围压下裂纹中自由水影响混凝土力学性能的机理

为了研究围压和混凝土裂纹中自由水对混凝土材料静、动力宏观力学性能的影响,根据混凝土材料的细观结构、不同围压水平下混凝土的宏观破坏现象及混凝土中微裂纹的扩展和串接规律,揭示了围压下混凝土的破坏过程和破坏机理。通过对混凝土体积变形和裂纹扩展速度的讨论,得到了静动力荷载条件下自由水的有害及有益作用,利用断裂力学,考虑主控裂纹之间的相互影响、围压及自由水的不同作用、裂纹扩展速度对应力强度因子的影响,建立了低围压下混凝土的静、动力抗压强度模型。模型的计算结果与宏观试验现象较为一致。     

水压轴压耦合作用下混凝土变形试验研究

利用微机控制多通道轴压水压联合作用岩石-混凝土流变试验系统对真实水环境中混凝土试样进行不同水压轴压下的压缩试验,研究不同水压轴压条件下混凝土试样变形及破坏规律。试验结果表明:真实水环境中,水围压增大混凝土试样轴向应变增加,即高水压不利于混凝土结构随时间的应变稳定;水围压能使混凝土试样体现一定的塑性,同时又在混凝土出现微裂纹时加速试样破坏进程。由于压力水具有流动性和劈裂作用,真实水环境中的水压力将在混凝土微结构中产生膨胀力,破坏混凝土结构稳定。水围压使混凝土抵抗弹性变形的能力增强,但抵抗整体变形的能力减弱。     

围压作用下TBM双刃中心滚刀破岩特性研究

为了研究不同围压作用下双刃中心滚刀破岩规律,运用颗粒离散元建立其破岩数值模型,分析不同围压与刀间距对双刃中心滚刀破岩过程中裂纹扩展、比能耗等规律的影响.研究结果表明:双刃中心滚刀侵入破岩时,围压增加会抑制裂纹沿岩体垂直方向扩展.刀间距不同,围压增加对双刃之间的裂纹扩展影响不同;岩石破碎存在三种破碎模式且刀间距适中时,围压增加会促进破碎模式转变;存在最优刀间距使比能耗最小且最优刀间距随围压增加而增加;实验观测不同围压下双刃中心滚刀破岩过程裂纹扩展、破碎模式转变规律与数值模拟结果具有很好的一致性.     

不同围压下刀宽对滚刀破岩特性的影响规律

在考虑围压这一真实地质因素条件下,基于颗粒流离散元法,建立不同围压与不同刀宽下滚刀侵入破岩模型,模拟滚刀作用岩石下裂纹的扩展以及破岩阻力变化等规律,并利用真三轴实验台进行试验验证.研究结果表明:滚刀侵入破岩时,随围压增加,裂纹扩展由垂直方向向水平方向和自由面转变,当围压增加到20MPa后裂纹沿垂直方向和水平方向的扩展均受到抑制;随刀宽增加裂纹扩展能力增强,但高围压会限制刀宽对裂纹扩展的影响;围压和刀宽增加均会增加滚刀破岩阻力;当围压小于5MPa时,随刀宽增加比能耗减小,而当围压大于20MPa时,随刀宽增加比能耗增加;实验中所得到的不同围压下裂纹扩展以及滚刀破岩阻力等变化趋势与数值模拟结果一致.     

水泥土强度特性和损伤本构模型研究

为探究围压对水泥土强度特性的影响以及建立不同围压影响下的损伤本构模型,开展室温和冻结状态不同围压下三轴剪切试验.考察了围压对水泥土力学参数的影响规律,建立能够反映出低围压对冻结水泥土强度的强化作用和高围压的弱化作用的修正Hoek-Brown强度准则.假设水泥土微元强度的分布规律服从双参数的Weibull函数,基于Hoek-Brown强度准则和其修正形式分别确定室温和冻结状态下水泥土微元强度,建立了考虑围压的统计损伤本构模型.结果表明,基于Hoek-Brown强度准则和其修正形式建立的损伤本构模型能够较好地描述室温和冻结状态下水泥土应力-应变曲线,且能够反映出冻结状态水泥土低围压下的应变软化现象与高围压下的应变硬化现象.室温状态时不同围压下损伤变量随轴向应变变化曲线形状相似,均随轴向应变增加呈"S"型单调递增.冻结状态下低围压抑制水泥土损伤劣化程度;高围压使其损伤劣化程度增加,在轴向应变很小时,损伤变量就达到较大值.     

基于RPIM的混凝土“拉-压”组合破坏模型

为了避免传统裂缝扩展模型中断裂韧度KIC的尺寸效应和定步长方法对模拟裂纹扩展过程的影响,针对混凝土宏观裂缝的应变尺度,提出"最大周向拉应变"裂纹扩展判据.结合混凝土的压碎破坏准则,建立混凝土"拉-压"组合破坏模型,并对三点弯曲简支粱的破坏过程进行模拟.     

