三维韧性剪切变形构造组构样式探讨

结合三维变形理论,在Transpression变形模型基础上,提出了"剪切方向物质挤出模型",并从三维有限应变角度定量探讨剪切方向物质(体积)挤出对剪切带宏观组构样式、转变的影响及其与运动学涡度的关系。变形过程中剪切方向物质挤出对韧性剪切带构造组构样式影响显著:在减薄型三维变形中,当竖直(z)方向体积挤出量小于剪切运动(x)方向挤出量(两者比值a<1或a=1)时,发生"拉长-减薄剪切变形",剪切带发育稳定的竖直面理和水平线理,运动学涡度数(ωk)对面理和线理组合不产生影响;当a>1时,发生"加宽-减薄剪切变形",剪切带组构样式取决于2个因素:运动学涡度数(ωk)和剪切带收缩量(k),可能的组构组合类型为"竖直面理和水平线理"或"竖直面理和竖直线理"。根据剪切方向物质挤出模型,得到结论:同一运动性质的韧性剪切带可形成不同取向的拉伸线理;拉伸线理方向不一定和变形的简单剪切组分方向一致。     

土-结构接触面剪切全过程本构关系研究

结合室内直剪试验分析土与结构接触面的本构关系,研究不同法向应力条件下接触面的变形特征和应力路径,并构建反映土-结构接触面本构关系的数学模型.试验结果表明:法向应力和界面粗糙度是影响接触面剪切特性的主要因素.界限法向应力的存在使得剪切破坏模式发生转变,其数值与接触面的粗糙度和土体的相关剪切属性有关.此外对接触面统计损伤本构模型进行改进,在忽略接触面厚度参数的基础上,结合剪切过程中的“三阶段”模式,提出了考虑接触面剪切全过程的统计损伤改进模型,并通过试验数据验证其正确性.该模型可以反映一定法向应力情况下土-结构接触面周围的整体变形量.     

三维韧性剪切变形构造组构样式探讨

结合三维变形理论,在Transpression变形模型基础上,提出了“剪切方向物质挤 出模型”,并从三维有限应变角度定量探讨剪切方向物质（体积）挤出对剪切带宏观组构样 式、转变的影响及其与运动学涡度的关系。变形过程中剪切方向物质挤出对韧性剪切带构造 组构样式影响显著：在减薄型三维变形中,当竖直（z）方向体积挤出量小于剪切运动（x）方向挤出量（两者比值a<1或a=1）时,发生“拉长－减薄剪切变形”,剪切带发育 稳定的竖直面理和水平线理,运动学涡度数（ω_k）对面理和线理组合不产生影响; 当a>1时,发生“加宽－减薄剪切变形”,剪切带组构样式取决于2个因素：运动学涡度 数（ω_k）和剪切带收缩量（k）,可能的组构组合类型为“竖直面理和水平线理 ”或“竖直面理和竖直线理”。根据剪切方向物质挤出模型,得到结论：同一运动性质的韧 性剪切带可形成不同取向的拉伸线理;拉伸线理方向不一定和变形的简单剪切组分方向一致。     

土微观结构特征的定量研究及其在工程中的应用

在不同类型粘性土的研究基础上 ,通过 SEM图像处理技术 ,提出了粘性土微观结构中结构单元体形态、定向性、孔隙特征等结构要素的定量评价指标 ,运用计算机图像处理技术 ,对几种粘性土在不同剪切荷载作用下的变形进行了分析。     

一种模拟土体剪切变形过程的统计损伤方法

首先,从土体单元的微观受力分析,建立出土体剪切变形损伤模型。其次,引进统计损伤理论,考虑剪切面微元的破坏强度服从Weibull分布情况下,建立出土体剪切变形过程的统计损伤演化模型。然后,利用建立的土体损伤模型和统计损伤演化模型,建立了模拟土体剪切变形过程的剪切变形损伤统计本构模型。该模型考虑了土体剪切破坏后的残余强度,可较好地反映土体剪切应变软化特征。最后,通过试验曲线和模型曲线以及现有同类模型曲线的对比分析,验证了该模型的合理性与可行性。     

