基于一种重塑性制样方法的节理黄土力学特性试验研究∗

黄土节理是控制黄土地基、边坡和地下工程破坏与稳定性的重要因素,探讨节理性黄土的破坏特性对于了解边坡后缘拉裂演化过程、滑动面的生成具有重要意义。针对原状节理性黄土室内试验试样制备困难的问题,考虑节理面低强度、弱胶结的特点,以一种接触面模拟材料为载体,结合重塑制样的方法,提出一种节理性黄土室内三轴试样的制样方法,通过重塑试样与原状试样的节理面抗拉强度对比分析,验证该方法的合理性和有效性。在此基础上,开展节理性黄土的无侧限抗压强度试验和三轴压缩试验,讨论节理性黄土试样的强度与破坏规律。研究结果表明:节理的存在对试样强度和破坏的影响与节理倾角和围压大小有关,表现为低围压和45°倾角时的低强度效应;"沿节理面滑动破坏"与"破裂面与节理面呈X型共轭剪切破坏"是无侧限和三轴条件下的含单条贯通型节理性试样的两种典型破坏模式;非贯通型节理性试样的抗压破坏主要为"破裂面与节理面贯通型破坏"与"破裂面与节理面非贯通型破坏"两种类型。     

拉裂式崩塌的运动特征分析——以陕西延长县为例

利用离散元法对延长县拉裂式岩质崩塌进行了数值模拟,研究了拉裂式崩塌的运动过程,分析了其运动规律。根据崩塌的受力形式和运动特点,拉裂式崩塌的运动过程分为岩体原有节理的开裂变形、崩塌体与基岩碰撞的落体运动、崩塌体相互碰撞与堆积、坡体的二次变形破坏四个阶段。由于影响崩塌运动的因素很多,其运动形式也非常复杂,数值模拟得出崩塌的运动速度小于理论计算结果,运动距离与实际调查结果基本一致。因此数值模拟结果可用于预测该类型崩塌的影响范围,同时对工程实践具有指导意义。     

用弹性模量缩减法分析刚架结构的极限承载力

首先,综合考虑单元的内力和屈服强度,定义了单元承载比、承载比均匀度以及基准承载比等参数的概念和计算表达式;在此基础上,根据相邻迭代步变形能守恒关系,研究建立弹性模量的调整计算公式,建立了一种新型的弹性模量调整策略;进而提出了刚架结构极限承载力分析的弹性模量缩减法,即通过系统地调整高承载比单元的弹性模量来确定结构的极限荷载下限值。该方法对于结构的局部破坏模式及整体破坏模式分析均具有较好的适用性。算例分析表明,本文方法具有较高的计算精度和计算效率。     

平缓反倾红层边坡变形破坏机制研究

以赤水市旺隆边坡为工程实例,依据野外调查和地质分析成果建立平缓反倾红层边坡概念模型,并结合离散元数值模拟研究贵州平缓反倾红层边坡的变形破坏机制。结果表明:旺隆边坡是砂泥岩不等厚互层的典型平缓反倾红层边坡,差异风化和降雨是主要的诱发因素。边坡的变形演化过程经历4个阶段:卸荷回弹、浅表生改造局部变形、裂隙扩展延伸、裂隙贯通深部蠕滑。变形破坏机制根据不同变形阶段划分为3种不同形式:压缩—拉裂—倾倒、风化剥落—坠落、蠕滑—压致拉裂。     

火灾后混凝土结构损伤检测方法研究与探讨

研究了火场最高温度、持续时间对混凝土材性的影响,采用逐层深入-劈拉法研究了沿深度方向的不同损伤情况。研究表明,混凝土力学性能,包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量等,随温度升高而显著降低;抗压强度、抗拉强度均随持续时间的增长而下降。逐层深入-劈拉法试验表明,在最高受火温度基本相同的情况下,残余强度随受火时间不同而有较大的差别;受火时间短的试件强度曲线呈明显的非线性,而受火时间长的试件强度曲线则趋于线性。对于火灾后混凝土构件的检测,在钻芯法的基础上提出了多次横向劈拉法;基于混凝土受损趋势为双曲线模型的假定,提出了首波传播路径为抛物线的改进超声波检测法。     