不同应力条件下饱和尾粉砂的静力学特性

为了得到饱和尾粉砂在高应力条件下的静力学特性,通过不排水静三轴试验分析了饱和尾粉砂在不同围压下的应力-应变规律、孔压-应变曲线的增长规律以及应力路径。结果表明：在低应力条件下孔压增长相对缓慢且土颗粒间的相对作用力较小,剪胀现象明显;当围压升高后土体被逐渐压密则表现出了应力增量引起的应变增量越来越小的现象;当围压到达一定值后表现出类似于脆性材料的破坏形式;随着围压的升高土样孔隙水压力逐渐增大;破坏时的偏主应力随着围压的增大先增大后减小;高围压和低围压的应力路径破坏线斜率相反。     

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.     

圆形洞室模型在双轴加载下的力学特征分析

为探究圆形洞室围岩在不同围压下加载过程中的力学特征变化,对制作的含圆形洞室的类岩石材料进行双轴加压试验,运用数字图像技术记录全场应变演化过程,并根据室内试验建立颗粒流模型,探究了围压对洞室围岩的抗压强度以及裂纹的发育的影响。结果表明：尺寸效应对模型的力学特征影响较大,圆形洞室模型峰值抗压强度随着洞室尺寸的增加而减小;当围压增大时,压剪作用增强,洞室模型的破坏模式由以张拉应变为主向拉剪复合破坏为主转变;圆形洞室应变集中区域会随着围压的增大由洞口上下侧向两帮转移;当围压逐渐增大,张拉作用被抑制,洞口两侧破坏程度逐渐增加,收缩变形程度逐渐增大;最后通过数值模拟验证了圆形洞室围岩在不同围压下加载过程中的力学变化特征。     

裂隙花岗岩卸围压作用下损伤破坏机理CT检测

利用CT专用岩石三轴试验加载设备，完成了单一裂隙花岗岩在卸围压应力作用下的损伤扩展规律CT实时试验。得到非常清晰的裂隙花岗岩在卸围压破坏全过程中从裂纹发展、贯通到破坏等各个阶段的CT图象。结果表明，已有裂隙与最大主应力方向的夹角角度对裂隙花岗岩的卸围压破坏裂纹的起裂和宏观破坏面的形成具有重要的影响，裂隙花岗岩在卸载条件下的破坏具有突发性。     

环向约束条件下高强混凝土早期开裂

为研究环向约束条件下高强混凝土早期开裂趋势,在单面干燥条件下应用非接触式混凝土收缩变形测定仪测试了水灰比为0.26,0.31和0.40试件的早期自由收缩变形.通过静压试验测试了试件早期弹性模量发展,通过改进环向约束试验观测了环向约束条件下各试件内部的收缩应力及应力梯度.结果表明,水灰比越小,单面干燥条件下受约束高强混凝土早期开裂危险性越高,开裂发生时间越早;开裂时间、开裂时弹性模量在很大程度上决定了早期开裂特点.     

水饱和混凝土静力抗拉强度降低细观机理及本构模型

试验研究表明裂纹及孔隙中的自由水降低了混凝土的静力抗拉强度.本文根据表面物理学及水的特性探讨了自由水降低混凝土静力抗拉强度的细观机理,并根据拉伸荷载作用下混凝土中微裂纹的扩展规律和不同阶段微裂纹引起的混凝土非弹性柔度张量的变化,考虑自由水的作用,利用线弹性断裂力学建立了饱和混凝土的受拉本构模型.理论计算与试验应力-应变关系曲线的对比表明:理论模型可以较好地反映饱和混凝土的受拉力学特性.     

大骨料混凝土动态双轴拉压强度试验研究

为了研究不同应变速率下混凝土双轴动态受力状态的力学性能,在大型静、动态三轴试验机上,对大骨料混凝土和湿筛混凝土试件进行了不同应变速率和应力比下的双轴动态拉压试验,系统研究了应变速率和应力比对混凝土双轴拉压强度的影响.试验结果表明:两种混凝土双轴拉压强度均低于单轴拉伸或单轴压缩强度,其变化规律不但与应力比有着密切的联系,还随应变速率的增大而增大.在主应力空间建立了考虑应变速率和应力比的混凝土双轴拉压破坏准则,为水工结构物的非线性分析提供了试验依据.     

