混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征研究

通过对不同位置预制裂缝的混凝土三点弯曲梁进行声发射试验,开展了不同预制裂缝偏移比下混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的声发射过程参数、状态参数、统计参数分布规律,以及参数间相关性研究。结果表明:振铃计数—时间曲线、能量释放率—时间曲线的突变可表征Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程的临界状态,随着预制裂缝偏移比的增大,峰值荷载增大,试件脆断性增强;部分声发射过程参数间具有高度或中度相关性;随着裂缝偏移比的增大,试件起裂阶段主频均以低频占优,失稳阶段主频呈现"高—低"趋势。该研究可为混凝土损伤状态判别提供一定基础。     

混凝土I-II复合型断裂过程声发射特征研究

通过对不同位置预制裂缝的混凝土三点弯曲梁进行声发射试验,开展了不同预制裂缝偏移比下混凝土I-II复合型断裂的声发射过程参数、状态参数、统计参数分布规律,以及参数间相关性研究。结果表明:振铃计数—时间曲线、能量释放率—时间曲线的突变可表征I-II复合型断裂过程的临界状态,随着预制裂缝偏移比的增大,峰值荷载增大,试件脆断性增强;部分声发射过程参数间具有高度或中度相关性;随着裂缝偏移比的增大,试件起裂阶段主频均以低频占优,失稳阶段主频呈现“高—低”趋势。该研究可为混凝土损伤状态判别提供一定基础。     

2种Ⅱ型混凝土试件断裂韧度K_(ⅡC)值的比较研究

根据混凝土四点剪切加载和两端切口半边对称加载这2种Ⅱ型混凝土试件断裂试验的结果,计算分析了它们的断裂韧度KⅡC及其相互关系。采用有限元方法,基于数值模拟,利用ANSYS软件计算分析了2种Ⅱ型混凝土试件断裂试验加载阶段各荷载步的应力场和应变场,用位移外推法分别计算了四点剪切加载和两端切口半边对称加载Ⅱ型断裂数值模拟试验的断裂韧度,并与试验结果进行了比较。由于两端切口半边对称加载条件下试件受力均匀,容易保证整个试验过程中试件断裂过程区切应力占据主导地位,而四点剪切加载条件下则不可避免出现张拉和扭转等现象,从而导致试件断裂破坏过程中并不总是纯剪切的Ⅱ型断裂,这可能是这2种Ⅱ型混凝土试件断裂韧度KⅡC值有所不同的原因所在。     

含V型切口混凝土梁I、II复合型断裂特性研究∗

通过采用三点弯曲加载,结合电阻应变片法以及数字图像相关法,研究初始缝高比、偏心距以及切口角度对V型切口混凝土梁荷载值和断裂过程区的影响,最后运用有限断裂力学进行理论分析,并与平均应力准则做比较。试验结果说明,起裂荷载和破坏荷载的变化随着缝高比的增大而减小,不同范围内的切口角度对起裂荷载和破坏荷载的影响也有差别,起裂荷载和破坏荷载随着加载偏心距增加而增大起裂时刻和最大荷载时刻的断裂过程区等于裂缝长度,而失稳时断裂过程区远远小于裂缝长度,断裂过程区以切口角度120°为界,具有不同的变化趋势;平均应力准则下的裂缝扩展长度随着切口角度的增加整体呈现下降趋势,无论是临界破坏荷载还是裂缝扩展角度,有限断裂力学准则的理论预测值较平均应力准则更为接近试验结果。     