结构性黄土被动极限平衡状态及被动土压力推导∗

结构性黄土的抗拉强度通常较大,结构性黄土的土压力计算需要合理考虑其显著的抗拉强度,在已建立的可综合考虑结构性黄土拉剪与压剪破坏的强度准则基础上,针对不同破坏状态,分析土压力被动极限应力平衡条件,推导结构性黄土被动土压力计算公式,并与基于Mohr-Coulomb强度理论的朗肯被动土压力公式进行对比分析。研究结果表明:在被动土压力计算与比较中,基于黄土联合强度理论的被动土压力比基于传统的Mohr-Coulomb理论确定的朗肯被动土压力值小。由于Mohr-Coulomb强度理论高估了黄土的抗拉强度,导致被动土压力计算值偏大,而基于黄土拉、压剪切破坏特性建立的联合强度计算所得被动土压力值更接近实际。     

卤水-干湿侵蚀下HDC力学性能试验及损伤本构模型研究

为了研究卤水-干湿循环环境下高延性混凝土(HDC)单轴受压力学性能,以3种高浓度卤水溶液为侵蚀介质,对HDC共进行了195次干湿循环试验,分析了卤水与干湿循环共同作用对HDC抗压强度、抗折强度及应力-应变关系的影响。试验结果表明:HDC对卤水有较好的抗侵蚀能力,且破坏时的应变基本保持在(2.5～3.5)%,为延性破坏;在整个循环周期内,试件的质量均出现先降后升的现象,其中溶液3(15%Cl~-+5%SO_4~(2-))中的HDC试件在150次循环后质量缓慢增长至94%;溶液3(15%Cl~-+5%SO_4~(2-))中HDC抗压强度耐腐蚀系数和抗压强度下降幅度最大,分别为33.1%和50%;根据试验结果,推导出了化学损伤变量的表达式,进一步耦合力学损伤,引入耦合损伤变量D,建立了HDC在力学和化学损伤耦合作用下的弹塑性-化学损伤本构模型。     

雅砻江甲西滑坡倾倒弯曲-拉裂形成机制研究

在工程地质勘察的基础上,通过建立边坡地质结构模型,用模拟重力场条件的底摩擦模型试验、二维离散元和有限元相结合的方法,研究了雅砻江甲西滑坡的变形破坏过程及影响因素。结果表明,甲西滑坡的变形破坏模式为逆向层状结构岩体向临空面倾倒弯曲、层间相互错动形成贯通拉裂缝失稳下滑的典型倾倒弯曲-拉裂式。滑坡形成的主要因素为,在暴雨等作用下中-陡倾层状岩体、高陡坡型、河谷下切临空条件及倾外节理发育有发生滑动复活的可能。     

循环加载试验中岩石单轴抗压强度的影响及洄溯测算法北大核心CSCD

由于岩石疲劳分析中岩样间的个体差异较大,常导致上限应力比计算不准,S与lnN之间的定量关系难以确立,因此准确地估算出岩样强度对于疲劳分析至关重要。首先,基于岩石大样本单轴压缩试验数据及S—N方程,研究了误差传播规律,分析了岩样的个体差异对于疲劳寿命的影响。可知,误差从单轴抗压强度传播至上限应力比,再从上限应力比传播至疲劳寿命,其数值急剧膨胀,单轴抗压强度很小的标准差就会产生疲劳寿命的极度离散,所以疲劳分析中必须使用岩样的强度;其次,构造一个修正回归峰值本构模型,提出了以曲线拟合法估算岩样单轴抗压强度的思路。由静态加载试验数据的拟合结果可知,该本构模型的拟合效果好,估算得出的单轴抗压强度非常接近真实值。最后,基于循环加载试验静态加载段的数据,运用曲线拟合法,分析了4个岩样的等精度试验数据。可知,各试样的单轴抗压强度各不相同,单轴抗压强度越大,则上限应力比越小,疲劳寿命也越高,S与lnN之间具有明确的线性规律。因此,用修正回归峰值本构模型估算岩样真实强度,修正上限应力比的方法,克服了常规疲劳分析法的固有缺陷。     