沥青混合料黏弹性裂纹扩展

采用Schapery提出的局部衰坏区模型,推导了沥青混合料宏观裂缝稳定扩展阶段开裂速率的简单力学表达式.首先利用裂纹扩展3个基本方程控制裂缝在沥青混合料中的扩展行为,再采用修正Burgers力学模型来准确模拟沥青混合料黏弹性能,通过对黏弹性张开位移和断裂能判据的合理简化,推导出了沥青混合料宏观裂纹稳定扩展的瞬时开裂速率与应力强度因子的关系.然后利用推导出的裂纹扩展速率公式预测了沥青砂浆板拉伸开裂速率,并与试验结果对比.结果显示:理论预测的沥青砂浆开裂速率与试验实测值在裂缝稳定扩展阶段吻合较好;沥青混合料的断裂行为具有时间相关性,其开裂速率随裂缝长度的增加或者应力水平的提高而增大.     

单面干燥条件下受约束高强混凝土早期开裂研究

摘 要：本文在单面干燥条件下应用自行研制混凝土早期收缩应力测试仪及非接触式混凝土收缩变形测试仪测试了水灰比为0.26、0.40高强混凝土早期弹性模量、自由收缩变形,通过改进环向约束试验观测了受约束试件内部的收缩应力及应力梯度,并在上述试验基础上研究了单面干燥条件下受约束高强混凝土早期开裂趋势。结果表明,高强混凝土水灰比越小,单面干燥条件下早期自由收缩变形、弹性模量、受约束状态下内部收缩应力增长越快,干燥表面越易发生塑性收缩开裂,早期开裂趋势越明显。     

冻融循环对混凝土静动力特性的影响

为了解冻融循环对混凝土材料静、动态力学性能的影响规律,在清水和盐水中采用"快冻法"对C60混凝土进行了不同冻融次数后的单轴静压试验和霍布金森压杆冲击试验,分析了混凝土强度变化的原因。试验表明,清水和盐水条件下,混凝土试件的质量损失和相对动弹性模量的损失率随冻融次数的增加而增大,盐水环境中更明显。清水环境下的冻融循环对混凝土的静态抗压强度具有显著影响,但对其动态抗压强度影响不明显;盐水环境下,当冻融次数较少时,混凝土的动态强度表现显著的应变率效应且不受冻融循环次数的影响,但在冻融循环次数达到240次时,混凝土的动态强度显著下降且对冲击速度不再敏感。不同冻融环境对混凝土静、动态强度影响的差异显著。     

不同模量的全级配混凝土静动态特性试验研究

全级配混凝土不同模量的特性长期未引起人们的重视．在以混凝土抗拉应力为控制的高拱坝设计中,按不同模量弹性理论进行分析是必要的．在高地震烈度区修建高拱坝,对坝体拉应力的控制更为严格,抗震安全是亟待解决的技术难题．为此,采用液压伺服系统对全级配混凝土试件的静动态拉伸、压缩弹性模量和泊松比进行了三分点静动态弯拉试验．试验结果表明：静动态压拉弹性模量比分别达到0．89,0．87,动态压拉弹性模量比静态压拉弹性模量分别增长5.4％,8．5％;静动态压拉泊松比分剐达到0．88,0．68;动态抗弯强度比静态抗弯强度增加21．7％．     

水-动力耦合作用下红砂岩动态强度及破坏机理

为探究水化学损伤下红砂岩的动态强度和破坏机理,通过自然、干燥和饱水红砂岩试样的静态单轴压缩和动态单轴冲击试验,结合岩石碎块的电镜扫描(SEM)图像,分析了不同含水状态和应变率荷载等级下岩石的强度特性,并基于损伤断裂理论分析了含水岩石微裂纹起裂和扩展机理.试验结果表明:红砂岩试样动态抗压强度随含水率的增加而降低,随应变率的增加而增大,饱水试样具有显著的应变率效应;冲击荷载下,饱水试样应力-应变曲线具有显著的体积压缩现象,峰值应变最大,塑性变形明显,而干燥试样弹性变形最大,峰前塑性变形最小;受孔隙水影响,饱水试样颗粒结构疏松多孔,胶结物质被溶蚀而使胶结作用弱化.根据最大周向正应力理论,对含水岩石的微裂纹起裂条件和扩展方向进行了讨论,并对裂尖的动态应力强度因子进行了修正.     

混凝土梁教学实验中的异常开裂机理探讨

针对钢筋混凝土简支梁剪压破坏性教学实验,在加载临近极限承载力时,梁端上部受压混凝土出现竖向开裂的异常现象,认定混凝土受压区出现拉应力;通过剪跨段上部混凝土应变测试,得到随荷载增加应变由压变拉的试验数据;根据实测应变分布,计算钢筋与混凝土在完全锚固情况下的粘结剪力,并与混凝土对钢筋的实际粘结强度进行比较,得出钢筋与混凝土粘结破坏并产生滑移的结论;认为剪跨段短,上部纵向应变梯度大,滑移引起的钢筋相对伸长在混凝土中产生拉伸效应,是导致剪跨段上部混凝土竖向开裂的主要原因,并提出验证实验方案。