基于纳米压痕技术的页岩土MICP结石体微观力学特性研究

目前对于微生物诱导碳酸盐沉淀技术(MICP)土体加固技术的研究大多数集中在宏观力学性能上,对微观力学特性的研究较少。为了探究页岩土 MICP 结石体的微观力学特性,在不同峰值荷载下对页岩土 MICP 结石体进行纳米压痕测试,并基于能量法中弹性参数计算模型及塑性断裂力学理论计算页岩土 MICP 结石体中胶结体区域及土颗粒区域的硬度、弹性模量和断裂韧度。结合激光显微镜及 X 射线衍射试验,探讨测点处碳酸钙胶结体状态及矿物组分对页岩土 MICP 结石体各相材料微观力学特性的影响,建立页岩土 MICP 结石体弹性模量、硬度及断裂韧度三者之间的线性关系。结果表明,利用纳米压痕技术测试页岩土 MICP 结石体材料的弹性模量、硬度及断裂韧度具备可行性。由于 MICP 技术诱导生成的方解石晶体质地不均匀,导致页岩土 MICP 结石体中胶结体的弹性模量、硬度及断裂韧度存在较大离散性。矿物组分中石英矿物的存在能够强化页岩土颗粒的微观力学特性,使部分页岩土颗粒的力学参数提高。各区域的断裂韧度变化趋势与弹性模量、硬度相同,三者之间具有简单线性关系。 纳米压痕技术打破了常规力学试验对试样尺寸的限制,为测定页岩土 MICP 结石体的细观力学参数提供借鉴。     

特大断面板岩隧道施工期围岩变形时空效应分析

目前,关于特大断面板岩隧道施工期围岩时空变形规律缺乏系统性的总结。以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道为例,结合变形监测资料,分析在不同开挖方法下特大断面板岩隧道施工期围岩时空变形规律,划分围岩变形-时间特征曲线及围岩变形-距掌子面距离关系曲线的类型;分析围岩位移释放率与时间和距掌子面距离的关系,研究围岩级别和空间位置对特大断面板岩隧道施工期围岩变形时空效应的影响规律。结果表明:围岩变形-时间特征曲线的类型可分为"弯弓"型和"台阶"型。"弯弓"型划分三个变形阶段,适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩;"台阶"型划分四个变形阶段,适用于Ⅴ级围岩。围岩变形与距掌子面距离的关系曲线的类型可分为"单厂"型和"双厂"型。"单厂"型曲线出现在Ⅲ、Ⅳ级围岩地段,当监测断面距掌子面超过5倍洞径时,围岩变形趋于稳定,空间效应趋于消失;"双厂"型曲线出现在Ⅴ级围岩地段,当监测断面距掌子面超过3倍洞径时,围岩变形基本趋于稳定。最后,提出了不同围岩级别下隧道围岩径向位移释放率随时间和距掌子面距离的变化规律,研究结论对于特大断面板岩隧道围岩长期稳定性的研究具有借鉴价值。     

土体剪切带的模拟与机理分析

采用修正剑桥模型,研究在平面应变条件下正常固结土剪切带的产生机理和剪切带形状的多样性。研究结果表明,剪切带是由材料的不均匀变形引起,并由试样局部应变能释放的冲击作用形成的;试样端部摩擦约束与试样内部初始缺陷都能够引起试样的不均匀变形进而诱发剪切带。分析了不同边界约束条件、初始缺陷设置方式及二者共同作用对剪切带形式的影响,平面应变条件下土体的剪切带有单一型、交叉型和多段型等3种形式,多段剪切带的发展具有先后顺序。     

基于人工神经网络方法的FRP增强混凝土断裂研究新思路∗

纤维增强复合材料(FRP)作为一种新型的增强加固材料,由于其强度高、质量轻、防腐蚀、耐疲劳、与混凝土粘结性能好以及便于施工等诸多优点,在混凝土结构修复加固领域得到了广泛的应用。近年来,随着人工智能(AI)的逐渐兴起,机器学习(ML)作为实现AI 的一种途径,在水利、建筑等各行各业也得到了长足的发展。首先简单介绍了ML 的基本原理,并通过对ML 在混凝土结构工程中应用的系统回顾与总结,指出了传统试验和数值模拟分析中FRP 增强混凝土断裂研究存在的一些难点和局限性,阐述了基于ML 的人工神经网络(ANN)方法在处理混凝土结构问题中的优越性,认为采用ANN 方法能够有效解决FRP 增强混凝土断裂研究中难以解决的问题;其次,对ANN 方法应用于FRP 增强混凝土断裂韧度预测中的新思路进行了详细介绍,给出了ANN 方法应用于FRP 增强混凝土断裂韧度预测的具体流程,并对其流程中的一些步骤给出了建议;最后,对ML 应用于FRP 增强混凝土断裂方向的深入研究进行了展望,提出了ML 应用于FRP 增强混凝土断裂方向深入研究的相关问题。     

