端面约束对岩样全部变形特征的影响

利用编制的计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数,采用FLAC模拟了端面约束对含缺陷岩样剪切带花样、全部变形特征及侧向位移分布的影响。在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。计算表明,端面约束对岩样的破坏模式及剪切带倾角没有明显的影响,以致于不影响应力．轴向应变曲线及应力-侧向应变曲线软化段的斜率。端面光滑时剪切带的扩展速度及泊松比高于端面粗糙时。端面光滑时的应力一轴向应变曲线、应力·侧向应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线及体积应变．轴向应变曲线均在端面粗糙时下方。端面光滑时的岩样失稳破坏前兆比端面粗糙时更明显。无论端面粗糙与否,岩样侧面上各节点水平位移分布都是不均匀的。通常,端面光滑时的最大侧向位移高于端面粗糙时。当轴向应变较高时,端面光滑时的侧向位移分布与端面粗糙时类似（端面上的节点除外）,这反映了类似的破坏模式。     

峰后脆性对非均质岩石试样破坏及全部变形的影响

在平面应变压缩条件下,采用FLAC模拟峰后脆性对含初始随机材料缺陷的岩样的破坏过程、前兆、声发射及全部变形特征的影响.利用若干FISH函数预置初始随机缺陷,计算全部变形特征,并统计每10个时间步内的破坏单元数.密实的岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为.缺陷在破坏之后经历理想塑性行为.不同脆性岩石的峰后的应力-轴向应变曲线、应力-侧向应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线、体积应变-轴向应变曲线及由侧向应变及轴向应变计算得到的泊松比-轴向应变曲线于应力峰值之前发生分离.由于缺陷的依次破坏,在初始加载阶段之后,计算得到的泊松比随着轴向应变的增加而直线上升,这使侧向应变增加的速度超过轴向应变增加的速度.随着峰后脆性的降低,岩样失稳破坏的前兆变得明显,破坏变得不突然.脆性越强的材料,体积膨胀之后发生应变软化越早;剪切应变集中的位置越少;在硬化阶段及软化阶段,声发射持续的时间越短.     

混凝土一种假三轴塑性本构模型

在试验中发现:混凝土在很小的压力下就有塑性变形,混凝土的应力状态达到峰值前甚至峰值后不一定会有扩容.考虑了这两个试验现象,在构造的模型中假定混凝土初始屈服强度为零,从而模型算出的单调加载条件下的应力-应变曲线具有和试验相符合的光滑、连续的特征.提出了判断材料的应力状态到达峰值前是否出现扩容的方法,使模型能对扩容和不出现扩容两种试验现象进行模拟.模型与沿4组假三轴压缩比例加载应力路径对混凝土加载的试验结果进行了对比,模型对实验中混凝土的峰前段应力-应变关系能进行合理模拟,对峰值后可模拟小段范围内的应力-应变关系及其趋势.     

颗粒材料变形破坏与影响因素细宏观分析

考虑到颗粒流(PFC)表示的颗粒速度场和位移场并不能很直观地表示出颗粒材料在加载破坏中的变形特征,从宏观的角度引入易于理解和接受的颗粒集合体的有效应变定义,建立了考虑不同周围压力、颗粒粒径、粗糙程度、接触刚度等因素在内的颗粒材料数值模型,并结合一定的初边值条件,编制了相应的Fish语言程序.将细观数值分析与宏观表示相结合,分析了双轴压缩试验中颗粒材料变形破坏的规律和各种基本的细、宏观影响因素.数值结果表明,基于宏观连续体概念的有效应变充分显示了颗粒材料变形破坏的发展形成过程及相关特征:破坏区域完全形成于应力-应变曲线峰值之后的软化阶段,域内有较大的孔隙,域中的颗粒显示出明显的颗粒旋转;颗粒的法向与切向刚度、粗糙程度、颗粒集合体试样所受的压力水平,以及颗粒粒径等对颗粒材料的承载能力,破坏区域的形成、型式与厚度等有一定的影响.     

