循环荷载下岩石疲劳寿命双因素模型实验研究

通过对花岗岩、白砂岩和大理岩的单轴压缩、恒幅和变幅循环荷载疲劳试验,建立了一种测定岩石疲劳寿命双因素实验模型.试验表明,变幅应力是影响疲劳寿命的关键因素;变幅应力的基础疲劳寿命比恒幅应力的降低16.9%～18%,临界应力比降低23.0%～28.23%.尽管岩石的试验数据离散性很大,但本实验模型对于测定岩石全应力曲线非稳态区内的疲劳寿命具有良好的适应性;与传统方法相比,它更准确,更符合实际;因此该模型对岩石基础工程的设计和现场监测具有实用价值.     

循环荷载作用下心墙掺砾土动应力应变孔压模型

动力荷载作用下,心墙掺砾土的累积塑性变形和孔隙水压力的发展对心墙防渗体的安全至关重要.基于Bouc-Wen光滑滞回模型,考虑滞回圈捏拢效应,结合非关联流动法则,建立本构模型,模拟循环过程中土体产生的累积塑性应变和增长的孔压.通过糯扎渡心墙掺砾土均压固结和偏压固结状态的循环三轴试验,研究其动应力应变关系及孔压响应.将模型曲线与试验曲线进行对比分析,验证模型描述掺砾土动应力应变关系的合理性和有效性.     

常幅循环荷载下岩石的变形特性

利用RMT-150B岩石力学多功能试验机,对花岗岩进行常幅循环加载试验,研究循环加载过程中岩石的变形特性。试验结果表明:岩石疲劳破坏时的变形量保持相对稳定,而且这一变形量与静态全过程曲线破坏后区对应上限应力处的变形量相当,验证了极限变形规律;岩石的轴向应变、横向应变和体积应变都具有3阶段演化规律,3阶段的划分基本一致;横向应变的3阶段规律比轴向应变的明显,横向应变速率亦大于轴向应变速率,因此,从变形的角度建立岩石的疲劳破坏准则更可靠,采用横向变形或横向变形速率作为岩石疲劳破坏或失效的判据,更有利于工程应用。     

循环压缩荷载下岩石的疲劳裂纹扩展机制

通过有限元方法建立3种几何条件的岩石裂纹模型．考虑岩石裂纹面接触问题,对循环载荷作用下的裂纹萌‘生扩展进行分析．研究结果表明,裂尖区域在循环压缩载荷作用下的残余拉伸应力是导致裂纹扩展的重要因素．同时,还对不同裂尖几何在裂纹描述的合理性方面提出了一些看法．研究结果表明,裂纹在循环压缩载荷作用下的扩展能力是有限的、稳定的．     

循环载荷条件下岩石塑性滞回环的演化规律

通过对循环载荷条件下细粒砂岩在不同载荷水平、不同位移速率时的变形特性及其塑性滞回环演化规律的分析发现：1）循环载荷条件下岩石的加、卸载曲线不重合,将形成一封闭的塑性滞回环,该塑性滞回环从第2循环起将趋于稳定;2）不同载荷水平和不同位移速率下第1循环时的各拟合参数值与第2循环相比存在有较大变化,但从第2循环曲线起,各拟合参数均将逐渐趋于恒定;3）随着位移速率和载荷水平的变化,其拟合参数将随之而发生变化;4）在相同位移速率和相同载荷水平条件下,同一次循环时岩石变形曲线的加载段与卸载段的相应拟合参数值不同.     

长期循环荷载下粉细砂的累积变形特性

在分析循环荷载下粉细砂轴向塑性累积变形受初始孔隙比、有效固结压力及动应力比等因素影响规律基础上,考虑动偏应力水平及初始固结压力影响,建立了一种参数具有明确物理意义的计算粉细砂在循环荷载作用下轴向塑性累积变形的显式模型.通过对上海地区粉细砂非等向固结排水循环三轴试验结果进行模拟,得到了相关参数,验证了模型的有效性和合理性.     