北喜马拉雅穹隆带雅拉香波变质核杂岩拆离断层系中糜棱岩带构造特征及变形分析

雅拉香波变质核杂岩位于北喜马拉雅穹隆带东端,其拆离断层系的糜棱岩带构成杂岩核部外壳和周缘,带内主要变形岩石类型为石榴石千糜岩、糜棱状片岩、片麻岩和花岗岩,韧性剪切变形组构特征明显,石英和长石的拉长以及云母的定向排列而形成的透入性面、线理.运动学涡度统计和计算结果表明:雅拉香波变质核杂岩拆离系的剪切作用类型是以简单剪切作用为主的一般剪切;剪切带厚度减薄了77%左右;核杂岩南侧和北侧运动学涡度值对比发现,该杂岩属于自南南东向北北西主动伸展形成的不对称体系.分维数统计分析显示,剪切带糜棱岩动态重结晶石英颗粒边界具有自相似性,分维数值为1.05-1.18,初步估算出古应变速率在10-9.2-10-7.3s-1之间,变形古应力为13.7-25.6 MPa,变形温度不低于500℃,表明该变质核杂岩剪切变形发生于高温环境,一种可能的解释是变质核杂岩核部的浅色花岗岩为同构造侵位.     

北喜马拉雅穹隆带雅拉香波变质核杂岩拆离断层系中糜棱岩带构造特征及变形分析

雅拉香波变质核杂岩位于北喜马拉雅穹隆带东端，其拆离断层系的糜棱岩带构成杂岩核部外壳和周缘，带内主要变形岩石类型为石榴石千糜岩、糜棱状片岩、片麻岩和花岗岩，韧性剪切变形组构特征明显，石英和长石的拉长以及云母的定向排列而形成的透入性面、线理.运动学涡度统计和计算结果表明： 雅拉香波变质核杂岩拆离系的剪切作用类型是以简单剪切作用为主的一般剪切；剪切带厚度减薄了77%左右；核杂岩南侧和北侧运动学涡度值对比发现，该杂岩属于自南南东向北北西主动伸展形成的不对称体系.分维数统计分析显示，剪切带糜棱岩动态重结晶石英颗粒边界具有自相似性，分维数值为1.05—1.18，初步估算出古应变速率在10-9.2—10-7.3s-1之间，变形古应力为13.7—25.6MPa，变形温度不低于500℃，表明该变质核杂岩剪切变形发生于高温环境，一种可能的解释是变质核杂岩核部的浅色花岗岩为同构造侵位.     

松砂直剪试验中的经典与非经典场量数值分析

采用改进的离散元商业软件PFC2D,通过大量的模拟分析了松散砂土直剪试验中的经典与非经典场量。经典场量包括应力、应变、速度场以及应力路径;非经典场量包括转动场、组构和配位数等。不仅分析了剪切过程中经典与非经典场量的变化规律,而且探讨了两种常量之间的联系。研究结果表明,应力应变状态等经典变量与配位数、组构以及颗粒运动状态之间是相互联系的,非经典变量是经典变量的微观本质体现。     

饱和砂土液化过程中细观组构的模型试验研究

采用室内振动台模型试验对液化过程中饱和砂土颗粒的细观组构进行研究.分析了砂土颗粒在液化破坏过程中颗粒长轴方向、平均配位数、孔隙率的演化规律及其与宏观现象之间的联系.应用表征上述量的组构参数分析了砂土的诱发各向异性,指出在循环荷载的作用下,砂土颗粒不断重新排列定向以适应新的应力状态,导致累积配位数的丧失、孔隙率增大,继而导致液化的发生.研究成果对于揭示砂土变形(液化)的细观机理以及建立砂土的细观力学模型都具有重要意义.     

