含裂纹灰铸铁试件拉伸破坏的试验研究

通过无裂纹、单边裂纹和双边裂纹灰铸铁试件对铸铁的拉伸破坏行为进行了试验研究。无裂纹铸铁受到拉伸载荷作用时呈现突然断裂,研究表明在铸铁中加入裂纹后总变形量和刚度降低,试件不会发生突然断裂,表现出一定的韧性特征。当灰铸铁试件中裂纹小于5 mm时,单裂纹试件和双裂纹试件的最大拉伸载荷力/位移曲线的割线刚度基本相同。裂纹纵向间距对双裂纹试件的最大载荷和割线刚度影响较小,但试件达到最大载荷后的变形能力随裂纹纵向间距的增大而增大。     

含三维内裂纹试件单轴压缩裂纹扩展机理及数值模拟

为了研究含三维椭圆内裂纹在压载条件下的裂纹尖端应力强度因子变化及裂纹扩展规律,基于裂纹尖端的应力状态,定义了应力集中系数函数δ,得到了裂纹前缘的转角θ和扭角Φ(分别对应裂纹的二型与三型破坏)随着裂纹前缘的变化规律.同时基于M积分与最大周向拉应变准则,计算出了裂纹前缘的应力强度因子及裂纹扩展规律,与室内试验成果进行对比,结果表明:裂纹的转角θ沿着裂纹前缘从长半轴到短半轴的过程中不断减小,裂纹的扭角Φ沿裂纹前缘不断增大;基于最大周向拉应变准则得出了椭圆裂纹压载条件下的裂纹扩展规律,并与试验结果进行了对比,解析规律及数值模拟规律与室内试验一致,验证了本文解析分析及数值分析的合理性.     

含裂纹岩石试件注浆模拟测试系统研制及试验研究

针对当前注浆实验多使用相似模拟材料制备类岩石试样,导致注浆加固效果评价不准、机理探析困难等问题,设计研发了一种含裂纹岩石试件注浆性能测试系统,该系统由三联同步注浆加压系统、岩石测试系统以及数据采集系统组成。首先,对同一岩性的多个岩石试件进行单轴压缩试验获得基准参数,并得到含裂纹岩石试件;其次,利用三联同步注浆加压系统进行注浆加固,并再次开展力学性能测试获得对比参数;最后,通过对注浆前后岩石试件力学性能及破坏形态进行对比,获得围岩注浆加固效果。利用该系统对淮南谢桥煤矿某巷道岩石进行测试分析,结果表明：注浆岩石试样强度性能取决于岩石强度和浆体材料中的较小值,注浆试件强度为原岩力学性质的70%～85%。该试验系统能够进行岩石裂隙注浆试验,并对揭示围岩注浆加固机理、指导现场注浆效果具有重要意义。     

混凝土试件裂纹扩展及破坏过程的计算机模拟

运用一个材料破坏过程分析ＭＦＰＡ＾２Ｄ系统,研究了混凝土试件中的裂纹扩展及破坏过程。该方法认为宏观破坏行为是由于具有弹性一脆性特征的细观微元体不断破裂造成的。而造成微元体不断破裂的原因是策元体材料性质的非均匀性。本文根据骨科类型和考虑界面与否,分４种情况模拟了混凝土试件的变形与破坏过程并给出模拟结果及结果分析。     

含共线等长双裂纹损伤钢构件的力学试验及分析

在实际工程中,钢构件在同一条直线上的多条裂纹共线排列现象,既是一种较为常见的形式,也是最具有危险性的形式。这种共线裂纹可能导致钢构件发生脆性破坏,所以有必要深入研究共线裂纹对钢构件力学性能的影响。以含共线等长双裂纹损伤钢构件为研究对象,展开了单轴拉伸试验,研究了相对裂纹长度和相对裂纹间距对钢构件的断后伸长率、屈服强度和剩余极限强度的影响规律,且在此基础上提出了含共线等长双裂纹损伤钢构件的剩余极限强度计算公式。通过与试验值进行对比分析,本文所提出的剩余极限强度计算公式的相对误差小于1%,验证了本文所提出公式的有效性和准确性。针对含多裂纹损伤钢构件的安全评估,本文提出的剩余极限强度计算公式,在一定程度上弥补了该领域的空白,为其剩余极限强度分析研究提供了一种行之有效的方法,对含多裂纹损伤钢构件后期的预防和修复等具有一定的理论价值和现实意义。     