峰前和峰后循环荷载下岩石断裂损伤特征

在岩体开挖过程中,循环荷载可能发生在峰值前,也可能发生在峰值后.为获得岩石在峰前和峰后循环作用下的断裂损伤演化特征,采用数字图像相关法和声发射技术,进行了三点弯曲开口花岗岩梁的断裂试验.采用割线模量、声发射能量、有效裂缝长度分别构建了岩石断裂损伤指数D_E、D_AE和D_L,并对岩石的断裂损伤过程进行了定量分析.结果表明：岩石试样的损伤指数存在明显的率效应,在相同循环次数下,加载速率越大,其损伤指数越小.对于峰前循环加载条件,采用D_E可以较好地反映岩石由弹性阶段向弹塑性阶段的断裂变化过程.而在峰后循环加载条件下,采用D_L可以更好地表现岩石从阶梯上升到持续破坏的断裂损伤过程.     

岩石应变软化的有限元计算

本文讨论了岩石应力-应变关系曲线及其理想化假设,考虑到岩石应变软化特性.编制了柑应的望性有限元程序.经与理论值比较后表明该计算的可行性和正确性.     

长期循环荷载作用下饱和软黏土的应变速率

为探讨长期循环荷载作用下饱和黏土的变形性状,对珠江三角洲的典型淤泥质饱和软黏土进行了室内循环三轴试验,重点研究了饱和黏土的残余应变速率.通过对试验结果的分析发现:在长期循环荷载作用下,黏土的应变速率随时间延长而减小,应变速率对数与时间对数间的关系可用直线描述;初始静偏应力与动偏应力的耦合作用以及不同的排水条件对黏土的残余应变速率有较大影响.文中结果为长期循环荷载作用下饱和黏土变形机理的进一步研究提供了理论基础.     

岩体结构面三维循环加载本构关系

研究岩体结构面在循环加载条件下的三维力学性质。通过对二维数值模型合理推广,建立三维本构模型。法向加卸载本构为逐步硬化的双曲线函数。切向模型基于加载为双曲线函数、卸载为线性函数的本构方程建立,并引入剪切方向角描述三维切向接触特性。考虑峰值剪切现象,以切向塑性功为主要参数,建立峰值摩擦角和剪胀角的磨损方程。以初始剪胀角和残余剪胀角为主要参数建立剪胀方程。数值计算结果与试验曲线的对比表明,该模型体现了各向异性结构面的非线性受力变形特性、表面磨损和不均匀剪胀行为,能较好模拟三维循环加载本构关系。     

循环载荷作用下岩石声发射时空演化规律

利用先进的声发射测试分析系统对细粒砂岩进行了声发射定位试验。通过对循环载荷作用下细粒砂岩声发射定位试验研究,分析循环载荷作用下岩石变形破坏全过程的声发射时空演化特征及其损伤演化规律。试验结果表明:静态加载阶段的声发射信息很好地反映了岩石在压密阶段、弹塑性变形阶段的损伤演化规律;循环阶段初期声发射都由小裂纹产生的小事件组成,持续时间及能量值都比较小,空间定位结果显示了事件大都在静态加载阶段形成的成核区产生,且空间事件点变化不快;循环中期声发射能量在时间上变化不大,偶有起伏,空间上事件点变化缓慢,每循环只有少量增加,在时空上都处于一个稳定发展阶段;循环末期每循环的声发射事件数、能量值都急剧增加,特别是破坏阶段达到最大值,事件点由能量高、持续时间长的大事件组成,空间演化迅速,事件点在成核区不断聚集并快速连接,不断向顶部扩散,最后容汇贯通形成宏观破裂面;峰后由于破裂面相互滑动摩擦带动附近的弱结构单元形成新损伤,继续产生声发射,且在完全停止加载后因岩石内部寻求新应力场平衡仍有少量声发射。     

Strength properties of the jointed rock mass medium under dynamic cyclic loading

The dynamic strength properties of the intermittently jointed mediums are studied using model test to investigate the jointed rock mass behavior under dynamic cyclic load. The model test results demonstrate that (i) the dynamic strength of the jointed samples increases with the loading frequency and decreases with the loading loops; (ii) the dynamic residual strength will not be zero like the static residual strength under one-axle loading condition; (iii) the dynamic strength changes greatly with the joint density and joint angle, and it differs from that of the static strength which reaches the lowest at an angle of 45° + ψ/2, while in the dynamic case, the lowest strength is at the angle of 45°.     

