硬脆颗粒增强金属基复合材料切削区的变形

在切削力作用下硬脆颗粒增强金属基复合材料内部应力分布不均匀,基体发生弹性变形—塑性变形,增强颗粒发生弹性变形并可能破碎,然后基体夹裹颗粒协调变形并流动．在成屑的层积阶段剪切变形区和层积区中易生裂纹,其后裂纹在切削层中可能沿基体—增强颗粒结合界面扩展、颗粒穿晶解理或破碎、绕过颗粒只在基体中扩展．复合材料的组织和性能,尤其增强颗粒的含量、粒度和与基体的界面结合强度是影响其切削变形的主要因素．     

基于原位孔内剪切试验的残积土强度指标及风化程度影响评价

为了研究花岗岩残积土原位力学特性及受风化程度的影响,开展孔内剪切试验(BST)以获取土体的原位抗剪强度指标,同时结合大型原位剪切(LDS)试验与室内直剪(DS)试验对不同测试方法的差异进行分析.试验结果表明,由BST得到的花岗岩残积土应力-应变关系曲线呈应变硬化型特征,峰值应力与法向应力呈正相关的线性关系;被测残积土是一种高渗透性饱和土,剪切时孔壁土体的排水速度较快而发生自由体变,由BST获取的强度指标近似为饱和土的有效强度指标;大型原位剪切试验与孔内剪切试验获得的强度指标较为接近,但由室内直剪试验得到的强度指标数明显比原位试验结果小,说明取样扰动对土体力学特性造成了不可逆的损伤;根据土体的砾粒含量表征花岗岩残积土的风化程度,由BST测试结果得到的有效内摩擦角与砾粒含量之间保持正相关的线性关系,有效黏聚力与砾粒含量之间保持负相关的线性关系;从SEM的结果认为砾粒含量的增加一方面使得砾粒颗粒间的咬合摩擦力增长;另一方面降低了黏土颗粒间的胶结作用,在宏观上表现为内摩擦角指标的增大和黏聚力的减小.     

胡骏峰1,2

为了探究粘性土剪切断裂韧度特性,使用土体剪切断裂韧度测试仪,在掺入不同粒径大小的砂砾和不同含量砂砾的情况下,通过该仪器探究对土体剪切断裂韧度值的影响。试验结果表明：在土体中掺入砂砾能提高断裂韧度值,并且土体的剪切断裂韧度值随着掺砂量的增高而增高。但掺入不同大小的颗粒粒径的砂砾对断裂韧度值的影响效果是不同的,在相同含砂量下,掺入颗粒的粒径越大,其断裂韧度值提高的幅度越低。掺入砂砾对土体剪切断裂特性的影响特性可以通过砂砾与粘性土的混合土体结构组成来解释说明,其主要的影响作用机理有团粒化作用、填充作用和摩擦作用等3个方面。     

一个联系现场和室内的本构模式

在总结国内外有关研究成果的基础上,对联合室内和现场试验研究土体本构模型及确定模型参数方法进行了初步探索.通过室内固结排水静力三轴剪切试验研究发现,在不同固结应力及干密度下,割线模量Es与轴向应变εa的关系曲线可以采用最大弹性模量Emax及参考应变εr归一为Es/Emax~εa/εr曲线,归一的曲线受结构性、颗粒大小及级配等因素的影响很小,提出以土层原位试验得到的Emax代替室内试验的Emax,获到原位土体实际的Es~εa曲线.针对邓肯双曲线模式的缺点,提出了一种新的土体静力应力应变关系本构模式,新模式能很好地描述试验结果.     