特征参数对单自由度结构随机临界地震响应影响的研究

结构物受地震作用的动力分析法可分为两大类,一类是确定性分析方法,另一类是概率性分析方法。随机临界地震响应分析法作为概率性分析法的一种,是指在地震激励均方值已知的条件下,找出使响应方差最大的临界地震激励。本文针对一单自由度水塔结构,在平稳高斯过程地震动输入下,运用随机地震响应分析法,求解了随机临界地震响应,并分析了控制临界地震激励的平均零穿越率的参数P、结构阻尼比、正交函数系的选择和项数等对体系随机临界地震响应的影响,得到一些有益的结论,对实际工程的运用具有一定的指导价值。     

渭河断裂东段中更新世晚期以来活动速率

综合地形、断裂遥感解译以及钻孔联合剖面,考虑到渭河断裂东段在金家庄、东耳村一带存在一个左阶斜裂区,阶区宽约1 km,将断裂分为杨家村-金家庄段和东耳村-张家湾段,均为同生正断层,全新世有活动。使用研究区的十一条钻孔联合剖面,结合典型断错地层光释光年龄,建立了渭河断裂东段中更新世晚期以来的断裂活动速率曲线。结果显示杨家村-金家庄段全新世活动速率为0.04 mm/a,晚更新世活动速率在0.16~0.40 mm/a之间,中更新世平均活动速率在0.24~0.30 mm/a之间;东耳村-张家湾段全新世平均活动速率为0.12 mm/a,晚更新世活动速率在0.11~0.23 mm/a之间,中更新世平均活动速率在0.19~0.24 mm/a之间。通过与渭河断裂东部地区晚更新世以来的沉积速率曲线对比,在较长时间段里,地层沉积速率大于断裂活动速率,反映了渭河断裂垂向差异运动较弱,以至于隐伏于渭河阶地之下。     

玛纳斯河流域生态问题的潜在风险性评估

玛纳斯河流域是中国干旱区最具代表性的山地-绿洲-荒漠生态系统,三大生态系统表现出的区域生态、经济要素的空间状况有所分异,所存在的生态安全问题的表现形式也各不相同。根据流域土地利用和水资源数据库,在生态经济功能分区的基础上,针对流域不同分区存在的生态安全问题,选取相应的17个生态风险评估指标,建立了生态-经济风险性评价模型,对流域各个生态经济功能亚区的生态问题潜在的风险性进行了生态风险评估。结果表明:Ⅰ1,Ⅱ1,Ⅱ2,Ⅱ3,Ⅲ1,Ⅲ2和Ⅲ3亚区的生态问题潜在的风险性在增大,说明生态问题日益突出,而Ⅰ1和Ⅱ4亚区生态问题潜在的风险性指数存在波动;Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ三个大区中生态问题潜在的风险性指数最高的分别是Ⅰ1,Ⅱ1和Ⅲ1亚区。评价结果能够较为客观地反映了当地的实际情况,因而对流域可能出现的灾害性的环境问题及由此引起的巨大的经济损失提出了警示。     

火灾场景中玻璃破裂行为研究综述

建筑物在火场中的结构响应问题中,门窗玻璃在火场中的热响应特性及破裂脱落是影响火灾发展的重要因素之一。通过事故案例分析了火灾场景中玻璃破裂脱落的危害性,指出了研究火灾场景中玻璃受热破裂脱落的意义,并对目前火灾场景中玻璃受热破裂过程和主要形态、玻璃的破裂机理和判据等的研究现状进行了详细的分析,总结了目前实验和计算机模拟的最新研究进展和不足,为今后进一步开展玻璃受热破裂脱落研究提出了若干建议。     

基于SCS-CN与GIS耦合模型的闽三角城市群承灾空间淹没风险研究

以闽三角城市群为研究对象,创新水文SCS-CN算法与GIS耦合技术,计算出不同暴雨重现期(5 a,10 a,50 a一遇)下的淹没范围,构建闽三角城市群内涝淹没风险评估体系.通过地理探测器进一步探究淹没风险与社会生态系统空间分布规律,为闽三角城镇群的生态安全保障与可持续发展提供技术支撑.研究表明:闽三角城市群内涝淹没区...     