含异侧偏置裂纹试件的冲击断裂试验

利用新型数字激光动态焦散线试验系统,分析了含异侧偏置裂纹有机玻璃(PMMA)试件破坏的时程特性和裂纹尖端扩展过程中的应力奇异性变化。得出该加载条件下试件的断裂韧度约为1.16 MN/m_3/2,异侧偏置裂纹间距对试件冲击断裂韧度没有明显影响。一定范围内,异侧偏置裂纹间距越大,裂纹扩展的对称性越明显。贯穿主裂纹的扩展路径上存在一个明显的应力变化转折点,此处裂纹尖端的应力集中程度加强,试件由以拉伸破坏为主过渡为拉伸、剪切复合破坏。次裂纹尖端发生明显应力释放的同时,主裂纹尖端的应力集中明显加强。裂纹扩展过程中,裂纹尖端的动态应力强度因子表现出明显的震荡变化,主裂纹相对于次裂纹裂尖奇异性更强。     

灰岩加载力学特性及渐进破坏试验研究

以武隆鸡尾山滑坡滑体灰岩为研究对象,基于室内常规岩石力学试验,探讨了饱水与风干岩样的物理力学特性及其对高边坡稳定的影响机制,研究了灰岩渐进破坏过程中裂纹应变随加载的变化情况。试验结果表明,与风干试样相比,饱水试样的峰值强度和弹性模量较低,而泊松比较高,表现出较强的软化性;试样的裂纹起裂应力较低,而裂纹破坏应力较高。研究表明在岩质高边坡稳定性早期识别分析时,计算参数和稳定性判据的选取尤为关键,应引起足够的重视。     

湿筛混凝土试件的静、动破坏数值模拟

基于数字图像方法重构生成与真实骨料一致的混凝土骨料模型.混凝土各相材料的本构模型采用混凝土塑性损伤本构模型,考虑材料的应变软化,对湿筛混凝土试件的静、动破坏进行研究.研究结果表明:(a)混凝土的应力-裂缝宽度模型适用于骨料、砂浆和界面等各相材料.(b)随着应变率增加,混凝土的破坏形式明显由单条宏观裂纹向多条裂纹变化.(c)材料惯性对材料破坏荷载有一定影响,当应变率达到60s-1时材料的动力增强因子明显增大,惯性影响不可忽略;当应变率达到80s-1时材料惯性对材料破坏荷载影响较大;当应变率小于207.8 s-1时由率效应引起的动力强度增加大于由惯性效应引起的动力强度增加.     

含裂缝页岩在围压下力学特性及破坏模式

以含缺陷岩石为研究对象,通过离散元法生成不同数量和角度的裂隙,研究裂隙数量、分布模式以及在围压条件对岩石力学特性和破坏模式的影响,结果表明：随着裂隙数量的增加,岩样的抗压强度呈现负指数变化,弹性模量呈现线性下降;随着裂隙数量和围压的增加岩样破坏对应的新裂缝数量随之减少,角度主要集中在90°左右并服从正态分布,围压对新裂缝不对称性具有抑制作用。垂直于最大主应力方向的原生裂缝对应力具有屏蔽作用,但围压可以有效减轻这种应力屏蔽作用。建立损伤变量力学评价方法,定量分析了裂隙数量和岩石损伤变量之间的关系。     

裂纹长度对裂隙岩体力学特性及破坏模式的影响

采用伺服控制岩石力学试验机对水泥砂浆材料制备的类岩石试件进行单轴加载,利用颗粒流离散元软件对岩体进行单轴加载数值模拟试验,研究不同预制裂纹长度下裂隙试件的力学特征及破坏规律.结果表明:随着裂纹长度的增加,裂隙试件的峰值强度、峰值应变和弹性模量均减小,裂隙模型脆性减弱,延性增强,且随着裂纹长度的增加,弹性模量的降幅逐渐增大,敏感度增强;引入强度劣化系数来定量分析裂隙试件的劣化特征,当裂纹长度从10 mm增加到15 mm时,劣化系数增长迅速,试件强度下跌明显,强度敏感度最大;裂纹长度影响裂隙试件的最终破坏模式,在0°原生裂纹下,随着裂纹长度的增加,裂隙试件的破坏模式由剪切破坏为主变为剪切、张拉复合破坏再转化为出现宏观裂纹的张拉破坏.     

