脆性材料压剪断裂方向影响因素的宏细观分析

从物理学中摩擦力和固体力学应力状态的概念出发,讨论了脆性材料受压剪断时断裂面上摩擦力的存在性;基于脆性材料压剪宏观断裂形式和细观断裂机理,分析了影响脆性材料压剪断裂的主要因素.分析结果表明,脆性材料单压剪断时,起裂点上断裂面沿最大切应力方向,而试验中观察到宏观剪切面倾角大于45°.主要原因是,试验中试件端面附近存在摩擦...     

对脆性材料单向压缩试件发生侧倾后“侧张”破坏过程的分析

本文通过对有限元计算结果的分析,提出了一种单向承压试件,在发生侧倾后因拉应力作用引起材料断裂破坏过程的描述。从而,解释了李四光在文献[1]中提出的“侧张致裂”的概念和一些脆性材料单向压缩试验中发生的现象、破坏过程以及测试结果。     

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。     

改进机动法计算大变形下混凝土单向板承载力

基于经典屈服线理论的机动法,建立虚功方程时考虑了大变形下混凝土板塑性铰线截面处的钢筋伸长做功,提出了计算大变形下混凝土单向板在均布荷载作用下极限承载力的改进机动法.为验证本方法的合理性,开展了3种边界条件的6块钢筋混凝土单向板在大变形下的静载试验,并将试验结果与计算结果进行了对比.结果表明:在大变形下混凝土单向板的破坏模式与经典屈服线理论的塑性铰线模式一致;由于受拉薄膜效应的存在,单向板挠度达到跨度的1/15时,仍能承受较大荷载;本方法计算的板极限承载力与试验结果相差不超过10%,具有较好的精度.     

A study of the energy yield criterion of geomaterials

讨论了岩土材料的内摩擦性质,认为其单元体内始终都存在内摩擦力,且摩擦力的方向与剪应力方向相反,是阻止变形产生的。比较了金属材料和岩土材料的变形破坏机制,认为两者存在较大差异,金属材料是由于剪应力的作用使结晶构造产生了滑移破坏,所以应着眼于最大剪应力;而岩土材料属于粒状体材料,其变形和破坏受摩擦法则的支配,由剪应力与垂直应力的共同作用使粒子间克服摩擦产生相对滑移破坏,所以应着眼于最大剪切角。基于此建立了岩土类材料的三剪能量屈服准则及其相应的Drucker－Prager准则,三剪能量准则当不考虑中主应力影响时简化为Mohr-Coulomb准则,当不考虑内摩擦角时简化为Mises准则。从应力、应变、能量角度对材料屈服准则进行了系统的研究,表明无论采用应力、应变或能量表述,只是其形式不同,而其实质是一致的,三剪能量准则是材料的统一屈服准则。结合岩石真三轴试验结果,分别采用Mohr-Coulomb准则及三剪能量准则进行了验证,结果表明大多数情况下三剪能量准则比Mohr-Coulomb准则误差小,更接近试验结果,证明能量准则是可行的。针对一个简单的边坡算例进行了三剪能量屈服准则的工程应用,计算结果表明只考虑单剪切面的Mohr-Coulomb准则比考虑三剪切面的能量准则偏于保守。     

自攻螺钉增强胶合木横纹承压性能试验

为研究自攻螺钉增强胶合木的局部表面横纹承压承载力,通过对22组共计110个胶合木试件的局部表面横纹承压承载力试验,系统研究承压位置、自攻螺钉长度、数量和布置形式等的影响,深入研究增强构件的破坏模式、承载力、变形性能和延性等。结果表明:自攻螺钉可以显著增强胶合木横纹承压性能,螺钉长度、数量和布置均为增强试件破坏模式和承载力的主要影响因素。当增强螺钉沿胶合木横纹承压方向通长设置时,由于其与横纹木材共同作用,因此增强效果更加明显,最终是自攻螺钉和横纹胶合木都会受压屈服。增强试件的横纹承压极限承载力和等效弹性模量最大可分别提高62.5%和46.8%,试件的位移延性系数可达1.66～2.95。     

拼装式矩形隧道环向接头抗弯性能试验

矩形隧道因空间利用率高、覆土浅和施工成本相对低廉等特点,成为最为较合适的断面形式,而环向接头性能对矩形隧道的抗弯承载力有重要影响。本文对一种矩形隧道的环向卯榫接头开展了大尺寸模型抗弯试验,探讨了拼装式隧道环向接头的结构变形和损伤模式。研究结果表明,卯榫接头在承受极限破坏前,接头的混凝土和钢筋应变均低于极限应变;螺杆接头的变形量比较小,主要原因是螺杆的锚固和止裂机制,使接头闭合和开裂阶段的最大张开宽度和压缩量都处于规范范围内;螺杆接头受力后表现出压缩弯曲破坏模式,其主要特征是前期承压,中期塑性变形与小扩张,后期压缩扩张,并导致接头破坏;卯榫接头受力变形稳定、承载能力高、控制裂隙能力强、塑性好而不发生脆性破坏,所以螺杆接头适合作为装配式框架隧道的接头方案。     