岩爆过程释放的能量分析

能量积累与耗散是岩爆机理研究的重要内容之一。以往的研究一般将岩爆过程释放的能量归结为隧道围岩的弹性应变能。分析表明，开挖状态下，围岩可以积蓄的宏观弹性应变能小于岩爆过程释放的总能量。根据理论物理学、结晶学及矿物学相关理论与岩爆特征，岩爆能量应属于破裂面两侧断裂晶体的应变能，并非围岩整体的应变能。岩爆破裂面断裂晶体的应变能是在裂纹到达的瞬间因晶体被拉伸到极限状态而达到最大值并高速释放的，因此，岩爆能量的积累过程是短暂的、瞬时的。岩爆过程释放的能量转化为表面能、动能及热能等形式，而动能是裂纹持续快速扩展的主要驱动力。     

聚能药包在岩石控制爆破技术中的应用研究

聚能爆破技术是岩石控制爆破技术中有待开发的领域。根据爆炸力学、岩石断裂力学理论,从当前控制爆破面临的问题入手,对线性聚能药包(Linear shaped charge)在岩石定向断裂爆破中裂纹的产生、扩展以及主要爆破参数进行了分析研究,并利用自制线性聚能药包在巷道掘进中进行了试验。试验结果是聚能药包形成的巷道轮廓外爆震裂隙不明显,巷道断面平整,凹凸量不超过50mm,眼痕率高达96%以上,经济和社会效益明显。这些均表明聚能爆破是一种理想的定向断裂控制爆破技术。     

地震块体模型的共轭剪切破裂带数值模拟

对地震块体模型的应变率场的数值模拟结果表明 ,地震块体模型 ,尤其是当界面法向和切向刚度较大时 ,能产生明显的共轭剪切破裂带。地震块体模型存在老断层 ,呈现各向异性 ,因而 ,促进了某一方向上的主条带充分发展 ,与主条带共轭的次条带被抑制。存在复杂地质构造可能是地震带的间隔距离并不严格相等的原因。地震发生在剪切破裂带交叉部位的原因是这一位置剪切应变率较高。考察应变率场能揭示出地震块体模型的应变局部化特征。在构造运动作用下 ,新生构造与老构造并不重叠是可能的 ,因而 ,新生构造的交汇点就不一定出现在老断层上。地震块体模型的中心块体的尺寸越大 ,中心块体越稳定     

岩石变形破裂过程中电荷感应信号的检测

设计了采用非接触方式、高放大倍数、高效率的电荷传感器,并给出了电荷传感器的设计原理和技术指标。利用研制的电荷传感器对岩石变形破裂过程中产生的电荷感应信号进行了检测试验。结果表明,岩石在变形破裂过程中会产生电荷感应信号,并能够被研制的电荷传感器检测到;电荷感应信号是瞬时脉冲的;随着加载应力水平的增加,电荷感应信号强度增强,在峰值应力前,电荷感应信号强度达到最大值;在破裂面接收到的电荷感应信号较强,主破裂面接收到的信号最强,因而电荷的产生和岩石的破裂有很大的关系。作为正在探索的检测岩石破坏过程的手段之一,电荷感应方法应是一种很具潜力的方法,值得深入研究。     

低温环境下桥梁用结构钢疲劳寿命估算方法

在现有研究成果的基础上,基于断裂力学理论提出了适用于桥梁结构钢的低温疲劳寿命估算方法。利用室温环境下的疲劳性能参数和低温环境的基本力学性能参数对低温环境下的疲劳极限、疲劳裂纹扩展门槛值等进行预测,建立疲劳裂纹扩展速率模型,应用等效初始裂纹法估算低温环境下桥梁钢的疲劳寿命,并通过塑性区裂纹尺寸修正进行低周疲劳寿命预测。通过算例表明,该方法能够较为准确的预测Q345qD钢试件的拉伸疲劳寿命,从而避免了成本高昂的低温疲劳试验,为钢结构桥梁的低温疲劳分析提供简便而实用的依据。