基于相对结构度的水泥固化压实土力学与变形特性研究

由于胶结作用和孔隙结构的影响,结构性土的力学与变形特性显著区别于重塑土.为了解结构性土的特性,采用人工制备水泥固化压实土,并通过固结试验和固结排水剪切试验对其相对结构度及其衰变规律展开研究.详细分析了胶结作用和初始孔隙比对水泥固化压实土压缩特性与剪切特性的影响,并根据压缩试验结果建立了适用于水泥固化压实土的相对结构度发展式,最后采用所提出的相对结构度发展式对水泥固化压实土的剪切特性进行分析.研究结果表明,相对结构度的衰变速率随着水泥掺量的增大而减小,但初始孔隙比并不影响水泥固化压实土变形过程中相对结构度随塑性体应变的衰变速率;水泥固化压实土的峰值应力与相对结构度有关,并随着相对结构度的降低而减小.     

摆式飞剪剪切过程弹塑性有限元模拟

用弹塑性有限元法模拟了连铸板坯在摆式飞剪下的剪切过程，并着重分析了变形过程中应力场及应变场的变化情况，得出了剪切力-行程曲线，摩擦力、剪刃间隙和剪切速度对最大剪切力影响的一般规律，为指导实际生产提供了理论依据。     

结构面剪切特性的试验与数值模拟分析

结构面的性质对岩体工程稳定性具有重要意义,通过室内试验和数值模拟,分析了结构面在直剪条件下的应力和变形特征,得到:①直剪试验过程中.剪力一剪切位移之间的关系逐渐从线性关系转化为非线性关系;当剪应力将要达到峰值剪切强度时,切向位移突然增大,岩体已开始沿结构面剪坏;②试样剪切强度与正应力之间符合Mohr-Coulomb线性关系;数值计算得到的应力应变关系与室内试验得到的结果相同,说明了数值试验的可靠性;③结构面剪应力的分布从结构面施加切向位移速率的一端向另一端逐渐增大:④随着法向应力的增大,最大剪应力分布区域基本上没有变化,说明法向力的大小对结构面剪应力的分布影响较小:并且根据Mohr-Coulomb理论.正应力在结构面上的分布情况类似于剪切力的分布情况.     

有效剪切面积对直剪试验结果的影响分析

我国现行土工试验的国家标准和行业规程中,对于直剪试验数据的整理和分析均未考虑剪切过程中土体本身或土体与其他材料接触面上剪切面积的变化.为此,推导了剪切过程中接触面剪切位移与有效剪切面积之间的关系,分析了现行数据整理方法引起的计算误差.结果表明,现行数据整理方法低估了土体或土体与其他材料接触面上的剪切应力和抗剪强度指标;直剪试验的剪切方向应沿着试样盒的长边方向布置.     

Impacts of Soil Moisture Content and Vegetation on Shear Strength of Unsaturated Soil

It is analyzed that the impacts of vegetation type and soil moisture content on shear strength of unsaturated soil through direct shearing tests for various vegetation types, different soil moisture contents and different depth unsaturated soil. The results show that the cohesion of unsaturated soil changes greatly, and the friction angle changes a little with soil moisture content, h is also shown that vegetation can improve shear strength of unsaturated soil, which therefore provides a basis that vegetation can reinforce soil and protect slopes.     

标准砂-钢板接触面剪切失效机理的宏细观研究

为探究标准砂-钢板相互作用失效机理,分析接触面受力变形情况,使用特制的带有观察窗的半模直剪仪对标准砂-钢板进行单调剪切试验,对其应力变形特性进行研究,并利用MiVnt和PFC2D进行细观分析。试验结果表明:标准砂-钢板接触面的剪应力-位移曲线呈现加工硬化,可视为理想弹塑性模式,曲线划分为线性增长、缓慢增长和水平发展三阶段;剪切过程中接触带孔隙率的变化规律和孔隙大小的变化规律相吻合;单调剪切过程中,接触面颗粒运动状态分为三类,对应剪应力-位移曲线的三个阶段,接触面通过颗粒的运动传递剪应力。     