硬脆颗粒增强金属基复合材料的切屑形成机理

颗粒增强金属基复合材料具有非均匀的显微组织结构,在切削力作用下其剪切变形不是在一个平面内而是在一个有相当厚度的区域内完成,传统的单一剪切平面模型不适合用于这类非连续增强型复合材料的切削分析．颗粒增强复合材料基体的塑性变形始终受到不可塑性变形颗粒的干扰,故在复合材料成屑过程中裂纹的形成和扩展起重要作用,并由此决定了切屑的基本形态．分析了材料进入剪切变形区后发生的非定向连续滑移、剪断和基本稳定滑移三种情况．     

水泥土泥皮下土与结构接触面的单剪特性

采用大型单剪仪进行粗粒土与混凝土接触面在水泥土泥皮(粘土中掺入水泥)条件下的剪切试验,揭示泥皮条件下接触面的力学特性与机理.试验结果表明,峰值强度以及剪胀发生所对应的位置与法向应力大小有关,峰值强度所对应的剪应变滞后于产生剪胀的位置.剪切破坏时,在同一高度处,法向应力越大,切向位移也越大;同样的法向应力及高度处,切向位移随水泥含量的提高而增大.以单剪试验为原型,采用颗粒流模拟程序PFC建立水泥土泥皮条件下粗粒土与混凝土接触面的单剪模型,通过对接触面试验试样内部特征点在剪切过程中运动状态的追踪,分析了土体的扰动高度及其主要影响因素.研究发现,扰动高度与粗粒土的最大粒径、法向应力以及粗糙程度(有无泥皮)等有关.对粗粒土,靠近结构面3～4倍最大粒径的区域内土颗粒切向位移明显,形成明显的剪切错动带,因此,建议该剪切错动带厚度为有厚度接触面单元厚度.     

基于生物胶复合黏土的陡坡客土基材抗剪强度试验研究

为研究生物胶对陡坡客土基材抗剪切特性的影响，通过室内直剪试验探究了黏土剪切力学特性随生物胶含量和养护时间的变化规律，并采用扫描电镜方法对其强化机理进行了讨论.结果表明，天然刺槐豆胶作为生物胶添加剂可以大幅提升黏土的抗剪强度，其抗剪强度随着刺槐豆胶含量的增加而增加，最高可达到243.33 kPa；然而，刺槐豆胶含量由1.5%增加至2%时，黏土的抗剪强度仅提升2.1%，考虑到经济因素，因此本研究用刺槐豆胶加固黏土的最优含量是1.5%；此外，养护时间与试样抗剪强度呈正相关，养护7 d后，试样抗剪强度可达123.57 kPa.养护龄期越长，刺槐豆胶、水和土颗粒越能够充分结合.刺槐豆胶的掺入增强土粒间胶结作用，填补土颗粒之间的孔隙，增强了颗粒间的胶结，进而增加土体黏聚力，提升土体宏观剪切性能.     

土的室内剪切试验及抗剪强度分析研究

土为众多固体颗粒所构成,土粒之间的连接强度相对于土粒自身强度而言,要小的多,当在剪应力的不断作用下,很多土体所出现的剪切破坏并非土粒自身的破坏,而是由于土粒之间发生了互相错动现象,导致土的某一部分沿着某一个面产生和剪切方向相同滑动。在日常生活中,很大一部分建筑地基受到破坏、自然或者人工滑动等,均是因土内自身剪切力比自身抗剪强度大所造成的,对此,研究土强度特性具有很现实的意义,下面文章结合某工程案例,就土的室内剪切试验及抗剪强度进行研究和分析。     

压实土体崩解特性试验研究

基于传统崩解试验方法精度较低的问题,研制了一套压实土体崩解试验系统。查明了压实土体试验中崩解时间和崩解量的变化规律,利用自主研制的试验装置,开展了崩解试验研究。分析了含水率、密实度、颗粒级配、颗粒种类等因素对压实土体崩解时间和崩解量的影响。试验结果表明:对于砂岩颗粒土料,含水率对崩解量和崩解时间的影响较大;而相对密实度对崩解量和崩解时间影响较小。对于泥岩颗粒土料,含水率对试样的崩解量和崩解时间影响不显著;而相对密实度对崩解量和崩解时间影响较大。对于不同级配的砂岩、泥岩颗粒土料,细颗粒含量越多,抗崩解性也随之增强,崩解时间越短崩解量越大。     

