岩石的卸荷劣化及其本构模型研究

卸荷条件下,岩石的变形参数产生劣化效应,弹性模量E在卸荷较小时变化较小,随着卸荷量的增加其快速减小;而泊松比μ则随着卸荷量的增加而变大.岩石的破坏阶段,变形参数与其应力跌落量有关:E随着应力跌落量的增加而减小;并呈线性关系.根据岩石变形参数的变化规律,将卸荷条件下岩石的损伤本构模型分为三段:一般加载段、卸荷段、应力跌落段.结合试验证明修正的统计损伤本构模型较为符合实际.     

静力荷载作用下微观负泊松比锚杆的本构模型

微观负泊松比(NPR)锚杆具有高应力和高均匀延伸的力学特性,但其本构模型的研究还不够深入。故对此开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的拉伸试验,研究了静力拉伸过程中微观NPR锚杆的应变场演化规律,得到了静力荷载作用下微观NPR锚杆的应力-应变关系曲线。基于试验结果,建立了微观NPR锚杆的本构模型,并将该本构模型嵌入到ABAQUS有限元软件中,开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的数值分析。对比试验结果和数值分析的结果可以看出,两者具有较好的一致性,表明所建立的本构模型能够较好地表现微观NPR锚杆的力学特性。     

芒硝力学特性及其本构模型

为了解芒硝的力学特性,在MTS815岩石伺服试验机上对其进行了力学试验,包括单轴压缩试验和等围压三轴压缩试验,并对其强度和变形特征进行了分析。分析表明,芒硝在单轴压缩下表现应变软化特性,且强度很低,属于软岩的范畴;当围压在5 MPa以上时,芒硝表现明显的应变硬化特征。根据芒硝变形特性,提出了以岩石塑性应变作为微元统计分布变量,同时引入一个能够反映岩石破坏部分承载力的比例系数,建立了能够反映岩石应变硬化特征的损伤统计本构模型,并用试验资料对其进行了验证。结果表明,该模型能够较好地反映芒硝岩样的破坏全过程,且在单轴压缩下,芒硝微元破坏部分承受的力很小,可以忽略;而在高围压作用下,微元破坏部分承受的力比较大,不能忽略。     

强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学特性及本构模型

研究氧化铝陶瓷在强冲击加载下的力学响应和动态本构模型. 利用一级轻气炮对陶瓷靶板进行冲击加载,测量得到靶板内的应力-时间曲线,并分析得到氧化铝陶瓷的动力学特性. 结合陶瓷材料破坏特性分析,从脆性材料内翼型裂纹的产生和扩展机理出发,建立了微裂纹损伤本构模型,其中损伤参数通过微裂纹尺寸和微裂纹数2个变量进行描述. 实验与计算结果表明,该模型较好地描述了强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学行为.     

铝土尾矿泡沫轻质土单轴抗压力学特性及唯象本构模型

铝土尾矿泥是一种常见的工业废弃物,为了更好地利用铝土尾矿泥,减少其对环境的污染,将铝土尾矿泥掺入泡沫轻质土中制备新型铝土尾矿泡沫轻质土,研究了铝土尾矿泥掺量对铝土尾矿泡沫轻质土抗压强度及破坏模式的影响,并基于两参数Weibull分布函数,提出适用于铝土尾矿泡沫轻质土材料的一维受压损伤本构模型.研究结果表明,铝土尾矿泡沫轻质土的无侧限抗压强度随着铝土尾矿泥掺量的增加呈指数型减小,7d无侧限抗压强度可达到28d无侧限抗压强度的83%;铝土尾矿泡沫轻质土的名义应力-应变曲线在单轴受压作用下主要包括弹塑性阶段和破坏平台阶段,在单轴受压破坏之后存在应变软化和应变硬化行为,具备良好的缓冲性能;根据Weibull分布函数和Avalle模型,研究了铝土尾矿泡沫轻质土材料一维受压损伤唯象本构模型,建立了模型参数与铝土尾矿泥掺量的关系式,为铝土尾矿泥在泡沫轻质土中的应用提供参考.     

基于结构性参数的土本构模型研究

在结构性的作用下,结构性土的力学特性与重塑土相比存在显著区别.基于结构性土的变形特性,引入结构性土的本征压缩曲线,提出了表征土体结构性的结构性因子,通过该参量推导了结构性土的体变方程,并给出了结构性因子的发展准则,结合修正剑桥模型建立了结构性土的本构模型.该模型与原修正剑桥模型相比,增加了3个参数.最后通过两种结构性土的试验数据对所提模型进行了验证,证明了所提模型的合理性.     