固体材料的结构层次及其动力变形与破坏

材料(岩体、金属等)具有复杂的结构层次,材料结构层次影响着材料的力学特性及其变形与破坏过程.从材料的结构层次的观点研究了材料动力变形与破坏.由研究可以看出,材料变形破坏的时间与空间尺度之间存在着紧密的关系,慢速过程发生于大尺度水平上,而快速过程发生于微细观水平上.材料变形破坏的塑性或者脆性特性取决于裂纹尖端处空穴盘能否在裂纹扩展前长大到临界尺寸,并转化为位错环.如果来得及长大到临界尺寸,那么就会有塑性破坏,否则就会有脆性破坏.正是由于这种原因在强度对于应变率的依赖关系中出现了塑性-脆性及脆性-塑性转变.材料在强烈受激状态下势能起伏及群体受激谱都要发生调整,在微细观水平上材料粒子发生了相关联的运动.正是这种相干运动使得材料在外部作用逐渐增强的情况下出现不同尺度的涡旋运动,进而使得材料的黏性随着应变率的增加而减小.     

再生混凝土与普通混凝土叠合梁抗剪性能

通过不同结合面位置的7根"上再生下普通"的叠合梁对比试验,探讨和研究不同结合面位置对混凝土叠合梁斜截面受力和变形性能的影响.试验结果表明:随着结合面位置向受压区的靠近,结合面上水平裂缝愈趋明显;叠合梁极限承载力在一定"叠合系数"范围内略有增加,但不同结合面位置下叠合梁斜裂缝的开展情况和变形基本类似;破坏仍以剪压区混凝土被压碎和与斜裂缝相交的箍筋屈服而结束,并没有发现叠合梁从结合面被完全剪坏的现象.     

膜片式联轴器失效机理探讨

在实测数据基础上,通过理论计算分析,指出联轴器失效的原因是结构不尽合理,膜片受压失稳是其根本缺陷。文章还揭示了膜片的破坏过程,即膜片环受压近首先失稳变形,导致受拉边载荷增强,由于螺栓产生挠曲,受拉膜片组因受力不均而部分拉断。此结论与实际情况一致。     

酸蚀裂缝表面微凸体变形破碎规律

探讨酸蚀裂缝面上微凸体在地层应力作用下变形破碎规律,为酸蚀裂缝闭合机理提供理论依据。从初始和酸蚀后裂缝表面微凸体的受力分析入手,用Herz弹性接触理论和Drucker-Prager屈服破坏准则解释了酸蚀裂缝表面微凸体变形和破碎规律,结果表明,在地应力条件下初始裂缝表面微凸体受力平衡不会发生变形破碎,酸蚀后裂缝表面微凸体在承压时的变形程度与地应力、岩石的弹性模量及酸蚀后微凸体的曲率半径有关。当酸蚀后裂缝面微凸体的曲率半径大于其发生破碎的最小曲率半径时,酸蚀裂缝可保持较大的开度及导流能力。     

花岗岩高应力强卸荷作用下力学特性试验研究

在对花岗岩岩样进行常规三轴加载试验的基础上,进行了峰前高应力条件下卸围压并维持q=σ1-σ3不变的花岗岩卸荷破坏试验,研究卸荷条件下花岗岩的变形、破裂特征,强度准则.结果表明:1)常规三轴破坏以轴向变形为主,卸荷破坏以径向变形为主,卸荷破坏特征以向卸荷方向发生径向变形和体积扩容为主,卸荷状态下脆性特征较加载状态下明显.2)在加载试验中,岩石基本上表现为剪切破坏,张性破裂成分很少.卸荷破裂时各种级别的张裂隙发育,剪性破裂面以共轭X或局部剪切破坏为主.3)在初始围压相同情况下,卸荷点越大,岩样从卸围压至破坏的时间越短,说明高卸荷点更容易导致岩石破坏.4)Mogi-Coulomb强度准则适合描述花岗岩高应力强卸荷作用破坏下的岩石强度特征.     

岩体节理到脆性断层的形成过程

根据室内的断裂力学实验结果,对含结构面（节理,裂隙）的岩体,分别分析了其含一组节理,雁行节理,共轭节理等3种情况在受力作用下的变形破坏发展过程过程,结果表明：外力作用下的岩体,其所含的结构面将最终沿接近主应力轴的方向扩展,延伸,破坏,最后结合广东某些地区的地震断层实际资料的分析,认为地壳浅层内某些大规模的脆性断层的形成与上述焦点结构面的岩体扩展,破坏过程基本吻合。     

层状岩体隧道围岩稳定性的数值模拟分析

层状围岩中隧道开挖会引起非对称大变形现象,导致钢拱架扭曲、二衬开裂等工程问题。针对该问题,以四川省道219线改建工程海子山隧道为工程背景,在对该隧道围岩形变规律调研的基础上,建立基于块体离散元理论的数值模型,对层状围岩地层隧道稳定性进行数值分析。研究结果表明:隧道围岩大变形主要发生在以板岩为主的软弱岩层中,围岩的变形受层理面影响,表现出显著的非对称形变特征;当层理面与掌子面交线的视倾角等于0°时,层理面倾向角对围岩位移场及其破坏形态无影响。围岩侧压力系数λ=1、λ>1以及λ<1时,围岩的破坏形态分别受层理面、主应力方向、层理面与主应力方向共同控制;当视倾角等于90°时,围岩形变特征及其破坏形态在不同层理面倾向角的影响下存在4种模式。当视倾角不等于上述特殊情况时,在不同层面倾向角的影响下,围岩的变形特征及破坏形态存在8种模式。     