含不同倾角裂隙类岩石试件力学参数试验研究

基于相似原理,制备出含不同角度裂隙类岩石试件及完整试件,分别对试件进行单轴压缩试验,测出其单轴峰值强度、弹性模量和泊松比;通过巴西劈裂法,测得含不同角度裂隙的试件及完整试件的抗拉强度;通过进行三轴压缩破坏试验,测出其三轴峰值强度,并结合单轴峰值强度,画出裂隙试件及完整试件的莫尔应力圆,从而计算出它们的内摩擦角、内聚力,然后分析这些力学参数的变化规律。     

梅花试验拱坝破坏的数值模拟

用非线性有限元方法对福建梅花周边缝试验拱坝的破坏进行了数值模拟，用超载法对其安全度和破坏形式进行了分析研究，得到了与实际情况较一致的破坏形式.研究表明：梅花拱坝实际允许水深只有20.8m，溃坝前其一直处于超载状态；梅花坝在水荷载作用下，有向上的变形趋势，水深加大时，坝体上抬趋势增大，温升作用增加了上抬值，这种上抬对周边缝拱坝的整体稳定是不利的.破坏时先是周边缝下部拉坏和剪坏，然后拱坝中部出现压剪破坏和坝肩发生剪切破坏，最终在库水作用下左、右坝体发生沿缝面的滑移和转动破坏.     

基于数值模拟的含裂纹BD试验和SCB试验的K因子公式

文章采用ANSYS程序对含中心裂纹的巴西圆盘(BD)试验和含单边裂纹的半圆弯曲(SCB)试验进行了数值模拟;通过量纲分析,得到了纯Ⅰ型加载条件下BD试验和SCB试验的应力强度因子(K因子)的拟合公式。该公式具有精度较高、形式简单、适用范围宽的优点。对于BD试验,当a/R在0.01~0.8范围内,拟合公式值与有限元模拟值的误差在3.5%以内;对于SCB试验,当s/R在0.4~1.0、a/R在0.01~0.8范围内,拟合公式值与有限元模拟值误差在3.5%以内。     

影响巷道变形与破坏节理力学参数的正交数值模拟试验研究

采用正交数值模拟试验方法研究了节理力学参数对巷道变形与破坏的影响.选择法向刚度、切向刚度、粘聚力、内摩擦角、剪胀角、抗拉强度等6个因素、5个水平的正交试验方法进行了相关的UDEC数值模拟试验.试验结果表明:节理法向刚度和内摩擦角是影响巷道变形与破坏最敏感也是最重要的参数,增大节理法向刚度和内摩擦角可显著提高节理的抗变形能力;节理粘聚力和切向刚度对巷道变形也有明显影响.     

高应力下脆性岩石卸荷力学特性及数值模拟

高地应力下脆性岩体工程开挖变形机理、稳定性评价及灾害控制技术研究一直是岩石力学和工程地质研究的难点问题。基于高应力下脆性岩石卸荷力学试验分析,明确了卸荷过程中的岩石力学参数及变形破坏演化规律,发现高应力下脆性岩石的破坏具有较明显的应变强度特征。分析了高应力下脆性岩石卸荷破坏采用张拉屈服的Griffith应变强度准则的合理性,建立了考虑卸荷屈服引起岩体力学参数变化的弹脆塑性数值计算方法,并在实际工程中得以验证。     

含双空孔缺陷试件三点弯曲冲击试验

为了研究双孔缺陷对运动裂纹的作用机制,采用数字激光动态焦散线系统对含双空孔缺陷的有机玻璃板三点弯曲梁进行冲击断裂实验,分析研究了双空孔缺陷下裂纹扩展的路径、尖端动态强度因子、扩展速度以及焦散斑的变化规律。结果表明：空孔缺陷会吸引周围运动的裂纹,导致裂纹运动轨迹发生变化;含双空孔缺陷试件起裂难度显著增加,起裂的临界应力强度因子增加了24.29%;运动裂纹在接近双空孔缺陷时,双空孔缺陷对裂纹的扩展有明显的抑制作用,裂纹通过双空孔缺陷中心后,双空孔缺陷对裂纹的扩展有促进作用。     