土本构模型的有限元-神经网络耦合模拟

根据土样结构试验,将土的神经网络模型并入有限元法中,采用有限元－神经网络耦合算法,模拟土的本构关系,得出一些结论。     

非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型

自然界所存在的原状土具有一定的结构性,与室内重塑土在加载过程中所表现出的力学特性(如变形和强度)具有明显的差异.本文以复合体损伤理论为基础,建立了适用于非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型,并给出了损伤变量λ的演化规律.其主要思想是把土材料看作由相对完整的土和相对破碎土两部分混合而成,二者的力学性能不同,且在受力过程中,相对完整的土逐渐转化为相对破碎的土,故分别采用弹性和弹塑性模型描述.该模型所采用的参数(除结构性参数β、α以外)均可以直接通过实验确定.结果表明,该模型能够较好描述非饱和原状土的应力-应变特性,尤其是应变软化现象,且所给出的扰动变量演化规律也能够较好描述土结构性退化规律.     

湿度波动下黏质土路基回弹模量演化规律

历经多次干湿循环的路基土,其力学性能劣化现象非常突出,路基的路用性能也随之衰减.基于室内试验研究含水率周期性变化对路基回弹模量的影响规律.遵循现场测试含水率变化态势,利用"透水石渗水—静置—烘箱脱水—透水石渗水—静置—烘箱脱水……"一系列湿度循环来模拟现场路基土的含水率波动过程,同时测试其回弹模量.结果表明:黏质路基土回弹模量受含水率变化的影响非常明显,回弹模量随湿度循环次数的增大而减小;在相同的应力状态下,黏质路基土的平衡含水率越高,其回弹模量值对含水率的周期性变化越敏感,且回弹模量值趋于不稳定状态.     

粗粒土路基的压实试验

通过改变室内击实试验的击实参数,对影响粗粒土压实特性的相关因素进行分析;利用现场试验,对粗粒土路基压实厚度、压实机械及压实遍数等影响压实效果因素综合分析后,针对粗粒土中粗粒含量的变化,提出采用三点二次插值函数的定量分析方法及定量与定性分析相结合的方法对粗粒土的压实质量进行评价。结果表明,含水量对粗粒土压实影响较小,应采用大吨位的振动压路机对粗粒土进行压实。     

路基工作区的确定方法研究

通过应用BISAR软件,详细比较路基工作区深度的确定结果与原路基教材上的方法,全面分析了道路铺面结构的刚度效应、道路路基的刚度效应、车辆荷载的效应对路基工作区深度的影响.通过分析,发现原工作区深度确定方法中关于铺面结构层厚度当量换算方法存在不当之处,以及按车辆荷载附加应力与道路自重应力之比的应力比来确定路基工作区深度将带来的某些不合理之处,提出以车辆荷载附加应力与路基土单轴压缩强度之比的应力比作为衡量路基工作区深度的改进建议.     

咸阳长武人工植被春季土壤含水量研究

根据对咸阳长武苹果林地和麦地春季土壤含水量的测定,讨论了该地区人工植被春季0～6 m土壤含水量的变化特点及对水循环的影响等问题.结果显示,咸阳长武地区中龄苹果林地春季土层剖面的含水量从上向下均呈现由高到低再到高的变化趋势,主要耗水层位是100～310 cm,而麦地的土层含水量由上向下呈现逐渐增高的变化趋势,主要耗水层位是0～120 cm.春季麦地土层平均含水量较苹果林地通常高3%～4%,但第1层较苹果林地低,第2和第3层较苹果林地高,尤其是第3层含水量更高.研究表明,该地区春季麦地尚无干层发育,苹果林地130～310 cm土层已零星分布有厚度较薄发育较弱的干层,如果年降水持续不足600 mm,该地区将发育较为广泛的土壤干层.苹果林地土壤干层的出现部分地切断了大气降水向深层的入渗,使大气降水不能正常补给地下水,从而影响该区水分的正常循环.为保持苹果林基本正常的生长和土壤水的正常运移,应避免严重的土壤干层出现,严格控制种植密度.     