被动围压下早龄期补偿收缩钢纤维混凝土冲击压缩性能试验

为了研究被动围压约束条件下早龄期混凝土动态力学性能,利用直径74 mm分离式霍普金森压杆进行试验。在不同加载气压钢质套筒被动约束条件下,测试7 d龄期补偿收缩钢纤维混凝土试件轴向或径向的应力和应变变化趋势。结果表明:补偿收缩钢纤维混凝土材料在被动围压下,延性和抵抗破坏能力显著加强,试件轴向应力-时间历程曲线和轴向应力-应变曲线可知,整个加载过程分为三个阶段。第一阶段为弹性阶段,由于试件刚性所致,应力增幅快;第二阶段为弹塑性阶段,试件逐步压缩变形,应力增长缓慢,应变增幅大;第三阶段为试件塑性破坏阶段,应力直线下降;在0.6 MPa、0.7 MPa和0.8 MPa气压作用下,试样典型轴向应力峰值为无围压条件单轴压缩SHPB实验时的1.5~1.8倍;试件破坏应变高达(23~27)×10-3,是无围压SHPB试验试件破坏应变的4~6倍;从试件破坏形态看,由于钢纤维掺入,试件仍保持较好的整体性,裂缝分布表征试件为压剪破坏。     

层理黄砂岩三轴循环加卸载力学特性模拟研究

层理黄砂岩为隧道工程建设中常见的一种岩石，隧道开挖及后期运行导致围岩长期处于循环荷载作用下.为了探究层理黄砂岩循环加卸载损伤破裂特征，借助PFC^2D开展了不同围压不同倾角层理黄砂岩常规三轴循环加卸载研究，分析了应力-应变曲线及损伤破裂过程，得到1组可以反映层理黄砂岩常规三轴压缩力学特征的细观参数，数值试样强度及破裂特征与室内试验结果吻合较好.数值模拟循环加卸载应力-应变曲线可以一定程度上反映力学行为，同时循环加卸载曲线和单调加载曲线变化形态吻合较好.不同倾角层理砂岩循环荷载下试样破裂特征不同，当α=0°时试样发生贯穿基质的剪切破坏，循环荷载与单调加载破裂特征相似.而当α=60°时，层理发生剪切破坏，并伴随层理两侧基质的破坏，循环荷载相对于单调加载裂纹宽度有所增加.     

基坑开挖数值分析中MMC模型参数的试验

为了得到修正摩尔库伦模型精确的数值模拟参数,以某深基坑工程实例为依托,取深基坑各土层的土样进行不同围压下的三轴剪切试验、卸载-再加载试验以及固结试验,从应力-应变关系曲线中获得割线模量、卸荷弹模等数值模拟参数,将这些模型参数与压缩模量进行对比分析,得出：试验粉土在不同围压下,发生的都是软化型破坏.细砂在200 kPa的围压下,有效偏应力-应变曲线无峰值点,呈现硬化型破坏.在土体还未发生破坏前,卸载再加载基本不影响土体的应力-应变曲线形式,所求得偏应力峰值点前后的卸载再加载模量近乎大小相等.试验粉土的切线模量、割线模量和压缩模量大致相等.随着参考应力的增加,土体的卸荷弹模与压缩模量的比值呈二次函数型增加.通过数值模拟验证了参数的准确性,试验研究是参数精确化的重要途径.     

水力耦合条件下预制节理砂岩裂纹扩展和能量演化细观数值模拟

为了研究水力耦合作用条件下预制节理砂岩三轴压缩裂纹扩展和能量演化规律,建立预制节理砂岩流固耦合数值模型,得到预制节理砂岩应力-应变曲线.通过分析平行黏结破碎演化过程,获得不同预制节理角度下微裂纹发育规律.基于颗粒流程序(PFC)离散元能量追踪体系,研究得到各细观能量变化响应和能量耗散与转换规律.分析结果表明:预制节理角度越大,试样峰值强度越大,侧向变形和轴向变形峰值应变先增大后减小,在预制节理角度为60°时取得最大值;平行黏结破碎起始于预制节理,进而扩展贯通,次生黏结破碎带始于节理面直至贯穿试样边界;试样的黏结能峰值和应变能峰值均与预制节理角度成正比,黏结强度峰值应变和应变能峰值应变与预制节理角度成反比;耗散能主要表现为摩擦作用,整个加载过程中弹性应变能吸收率最大.     