模拟不同形态土-岩界面的直剪试验

土-岩界面具有特殊的工程地质性质,为了研究土-岩界面的剪切特性,在实验室制备了若干不同形态接触面和不同材料性质的圆盘试样,开展室内直剪试验,并对剪切破坏面的颗粒分布和接触面剪切本构模型进行分析。研究表明:接触面的应力-应变曲线呈现出弹塑性变化特点,利用指数型接触面摩擦本构模型,可以较好地反映剪切过程中接触面的应力-应变关系;剪切面颗粒在剪切过程中发生了破碎和移动,颗粒破碎所需的力大于移动所需的力,宏观上表现为抗剪强度的差异,颗粒重新分布及接触面闭合共同作用导致试样的法向变形;低法向荷载下,接触面强度低于两侧材料强度,随着法向荷载增大,接触面强度逐渐增大,其残余强度值位于两侧材料强度之间。     

堆积体直剪试验颗粒流细观数值模拟研究

作为一种非均匀、非均质、多相体系的松散岩土介质,堆积体力学性质的研究颇受国内外众多学者关注和重视。以室内重塑样直剪试验结果为依据,可确定基于现场试验颗粒粒度累积曲线和三维颗粒离散元方法建立的堆积体直剪试验模型土石颗粒细观力学参数。在此基础上进行不同岩性、不同含石量的堆积体直剪试验模拟研究,结果表明:堆积体直剪试验剪切屈服面并非一个平面,而是存在一个带内变形以设计剪切平面为基准呈S形变化的剪切带,块石最大粒径越大剪切面影响范围越广,块石刚度越大剪切面则越粗糙;介质抗剪切强度特性在很大程度上受控于岩块的含量和岩性,块石和块石间的咬合力是造成介质内摩擦角较高的根源;在高围压下介质特性表现为应变硬化、低剪胀率,但不排除表现为剪缩的可能,而在低围压下则容易发生剪胀、软化现象,这与重塑样试验结果基本一致;颗粒摩擦系数与含石量呈二次抛物线递增关系,但剪切过程中应变能随摩擦能增加先升后降;黏聚力随基质颗粒刚度增加而提高,而随充填介质颗粒刚度增加而降低;数值试验与室内试验吻合程度较好表明,该方法可作为工程堆积体确定力学参数的有益补充。     

复合材料层间基体铆接与层间剪切强度的关系

采用一种新的实验测试方法研究织物增强复合材料层合板的层间剪切强度,对该测试方法作了理论分析并建立了数学模型.提出了织物增强复合材料层合板中基体层间铆接的存在.采用不同经纬密度的织物作增强材料,研究了铆接与层间剪切强度的关系.为织物增强复合材料的细观力学设计提供了依据.     

土体颗粒破裂过程离散元模拟的新方法

土体颗粒的破碎对土体的宏观变形和强度性质有重要影响。数值模拟方法是研究土体颗粒破碎机理的重要手段。采用离散元数值软件PFC模拟土体颗粒的破碎。首先利用PFC内置Fish语言编写颗粒破坏准则,使得单个颗粒在满足破坏函数时破裂成为多个粒径更小的颗粒,从而实现PFC中颗粒的可破碎性,降低了传统方法"团聚颗粒"模拟颗粒破碎时建模和参数选取的复杂性。随后运用Fish编写的程序模拟土体在单轴压缩条件下颗粒破碎的过程;并对土体颗粒破碎特征进行分析。分析可知:颗粒破碎随着加载进行逐步从土体上部向下发展;土体中颗粒的破碎现象在空间上并不均匀发生,主要集中在试样的上部;加载过程中试样孔隙率的变化可以分为两个阶段,第一个阶段与颗粒的位置调整相关;而第二个阶段则与颗粒破碎相关,且第二阶段变化更为明显。颗粒破碎最终导致土体颗粒的粒径分布更为不均匀,最终形成级配较好的土体;但试样初始阶段的颗粒仍然为土体的主要成分。模拟结果与室内试验的部分成果比较,模拟结果与试验观察到的破裂现象基本一致,表明运用新方法模拟颗粒破碎过程合理、可行。     

滑坡堆积土体三轴剪切强度实验研究

抗剪强度是土体重要力学指标之一,在地基承或力土坡和路基稳定性评价中土的抗剪强度指标是最重要的基本力学参数,通常根据工程实际情况和需要采用不同剪切实验方法求的相应的强度指标,为设计计算和分析提供依据。本文对某滑坡堆积土体在不同的物理状态下制样,进行三轴剪切实验,分析探讨土体的强度指标与含水平,密度及粒度含量的关系,以期为滑坡稳定性分析提供计算依据。     

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.     