不同初始条件下土体污染后的物理力学性质变化实验研究

土体的物理力学性质在受污染后会发生改变,同时也受到不同初始条件的影响。通过室内土工试验研究不同含水率、颗粒及矿物组成等初始条件下土体受重金属及汽油污染前后的主要物理力学性质变化规律。结果表明:随着初始含水率的增大,污染前后土体的密度均增大,当初始含水率低于最优含水率时,污染前后粉质黏土的密度变化率更大;当土体初始含水率低于最优含水率时,随着初始含水率的增加,污染粉质黏土的塑限增大而液限减小;高于最优含水率后,塑限减小而液限增大;污染前后粉质黏土的压缩系数及其相对变化率随着含水率的增大均呈增大趋势;粉质黏土的黏聚力污染前随着含水率的增大而减小、污染后则随着含水率的增大总体上呈现先减小后增大的趋势;污染前后内摩擦角均随着含水率增大而降低,低含水率时下降速率较缓,大于最优含水率后下降速率增大。土体颗粒及矿物组成对污染物污染效果也有很大的影响,总体而言,细砂相较粉质黏土在同样初始含水率及污染物作用后物理力学性质更加稳定。     

基于BP网络的土壤水分预报研究

基于一个具有两个输入变量，一个输出变量的误差反传网络结构模型，对土壤床中10cm,20cm,30cm,40cm,50cm等不同深度处的水分含量进行预报，结果表明，该模型的预报精度较高，其最大相对误差为－4．04％，最小相对误差为－0．34％，平均相对误差为1．68％（绝对值），还能同时预报不同深度处的土壤水分。     

冰水堆积土路用压实特性研究

目的研究冰水堆积土的路用压实性能,为同类工程提供参考。方法进行了路基填筑现场试验,采用压实质量检测法检测压实效果,并使用沉降差法验证检测效果。结果研究结果表明：冰水堆积土宜选用光滑振动压实机械碾压,适当降低碾压速度,可提高压实效果,冰水堆积土上铺设砂卵石粗粒料后碾压,可以提高冰水堆积土的压实性能。结论可以通过选用合适的压实机械与碾压速度来优化冰水堆积土填料路基设计及施工参数。     

风积土路基道路冻害防治措施试验

根据辽西地区的水文地质气候特征,考察了近几年的辽西地区风积土路基道路的冻害现象,发现存在的道路冻害现象有:冻胀、融沉、翻浆冒泥、开裂等.分析研究表明土质、温度、水是产生这些冻害的根本原因.针对这些冻害,从其产生的根本原因出发,采取碾压击实路基、风积砂换填、无机结合料稳定土路基等措施对其进行防治,并进行了路基风积土冻结试验、碾压击实试验、风积砂换填试验、水泥煤渣稳定土层和石灰粉煤灰稳定土层试验研究.通过对试验数据分析得到了其冻结规律,采用碾压击实法,其最佳压实度度为93%～95%;采用风积砂换填隔水法,风积砂垫层时位置应在地下水位以上,一般应在土基50-80 cm深度处铺筑,换填厚度在中湿路基为15～20 cm,潮湿路基为20～30 cm;采用无机结合料稳定土防止、防治风积土路基道路冻害,厚度均应在25 cm左右,其中水泥、煤渣、风积土的质量比约为6:40:54,石灰、粉煤灰、土三者的质量比为14:30:56,在此基础上.对各种措施的防治效果进行了对比评价.     

限制性剪切蠕变的渐进式破坏发育模式与本构方程分析

以标准红砂岩方形试样为研究对象,运用自行研制开发的软弱煤岩剪切蠕变试验设备和煤岩细观力学特性测控软件、超声波检测设备,对红砂岩限制性剪切、限制性剪切蠕变过程的破坏过程、破坏模式、渐变特性进行了分析。结果表明:红砂岩试样在限制性剪切、限制性剪切蠕变条件下表现出明显的渐变破坏特性;大部分试验过程中试样内部的超声波速减小幅度较小,仅在临近破坏处有明显减小;红砂岩限制性剪切蠕变破坏发育过程表现为先形成主控破裂面,又在其附近区域形成丰富微裂隙,并发育、相互贯通,最后克服剪切面摩擦力并发生突发式破坏,且伴有较大断裂声;其破坏模式发育过程呈渐进式,破坏模式呈突发式;建立了一种可以表征红砂岩剪切蠕变渐进式破坏发育过程的本构模型。     

木材冲击韧性含水率修正模型的研究

对杉木和茅栗两种木材含水率为9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%时的木材弦向冲击韧性进行了测试,并测定含水率为12%时木材径向冲击韧性,同时在现有标准冲击韧性含水率计算模型基础上建立修订模型。试验结果表明：杉木的径向冲击韧性平均值为46.112 kJ/m2,弦向冲击韧性平均值为37.514 kJ/m2;茅栗径向的冲击韧性平均值为82.994 kJ/m2,弦向的平均值为76.271 kJ/m2,在0.05水平上经t检验差异均显著。建议在修订《木材冲击韧性试验方法》标准时,增加冲击韧性含水率修订模型A12=AW[1+0.02(W-12)]和径向冲击韧性试验部分内容。