循环加载试验中岩石单轴抗压强度的影响及洄溯测算法

由于岩石疲劳分析中岩样间的个体差异较大,常导致上限应力比计算不准,S与lnN之间的定量关系难以确立,因此准确地估算出岩样强度对于疲劳分析至关重要。首先,基于岩石大样本单轴压缩试验数据及S—N方程,研究了误差传播规律,分析了岩样的个体差异对于疲劳寿命的影响。可知,误差从单轴抗压强度传播至上限应力比,再从上限应力比传播至疲劳寿命,其数值急剧膨胀,单轴抗压强度很小的标准差就会产生疲劳寿命的极度离散,所以疲劳分析中必须使用岩样的强度;其次,构造一个修正回归峰值本构模型,提出了以曲线拟合法估算岩样单轴抗压强度的思路。由静态加载试验数据的拟合结果可知,该本构模型的拟合效果好,估算得出的单轴抗压强度非常接近真实值。最后,基于循环加载试验静态加载段的数据,运用曲线拟合法,分析了4个岩样的等精度试验数据。可知,各试样的单轴抗压强度各不相同,单轴抗压强度越大,则上限应力比越小,疲劳寿命也越高,S与lnN之间具有明确的线性规律。因此,用修正回归峰值本构模型估算岩样真实强度,修正上限应力比的方法,克服了常规疲劳分析法的固有缺陷。     

不同应力状态下混凝土碳化耐久性试验研究

旨在研究混凝土在应力和碳化共同作用下的损伤机理。试验采用无应力、拉应力、压应力3种试件进行了快速碳化试验。测量了受力在0,0.15,0.3,0.45,0.6,0.75倍拉/压设计强度下的混凝土的碳化深度。实验结果表明,拉、压应力分别加快和减缓了混凝土碳化速率,且应力越大,对混凝土碳化的影响也越大。说明应力对混凝土碳化耐久性的影响是显著的。与此同时,在考虑应力影响系数的情况下,结合使用条件建立了大气环境中应力状态下混凝土碳化深度的预测模型。通过计算值和实验值的计算对比,证明了该模型的有效性。     

不同强度岩石中开挖圆形巷道的局部化过程模拟

利用FLAC模拟了不同粘聚力条件下圆形巷道的局部化过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的F ISH函数删除巷道内部的单元。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。文中模拟分为3步:首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的F ISH函数开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态或者塑性流动状态。模拟结果表明,随着粘聚力的降低,巷道围岩的破坏模式首先由孔壁附近零星单元的破坏向4个对称的小V形坑式剪切破坏转变,然后由包含若干小V形坑的大V形坑式剪切破坏向巷道全断面的破坏转变。前三者破坏发生后,巷道围岩仍然能保持稳定。与最大塑性拉伸应变相比,最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变要高得多;最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变相差不大;随着粘聚力的增加,三者均越来越小。     

上拔水平力组合荷载作用下混凝土扩展基础承载性能试验

介绍了2个相同尺寸混凝土扩展基础分别在上拔、上拔与水平力组合荷载作用下的室内足尺试验概况,并根据加载过程中的基顶荷载位移、基础主柱纵筋应变、扩大端钢筋和混凝土应变等试验数据,分析了2种荷载工况下混凝土扩展基础的承载变形特性及混凝土裂缝发展规律。结果表明:①上拔和水平力组合荷载作用下,基础上拔荷载位移曲线呈现出两阶段特性,而水平位移曲线随水平力增加近似呈线性增加,水平荷载降低了扩展基础的抗拔承载性能;②上拔和水平力组合荷载作用下,基础主柱横截面部分受拉、部分承压,在基础立柱与底板连接处的拉应力最大,混凝土裂缝未贯穿全截面,而在上拔荷载作用下,混凝土扩展基础主柱全断面受拉,裂缝贯穿全断面。     

温度变化对水泥土强度特性和破坏性状的影响

为研究温度对水泥土强度和破坏性状的影响,选用粘土和粉土这两种素土制成水泥土试样,分别在25°C±2°C、10°C±2°C和0°C±2°C的温度下进行养护,随后测试各龄期试样的单轴抗压强度,并观测各试样的破坏特征。研究表明:随着龄期的增长,温度变化对峰值应变的影响在减小;龄期较短(1~5天)时,水泥土单轴抗压强度对温度变化不敏感,在龄期7~40天,提高养护温度,水泥土单轴抗压强度显著增大;随着温度的升高,水泥土强度显著提高,但增长的趋势越来越缓慢;低温情况下水泥粘土的强度都比水泥粉土低,而一旦提高温度,水泥粘土的强度便超过水泥粉土;较低温度下养护的水泥土表现出比较明显的脆性破坏,迅速产生裂缝。     