混凝土单轴受压动力全曲线试验研究

采用MTS 815.04岩石力学试验机对混凝土单轴受压动力本构关系进行系统试验研究.考虑五种不同加载速度,在位移和应变率双重控制下,得到动力加载条件下单轴受压应力一应变全曲线.根据试件的破坏特点,讨论动力加载与静载条件下试件破坏形态的区别,分析峰值应力、峰值应变以及弹性模量等力学参数的应变率效应,并与已有试验结果进行对比.结果表明:本次试验得到的结果揭示了混凝土在单轴受压条件下动力加载全过程的非线性性能,为正确理解混凝土在动力加载条件下的破坏机理提供试验依据.     

考虑中间主应力的粉砂岩侧向卸荷力学特性试验研究

利用TRW-3000型岩石真三轴试验系统开展粉砂岩真三轴侧向卸荷试验,研究不同中间主应力系数b条件下粉砂岩卸荷破坏、变形特征,并基于Mogi-Coulomb强度准则,探讨岩体强度特征。研究结果表明:在真三轴侧向卸荷应力条件下,随着中间主应力增大,粉砂岩试样卸荷破坏模式由剪切-张拉复合破坏转变为板裂破坏,剪切破断角随b增大呈线性增大;应力-应变曲线有较明显的阶段性,随着中间主应力增大,破坏时最大主应变ε1、最小主应变ε3增大,体积应变εV减小,扩容趋势更加明显;在卸荷过程中,变形模量随卸荷量增加呈负指数关系降低;采用Mogi-Coulomb准则对真三轴侧向卸荷试验强度进行拟合分析,回归方程满足显著性水平α=0.01的F检验要求,Mogi-Coulomb强度准则能够较好地用于描述不同中间主应力条件下的粉砂岩侧向卸荷强度关系。     

碱矿渣混凝土受压应力-应变关系试验研究

为研究碱矿渣混凝土的受压应力-应变关系,分别制作单轴受压混凝土棱柱体标准试件和钢管约束条件钢管混凝土试件,开展单轴受压条件和钢管约束条件下碱矿渣混凝土受压应力-应变关系试验.结果表明:单轴受压条件下,碱矿渣混凝土立方体强度和棱柱体强度关系仍可采用现行规范建议式表示,采用无量纲两段式应力-应变关系模型拟合的单轴受压应力-应变关系与试验曲线结果吻合良好;钢管约束条件下,碱矿渣混凝土极限强度和极限应变均较单轴条件下有了明显提高,表明钢管约束作用能够较好地提高核心混凝土的强度和韧性性能;采用已有钢管约束核心混凝土应力-应变关系模型拟合的应力-应变关系曲线与试验曲线吻合较好.结果表明:现有普通混凝土应力-应变关系模型对单轴受压条件和钢管约束条件下碱矿渣混凝土仍然适用.     

玄武岩纤维约束预压混凝土的应力-应变模型

针对实际工程中对结构构件进行现场加固时不能卸载这一现象,开展了玄武岩纤维片材(BFRP)约束预压混凝土方柱的轴压性能试验,并重点分析了试验所得应力-应变曲线,通过研究发现其形式接近抛物线,结合前人研究确定了抛物线加直线的应力-应变模型。通过对试验数据的处理,进一步得出抛物线顶点对应的峰值应力及峰值应变的计算模型,再加上一定的理论推导,最终得出完整的应力-应变模型。此模型的优点在于考虑了试件加固之前所受荷载的影响,同已有众多模型相比,与工程实践更为接近。     

混凝土材料SHPB主动围压实验的数值模拟

文章利用LS-DYNA软件,采用混凝土HJC动态本构模型,对Φ74mm分离式变截面霍普金森压杆主动围压实验做了数值模拟;通过在试件径向施加恒定压力的方法模拟主动围压的作用,试件单元的压力时间历程曲线显示该方法可以获得恒定、均匀的围压值,即该方法可以对SHPB主动围压实验进行合理的模拟;利用上述主动围压模拟方法对混凝土材料主动围压下的力学性能进行了研究,模拟时采用弥散较小的三角形速度波加载,并利用波形良好的入射波、透射波重构了混凝土的应力应变曲线,重构结果显示混凝土材料在围压作用下力学性能发生变化,混凝土峰值应力、峰值应力对应的应变、韧性都随围压的增大而增加,与理论结果相符。     