循环加卸载下岩样变形与强度特征试验

基于在伺服试验机上对不同晶粒大理岩样进行单轴循环加卸载试验,研究了岩石的变形与强度特征.结果表明,岩石材料具有明显的记忆性,岩样循环加卸载过程的外包络线与单调加载的全程应力-应变曲线相吻合,加卸载路径不能完全重复,应力与应变之间不存在一一对应关系,岩样的线性变形并不意味着弹性变形;循环加卸载对岩石力学参数的影响不是很大,其偏差在正常离散范围以内;整个循环加卸载过程中,岩样的杨氏模量及能耗并非常数;弹性阶段加卸载的平均杨氏模量基本一致,能够表征岩石材料的变形特性,且在弹性阶段能耗较少,而在裂隙压密、屈服和破坏阶段耗能较多;软弱岩样在加卸载过程中需要消耗更多的能量.     

循环荷载作用下软岩力学性能试验研究

通过泥岩和页岩的单轴动循环荷载试验,对泥岩和页岩在动荷载作用下的动应力-应变发展特征进行了研究,重点分析了滞回环面积、动弹性模量及阻尼特性变化特征。结果表明:1页岩在循环荷载作用下的动应力-应变曲线为稳定型,泥岩表现为破坏型;2在相同的循环应力下,页岩的滞回环面积经历初始快速增加后变得平缓,泥岩的滞回环面积在初始时快速增加,经历短暂的缓慢递增后快速降低;3页岩动弹性模量随循环次数增加基本不受影响,泥岩动弹性模量在循环初期有所降低,当循环次数达到30次时,动弹性模量迅速降低;4页岩阻尼比和阻尼系数在循环荷载作用下基本保持不变,泥岩阻尼比和阻尼系数在循环初期基本保持不变,但当循环次数达到30次时,就会突然降低。5在相同的循环荷载作用下,页岩力学性能基本上保持不变,泥岩力学性能随着循环次数增加而快速衰减。     

次加载面理论及其在土体循环塑性模型中的应用

简要介绍了次加载面理论的基本思想、假设及其物理解释．开创性地把次加载面理论与广义塑性力学相结合，把常规的椭圆-抛物线双屈服面模型扩展为次加载面循环塑性模型，并通过多种应力路径下土体本构响应的模拟，表明次加载面循环塑性模型能较好地反映循环荷载作用下土体呈现出的非线性、滞回性与变形的积累性三方面的主要特征，初步验证了模型的有效性．     

静载及循环荷载下砂土中复合桩基承载特性模型试验研究

随着桩基的广泛应用,对桩土间承载机理的研究越来越多.根据桩土间接触作用,采用大比例桩土模型进行了室内试验.为更好地仿真桩土间的摩阻效果,试验过程中对桩的材料进行了改进,并开发了一套竖向静载及循环加载系统和测试装置.通过对砂土中复合桩基进行竖向静载和循环加载试验,基于模型桩基的桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩底反力等数据的分析,发现桩基承载性能随加载次数增加而增强:桩顶沉降提高了29.6%,桩身轴力提高了40.4%,桩侧摩阻力下降,桩底反力提高了50%,且桩基极限承载力提高了25%,为继续研究服役期桩基不同加载条件下的桩-土作用提供了数据支撑.     

反复荷载下预压装配式框架接合部受力性能

通过两榀预应力预压装配式梁柱组合体在低周反复荷载下的试验,了解了预压装配式框架节点两侧梁端应变分布及受力状态,确定了梁端组合截面屈服荷载和极限荷载,并给出接合部正截面承载力的计算方法。试验表明,反向加载存在掀起效应。从控制变形和裂缝的角度来考虑,应将承载能力予以折减。     

循环载荷作用下突出煤力学性质演化分析

以具有突出倾向煤制备的型煤试件为研究对象,对其在循环载荷作用下的力学性质及不同载荷水平时的滞回曲线演化规律进行了分析。结果表明：型煤试件在循环载荷作用下的加、卸载曲线将形成滞回环,且从第2个循环后,开始出现次级滞回环;随着循环次数的增加,滞回曲线围成面积逐渐减小;循环载荷水平的选取与煤样的变形响应程度密切相关;滞回曲线的加卸载段分别可以用二次曲线进行表征,随着加卸载次数的增加,各拟合参数变化规律性明显,但与载荷水平变化规律性不强;加卸载阶段各对应拟合参数的符号均相反。