土体边界面模型在ABAQUS软件中的研发与验证

天然土体一般都处于偏压固结状态,存在着初始各向异性.即使是等压固结土体,在其后的偏压加载过程中,也会产生应力诱发各向异性.土体各向异性对其强度、变形及屈服面倾向都会产生影响.Wheeler弹塑性模型采用旋转硬化来描述土体的各向异性.在Wheeler模型的基础上,结合边界面理论,将Wheeler模型拓展为各向异性边界面模型.模型采用ABAQUS软件的UMAT子程序接口,通过隐式积分算法(图形返回算法)编程实现.采用本模型对高岭土三轴不排水剪切试验进行了模拟,并与试验结果作了对比验证.结果表明:模型能够合理描述具有初始各向异性土体的应力应变行为、孔压曲线及应力路径,并能反映偏压加载下的应力诱发各向异性;模型既可适用于模拟正常固结土,也适用于对中等超固结土的模拟.     

滑带土残余强度的室内试验与参数反分析

针对某古滑坡滑动带内的含砂黏土开展了系统的室内环剪试验,研究了粗颗粒含量对滑带土残余剪切性状及残余强度的影响,并根据所研究滑坡的多个相似剖面进行了反分析计算,综合比较了室内环剪试验和反算法得到的残余强度指标,给出了文中研究的古滑坡残余强度的推荐值.结果表明:环剪试验可以较理想地获得滑带土试样在大剪切位移下的残余强度;文中研究的滑带土与一般黏性土不同,应变软化特性总体来说不太明显,且粗颗粒含量越高越不明显;滑带土的粗颗粒含量较高时,随着粗颗粒含量的增加,等效残余内摩擦角呈非线性增高趋势.     

SiC颗粒增强铝基复合材料细观损伤的温度效应

SiC颗粒增强铝基复合材料的宏观力学行为与其微观损伤机理密切相关,随温度的升高,材料力学性能明显下降,SiCp/A356复合材料表现出不同的细观损伤机理.文中对真空双搅拌方法制备的质量分数为20%的SiC颗粒增强铝基复合材料在室温和高温下的细观损伤机制进行了研究,在试样断口上,通过扫描电镜观察到了不同的裂纹萌生和扩展机制,根据不同温度下表现出的不同失效方法,归纳出了复合材料细观损伤的温度效应曲线.研究表明,在室温下复合材料的裂纹萌生以基体撕裂和颗粒断裂为主,高温下其裂纹萌生机制以颗粒脱离和基体撕裂为主.     

颗粒成分对粘性土收缩性能的影响

本文将粘土失水引起土体体积变形转换为面积变形,提出利用计算机图像处理与像数计算技术,对不同初始含水率的粘土收缩后的面积进行精确计算。利用激光颗粒分析仪对不同膨胀性的粘性土进行颗粒分析,并将颗粒组成与收缩后面缩率进行对比。试验结果表明：自由膨胀率和面缩率的大小与土体的颗粒组成密切相关,随着土体自由膨胀率增加,土体细颗粒含量增加,面缩率增大,土体的收缩性能增强。     

颗粒成分对黏性土收缩性能的影响

将黏土失水引起土体体积变形转换为面积变形,提出利用计算机图像处理与像数计算技术,对不同初始含水率的黏土收缩后的面积进行精确计算。利用激光颗粒分析仪对不同膨胀性的黏性土进行颗粒分析;并将颗粒组成与收缩后面缩率进行对比。试验结果表明:自由膨胀率和面缩率的大小与土体的颗粒组成密切相关。随着土体自由膨胀率增加,土体细颗粒含量增加,面缩率增大,土体的收缩性能增强。