偏三点弯曲岩石试件中裂纹扩展过程的数值模拟

运用RFPA2D数值模拟方法,对偏三点弯曲岩石试样中裂纹的扩展路径进行了数值模拟·数值模拟结果表明:在加载过程中裂纹有失稳扩展过程;当预裂纹远离试件中心线时,裂纹的初裂纹角θc和峰值荷载增加,裂纹的失稳过程也更加明显·裂纹的扩展路径总体上遵循一定的规律,但由于岩石材料性质的非均匀性,局部的裂纹扩展呈现出曲折性·数值模拟结果与试验结果具有较好的一致性     

模袋砂围堰横向力学特性试验与各向异性数值模拟

探讨模袋砂围堰横向变形机理;针对模袋砂围堰,通过自制试验装置,开展水平荷载试验,研究围堰横向力学特性及其主要影响因素;结合竖向抗压试验结果,分析模袋砂围堰各向异性特征;以典型工程为依托,借助有限元软件,建立考虑模袋砂围堰界面特性和各向异性特征的精细数值模型并作计算。研究结果表明:模袋砂围堰在侧向水压作用下模袋砂间不会发生相对位移,水平变形主要由模袋砂自身变形引起。当侧向荷载较小时,模袋砂围堰横向挤密;随着压力的增大,变形由加载一侧向另一侧传递,之后应力-应变关系近似线性分布。模袋砂围堰横向力学特性受充填度和围堰堆高影响显著,表现为堆高越大、充填度越小围堰横向抵抗变形的能力愈强,同时受模袋砂尺寸影响很小。实际模袋砂围堰横向变形模量远小于其竖向变形模量,且竖向模量随模袋砂围堰堆度的增大而减小。模袋砂围堰各向异性特征对其受力变形特性影响明显,设计施工应给予充分考虑。     

非饱和土蠕变力学特性试验及分段模拟

水电工程中库岸边坡流变效应显著,以库岸边坡非饱和粉质黏土为例,描述其蠕变力学行为,开展基质吸力控制条件下的三轴压缩固结排水蠕变试验。试验表明:①非饱和粉质黏土在不同应力水平下蠕变曲线形态较为相似,在同一应力水平下,土样的瞬时应变都大于蠕变应变;②随着应力水平的提升,土样的瞬时应变和蠕变应变都呈递增趋势,且瞬时应变的增长幅度大于蠕变应变;③在不同基质吸力条件下,非饱和等时偏应力-应变关系均表现出较为明显的非线性特征。基于试验成果,分析粉质黏土蠕变变形特点,提出分段模拟的思路来描述瞬时应变和蠕变应变,分别构建考虑基质吸力的弹性体和分数阶黏滞体,由此建立可考虑基质吸力的非饱和粉质黏土蠕变本构模型。通过所建模型对本文和相关文献中非饱和粉质黏土蠕变数据进行辨识,对比分析试验曲线和预测曲线,证明所建模型的合理性和适用性。研究成果为库岸边坡长期稳定性研究提供一定参考。     

预制裂纹盐岩单轴力学特性及能量机制试验

盐穴储气库在水溶造腔时会产生大量溶蚀裂纹,为研究裂纹对盐岩强度和变形等力学性能的影响,利用MTS-815岩石力学实验系统,对不同参数裂纹盐岩的力学特性进行试验研究,采用对数应变对试验结果进行修正,分析了不同参数裂纹对盐岩的强度和变形的影响,并基于能量耗散理论分析其损伤破坏过程中的能量特征.结果表明:不同倾角裂纹降低了试样的峰值强度值,但降低量的多少与裂纹倾角大小未呈现明显的线性关系;不同长度的预制裂纹对盐岩峰值强度有明显的弱化作用,裂纹越长,弱化作用越大.外力做功产生的总应变能U绝大部分转化为耗散能Ud,小部分累积为可释放的弹性应变能Ue,导致盐岩内部产生损伤和塑性变形.破坏过程总能耗、耗散能、弹性应变能等,能量与应变关系曲线表现出明显的阶段特征;盐岩单轴压缩呈现压密阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段等4个阶段.