结果表明，所有试件荷载-位移滞回曲线饱满，滞回性能良好. 骨架曲线正、反向基本对称，走势相似，从弹性变形到屈服点，荷载达最大后，开始下降直至塑性破坏. 试件绕强轴反复荷载，板件局部弹塑性失稳破坏，截面塑性发展不充分，试件绕弱轴反复荷载，全截面进入塑性破坏，试件绕弱轴反复荷载下延性系数要高于绕强轴反复荷载下的延性系数. 试件最大层间位移角为1/20，最小层间位移角为1/26，均满足《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010)中多、高层钢结构弹塑性位移角1/50的限值要求.