钢管拱面内对称加载试验

进行了钢管拱面内 5点对称加载受力全过程的试验 .试验表明 ,钢管拱受力前期以轴压力为主 ,弯矩较小 ,内力分布较均匀 .当加载至分支荷载值时 ,模型拱变形由对称向反对称突然转化 ,结构受力由受压为主向受弯为主转化 .此后 ,结构塑性发展加剧 ,但塑性沿轴线方向的发展速度大于沿截面高度发展的速度 ,最后模型拱达到后屈曲强度而破坏 .     

岩石损伤破裂过程与声发射特性耦合规律实验研究

采用MTS岩石力学试验系统和PAC公司SAMOS声发射监测系统,开展了灰岩、大理岩试样单轴受压破坏过程声发射特性试验,研究了岩石受力、变形过程中,声发射事件时间序列、空间分布、能量和b值等声发射参数特征,分析了岩样损伤破裂不同阶段与声发射参数的内在联系与特征规律.研究表明,岩石试件宏观破坏前,岩石中的裂纹处于非稳定扩展阶段,声发射事件急剧增加,达到弹性变形阶段的5～8倍,并逐渐向破裂面集中,弹性能加速释放,声发射累积能量急剧增加,为弹性变形阶段的103倍;声发射事件的振幅明显增加,可达弹性变形阶段的10倍;声发射波形峰值前的延续时间相对较短,频谱分散,出现多峰现象;通过对岩样的声发射源定位,有效采集到微损伤“积聚区”,该区域的微损伤密度明显大于试样其它区域;随着岩样中微裂纹的局部扩展、贯通直至岩样破坏,b值和M值发生显著变化,岩样破坏前b值急剧减小,声发射事件震级明显增大.     

基于脆性岩石破裂过程中特征点的能量密度研究

岩石的变形破坏过程分为5个阶段:压密阶段、弹性阶段、稳定破裂阶段、非稳定破裂阶段、峰后阶段.针对各阶段中的力学联系鲜有研究,本文结合重整化群理论与方法,引入岩石脆性度m值分析岩石变形破坏过程,构建岩石应力-应变曲线变形膨胀点与峰值强度点的力学联系,并以此建立岩石变形膨胀点与峰值强度点处能量密度联系,研究发现岩石变形膨胀点与峰值强度点处能量密度之比(E f/E cd)是一个只依赖岩石脆性度m值的常数,并以此建立脆性岩石破坏模型.结合相关脆性岩石单轴压缩试验,结果表明:实测数据(E f/E cd)与理论值趋势较为一致,且符合较好.说明本文建立的能量密度模型能够很好地诠释脆性完整岩石的变形破坏过程.     

弹性约束承载岩石电阻率变化形态研究

在花岗岩标本测量面上,布设4条夹角互为45°的视电阻率测线,将标本平行长轴方向的4个面加上弹性约束,沿标本长轴方向加压,测量标本视电阻率随轴向应力的变化,实验结果为: 1) 岩石视电阻率变化形态显上升-平稳-下降形态,但平稳段不明显,时间很短; 2) 视电阻率开始下降时间,比其他受力方式实验结果都早,约提前10%破裂应力.即:平行于轴压方向的测道,在轴向破裂应力的40%左右开始下降;不平行轴压方向的测道,视电现率约在1/3轴向破裂应力开始下降; 3) 电阻率从开始下降起,下降速率逐渐增加,但增加得很缓慢,岩石大破裂前,单位轴向应力变化引起的视电阻率变化幅度也不是很大.     

混凝土工程中常见裂缝问题的预防与处理措施

一、前言 混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料.由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题,硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝,正是由于这些初混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的,由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力,影响建筑物的外观、使用寿命,严重者将会威胁到人混凝土裂缝产生的原因很多,有变形引起的裂缝:如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝;有外载作用引起的裂缝;有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等.     

砂岩单向压缩条件下的变形特性及破坏模式研究

以晋华宫煤矿某巷道顶板砂岩为研究对象,利用MTS815.03型岩石材料试验机对试样进行单轴压缩试验。分析和研究了砂岩在单向抗压荷载作用下的变形特性和破坏模式,得到以下结论:1岩石试样在单向压缩条件下的破坏模式主要有劈裂模式、剪(主)+拉(次)模式、劈+剪共存等三种模式。具体表现为单裂纹劈裂贯通、多裂纹劈裂贯通以及剪切破坏等;2根据能量耗散理论,提出了单向压缩条件下试样破坏模式与耗散能之间的关系,认为试样破裂模式与试样破裂前后的能量指标关系不大,而与试样破裂前后的耗散能比值有直接的关系,比值越小,试样破裂的块体越小,比值越大,试样破裂的块体越大。