合金材料锯齿形塑性失稳的实验研究与机理分析

轻质高强度合金具有重要的应用背景,而其机理仍未解明的锯齿型塑性失稳现象制约了它们的应用,同时该问题也是材料科学家关注的一个热点问题.基于实验力学的研究,作者所属的光测细观力学课题组提出用动态散斑方法研究合金材料锯齿形屈服剪切带,观察到带形成演化和传播的时空特征、带内应变动态分布和剪切带雪崩变形时拉伸试件的瞬态收缩变形;用固溶处理方法调节合金材料内部溶质原子浓度和析出纳米相颗粒大小与分布,观察到随之变化的锯齿与剪切带的时空特征演变,发现了溶质原子浓度与析出相颗粒这两种因素分别在不同固溶处理温度对动态应变时效起主导作用;建立了基于溶质原子与位错交互作用的物理唯象模型,得到不同加载应变率下与实验相符的锯齿形加载曲线,再现出锯齿形加载曲线和带反复传播的轨迹.     

麦秸秆加筋土的强度特性及细观结构分析

为了分析麦秸秆加筋对土体抗剪强度的影响,开展了4种加筋率(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%)和3种加筋长度(5,10,15 mm)下的三轴剪切试验.通过CT(计算机断层扫描)扫描图像,对比分析了加筋土和素土在加载过程中的细观结构变化.结果表明:麦秸秆加筋黏性土的抗剪强度和抗变形能力较素土都有显著提高,其中筋材长度为10 mm时加筋效果较好.所研究加筋条件下,土体黏聚力较素土黏聚力增大0.1～2.3倍,内摩擦角变化在±2°范围内.与素土相比,加筋土在剪切过程中无明显的宏观剪切破坏,均为鼓胀破坏.围压较小时,加筋作用明显,对土体的刚度影响较大,随着围压的增大,影响逐渐变小.CT扫描结果显示,麦秸秆加筋能够限制土体变形和裂纹扩展.因此,麦秸秆适宜作为黏性土的加筋材料.     

大跨径预应力混凝土箱梁的剪切变形分析

为分析剪切变形对预应力混凝土箱梁挠度的影响,依据经典Timoshenko梁理论,参照已建大跨预应力混凝土箱梁的截面尺寸,简化选取等截面悬臂箱梁为分析对象建立了空间有限元模型.按不考虑剪切变形和考虑剪切变形两种情况计算了箱梁的挠度,分析了剪切变形的影响随箱梁高跨比的变化,并讨论了传统观点中的考虑剪切变形的高跨比门槛值在大跨径预应力混凝土箱梁挠度计算中的适用性.然后,建立了虎门大桥辅航道桥的施工阶段分析模型,模拟箱梁的实际悬臂施工过程,分析了剪切变形对箱梁挠度的影响规律,计算并探讨了箱梁的长期徐变挠度,进而推算了箱梁的剪切徐变挠度.分析结果表明,剪切徐变是造成箱梁持续下挠的原因之一.     

基于离散元的南海软粘土剪切变形模拟

软粘土剪切变形是决定海洋构筑物、管线安全存在的重要因素,离散元能有效模拟粘土剪切变形。通过对南海神狐海域原状软粘土开展固结不排水三轴试验,得到离散元模拟所需宏观剪切强度参数指标;采用试错法调整细观参数使得双轴压缩模拟结果与室内试验相吻合,标定出一组适用于南海软粘土的细观参数组合。离散元模拟结果得到,在应变达到5.3%时,土体发生破坏,形成一条与X轴反方向为49°的剪切带;应变增加到10%时,倾角增大到57°。测量圆对剪切带内外的应变进行监测得到,剪切带内土体初始应变较大,在达到4%应变后不再继续发生变形;剪切带边缘区域,土体应变持续增大;剪切带外应变较小。一般的室内三轴试验无法得到剪切带内外土体应变变化定量数据,离散元模拟是对室内三轴试验的重要补充。