反复荷载下碳化混凝土力学性能及本构关系研究

为研究碳化对反复荷载下混凝土力学性能及本构关系的影响,本文通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验,得到各试件应力应变曲线及骨架曲线,考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应,从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件破坏形态、混凝土强度、弹性模量、峰值应变及极限应变的影响.试验表明:随着反复荷载下碳化混凝土内部损伤的积累,其应力应变曲线下降段比单调荷载下的更为陡峭,破坏较为突然,反复荷载碳化混凝土延性变差;反复荷载下随着碳化率的增加,混凝土碳化后的峰值应变有所降低,但变化不大;而峰值应力均有所提高,极限应变均有所降低.根据试验结果引入与碳化率相关的下降段参数修正系数建立了碳化混凝土反复荷载作用下应力-应变本构关系,通过与试验对比分析表明本文确定的本构关系与试验结果较为吻合.     

再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

完成了不同再生粗骨料取代率下再生？昆凝土的单轴受压应力-应变全曲线试验，分析了再生粗骨料取代率对再生混凝土的应力-应变全曲线形状和再生混凝土抗压强度、弹性模量、峰值及极限应变的影响．研究表明，再生混凝土的应力-应变全曲线的总体形状与普通混凝土的相似，但曲线上各特征点的应力和应变值有所区别；再生混凝土的棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值高于普通混凝土；再生混凝土的峰值应变大于普通混凝土；再生混凝土的弹性模量明显低于普通混凝土．再生混凝土应力-应变全曲线的上升段和下降段可以分别用3次多项式和有理分式拟合．     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

复杂应力状态下砌体匀质化RVE数值模拟分析

针对无筋砌体力学性能研究,基于匀质化理论,利用二次开发的有限元分析软件,考虑砌体RVE各边的应变状态,建立周期性边界条件,对砌体RVE匀质化过程中RVE单轴、双轴、三轴以及剪压复杂应力条件下的力学响应进行了数值模拟分析,得到了各状态下的应力应变曲线.分析结果表明,在受压状态下,砌体RVE受压应力应变曲线表现出一定塑性,并且双轴、三轴受压状态下RVE强度高于单轴受压;拉-压状态下,砌体RVE受拉应力应变曲线表现出材料脆性特性;拉-压-剪状态下,砌体RVE强度受剪压比、拉剪比影响,这些都很好地反映了无筋砌体的细观力学特性.     

聚丙烯拉伸性能测试及再屈服行为

为明确热塑性塑料塑性变形阶段加载-卸载-再加载的力学行为,采用注塑成型方法制备了哑铃型聚丙烯试样,进行了单轴拉伸实验。实验结果表明：所制备的试样具有良好的性能稳定性,试验结果重现性好,应力-应变曲线符合部分结晶热塑性塑料的一般行为。通过不同应变速率测试结合断口形貌扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)观察,表明应变速率超过50 mm/min时,试样由韧性断裂转变为脆性断裂,断口形貌由穿晶断裂形貌转变为河流花样形貌。聚丙烯的加载-卸载-再加载测试表明,在低应变速率情况下,塑料在再加载之后的应力-应变曲线存在明显的再屈服行为,与金属的包辛格效应存在明显不同。加载-卸载-再加载的应力-应变曲线会出现第二个屈服点,其屈服应力低于第一屈服应力,并且其数值与卸载点应变无关。研究结果为热塑性塑料塑性阶段的加工和使用提供理论支持。     

单轴压缩条件下普通混凝土柱的峰后非线性尺寸效应

将单轴压缩条件下遭受到剪切带(峰值应力之后呈现线性应变软化行为)形式的单一剪切破坏普通混凝土试样的峰后应力-应变曲线斜率的解析解推广为非线性情形.在峰值应力之前,采用Scott模型描述非线性的本构关系.剪切带的非线性应变软化本构关系由导出的最短普通混凝土试样峰后斜率反算.利用得到的峰后本构关系,对其他较长的普通混凝土试样的应力-应变曲线进行了预测.预测的峰后应力-应变曲线依赖于试样的高度,且与实验结果吻合.估算的剪切带内部平均塑性剪切应变远大于在单轴压缩条件下测得的轴向应变的极限值.若测得的峰后应力-应变曲线被视为本构关系,则普通混凝土柱的峰后延性将被极大地低估.