卸荷时间对圆形巷道围岩开裂及径向应力波传播影响的数值模拟

采用提出的连续-非连续方法,研究了卸荷时间(卸荷快慢)对圆形巷道围岩开裂、径向应力波传播及围岩径向应力随时间演变规律的影响。该方法借鉴了拉格朗日元法、变形体离散元法及虚拟裂纹模型的思想。首先,研究了卸荷时间对围岩开裂的影响;然后,研究了卸荷时间对径向应力波传播的影响;最后,研究了卸荷时间对围岩径向应力随时间演变规律的影响。结果表明:卸荷越快,围岩中产生的裂纹越多,最大不平衡力越大,波动越剧烈。增加卸荷时间,开挖边界附近的开裂位置由连续分布向间隔分布转变:当卸荷时间较短时,开挖边界附近围岩呈现连续分布的开裂形态,与这些位置的最大主应力均超过抗拉强度引起拉裂有关;当卸荷时间适中时,围岩呈现出与V形坑类似的开裂形态,可能与这些位置存在剪应力有关。卸荷越快,处于扰动区(径向压应力下降区)内的应力环越多,越清晰,围岩径向应力波动越剧烈,所达到的最大径向拉应力越大或最小径向压应力越小。     

基于细观模拟的轻骨料混凝土破坏行为及尺寸效应研究∗

轻骨料混凝土由于其轻质高强及保温隔热性能好等优点,越来越多被应用于实际工程结构。从细观角度出发,将混凝土材料看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了考虑混凝土材料非均质性影响的二维细观数值分析模型,模拟研究了轻骨料混凝土与普通混凝土压缩和劈拉破坏行为及尺寸效应的异同,并揭示两者破坏机理。结果表明:轻骨料混凝土压缩及劈拉破坏均造成骨料颗粒的断裂,而普通混凝土破坏时骨料很少破坏;轻骨料混凝土由于脆性较强,与普通混凝土相比有更加明显的压缩强度尺寸效应现象;轻骨料混凝土与普通混凝土存在相似的劈拉强度尺寸效应现象。     

基于非线性屈服准则及主应力判据的圆形巷道围岩岩爆过程的数值模拟

鉴于考虑拉伸截断的线性莫尔-库仑屈服准则不能考虑岩石在高应力条件下的非线性屈服特征,根据虎克-布朗本构模型,将上述屈服准则在受压区的线性屈服函数修改为非线性形式。采用3种岩爆的主应力判据,判别圆形巷道开挖之后围岩中各种级别岩爆的分布及演变规律。计算采用"先加载,后挖洞"的方式,岩石服从弹—脆—塑性本构模型。研究发现,发生高级别岩爆的单元数少于发生低级别岩爆的单元数;轻微岩爆区的形态更接近于塑性区及剪切应变增量的高值区。根据巴顿判据,发生重岩爆的单元数较多,而且主要发生的是拉伸岩爆;根据陶振宇判据,发生轻微及中等岩爆的单元数均多于根据谷明成-陶振宇判据判别的结果。上述两种判据判别的结果均表明,在不考虑拉伸岩爆的条件下,只有位于围岩内部的单元才有可能发生高级别的岩爆,而位于巷道表面的单元一般仅发生轻微岩爆。     

多重线性软化材料的拉伸应变局部化及力学行为分析

峰后线性应变软化本构关系的拉伸局部化带内部的塑性应变分布及试样的峰后应力—应变关系的理论解答不适用于复杂情形,在双线性应变软化条件下,得到了拉伸局部化带内部的塑性拉伸应变分布及试样的峰后应力—应变关系的理论表达式,又将其推广为多重线性应变软化情形,这在一定程度上拓展了考虑峰后应变局部化的单向拉伸试样力学行为模型的适用范围。拓展后的模型具有广泛的适用性,可模拟峰后的Ⅰ类及Ⅱ类(回跳)行为。通过选择适当的塑性模量(依赖于应力水平)与拉伸局部化带宽度的比值,本文的模型可以精确地模拟多种准脆性材料(例如岩石及混凝土)在单向拉伸条件下的复杂的峰后力学行为。