岩石单轴压缩蠕变损伤本构模型

准确预测岩石蠕变行为对岩石力学与工程的研究具有非常重要的意义。首先对岩石蠕变机理及典型蠕变曲线进行了分析,其次通过在经典岩石蠕变模型如J体模型的基础上引入损伤理论及Kachanov损伤演化定律,进而建立了一个新的岩石蠕变损伤本构模型。第三,对模型参数的确定方法进行了详细的研究。最后,引用其他学者所开展的不同轴压下岩石单轴压缩蠕变试验对该模型的合理性进行了验证。可以发现本文所提出的模型不仅能够很好地预测岩石的稳定蠕变阶段,而且还能预测经典模型所不能反映的岩石加速蠕变变形。结果表明损伤理论能够很好地反映岩石的蠕变破坏机理,为了能够准确模拟岩石蠕变变形全过程,在经典的J体模型中引入损伤因子是很有必要的。     

混凝土与钢筋混凝土结构抗火抗冲击研究评述

火灾高温和爆炸冲击荷载会对工程结构造成严重的破坏,二者通常相伴发生,对工程结构产生的破坏更为剧烈。从混凝土材料和钢筋混凝土构件两个层面,分别综述了火灾高温与爆炸冲击荷载单独及联合作用对混凝土与钢筋混凝土结构影响的物理试验、理论分析与数值模拟方面的研究进展,发现现有研究工作的特点为:火灾高温/爆炸冲击单独作用研究多,耦合或联合作用研究少;试验研究工作多,理论分析与数值模拟工作少;宏观均质数值模型多,微/细观非均质数值模型少。建议今后开展火灾高温与冲击荷载联合作用下混凝土材料及钢筋混凝土构件物理试验研究,建立钢筋混凝土构件全过程响应研究的多尺度分析理论与数值模型,揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理,为灾后损伤评估及安全加固提供基本理论。     

考虑塑性应变及损伤阈值的混凝土冻融损伤本构模型研究

根据不同冻融循环次数下的混凝土应力—应变全曲线特性,研究了损伤变量的变化规律,并建立了冻融后混凝土损伤演化方程,探讨了损伤阈值对混凝土冻融损伤本构模型的影响。将统计学方法与细观力学方法结合,采用平行杆模型模拟混凝土等脆性材料单轴受压的损伤演化规律,在传统的两参数Weibull分布函数基础上引入损伤阈值参数,提出了考虑塑性变形的混凝土损伤本构方程。该模型可以较好地反应混凝土在受载初期时的力学特性。结合试验结果,求解出模型中的参数,并与试验结果对比分析,验证了所提出模型的合理性。     

岩石冻融风化作用积累泥石流物源试验研究

风化作用导致地表岩石的破碎,是泥石流固体物质的主要来源之一。研究岩石风化作用对于研究高原泥石流物源的积累效应和泥石流的形成机理具有重要意义。在高寒地区,地表岩石以物理风化为主。温度和水分的变化是物理风化作用的主要原因。该文选择青海省玉树州泥质砂岩,分6级不同含水率,分别开展了循环10次、20次、40次、60次、80次冻融试验,并对冻融岩样进行纵波波速测量、CT扫描和抗拉强度测量,横向比较岩石的风化程度。通过试验得出不同含水率条件下,随着冻融循环次数的增加,岩样的纵波波速、CT数和抗拉强度都呈减小的趋势。综合分析认为温差作用和冰劈效应在高寒地区岩石风化中的主要地质作用。在干燥条件下,温差作用更加明显。在含水条件下,温差风化和冰劈作用同时存在,相互促进。     

模拟酸雨侵蚀环境下普通混凝土腐蚀机理及时效性能研究进展

为深化对酸雨侵蚀环境下混凝土腐蚀机理及时效性能演变机制的认识,论述了酸雨侵蚀作用下混凝土材料腐蚀机理;归纳总结了已有酸雨侵蚀混凝土理论模型;梳理了酸雨单因素作用、酸雨-环境因子耦合作用、酸雨-荷载作用及酸雨-环境因子-荷载作用4种环境下混凝土材料物理力学性能演变过程的最新进展及研究不足,并展望了未来的研究方向与重点。研究结果表明：考虑酸雨离子成分交互作用的酸雨腐蚀混凝土机理尚未清晰,已有酸雨侵蚀混凝土理论模型缺乏扩展性,酸雨侵蚀作用下混凝土时效性能虽取得一定成果,但室内加速试验规范尚未统一,且多忽略了实际混凝土结构承载状态及服役环境的复杂性及时变性,所获混凝土物理力学性能依时变化规律仅适用于特定试验环境,同时由于试验工况单一导致试验数据匮乏,对混凝土-酸雨-环境因子-荷载相互作用机制揭示不足,仍需增设试验工况,扩大试验延度,加强混凝土细观结构演变及微观化学分析,进一步探索酸雨侵蚀混凝土机理,改进混凝土时效性能量化指标及评价体系,完善混凝土-酸雨-环境因子-荷载多场关联下混凝土时效性能研究。     

城市燃气输配管网耦合风险研究现状及展望

城市作为一个复杂的系统,其发展离不开天燃气等动力能源,城市燃气管网运行存在来至人、设备、环境以及管理等各方面的风险隐患耦合作用,同时随着城市社会经济的发展,其凸显脆弱性,燃气管网各种风险相互耦合并引发事故灾难,将会对城市造成极大的破坏,相关事故在国内外屡见不鲜。为了减少城市燃气管网灾害事故的发生,从风险耦合的角度出发,对多因素耦合作用下城市燃气管网灾害风险的研究现状进行文献分析,从而发掘已有研究存在的不足。通过对国内外城市燃气管网耦合灾害风险的大量相关文献进行分析,发现过往研究存在以下问题:1当前对多因素耦合作用下的城市燃气管网的灾害风险作用机理进行的研究较少;2缺乏对城市燃气管网多因素耦合灾害风险演化规律的研究;3对城市燃气管网多因素耦合灾害风险评估模型的研究也较少;4也没有对城市燃气管网多因素耦合灾害风险的动态管控策略开展研究。针对此四方面的问题,最后提出了在城市复杂环境下,燃气管网面对多风险因素耦合作用时的研究方向,对多因素耦合灾害风险理论发展以及城市安全运行和管理起到促进作用。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

基于细观尺度的岩体开挖渐进破坏模拟研究

岩土渐进式地质灾害是当前岩土工程领域的重要研究课题。基于颗粒离散元法导出颗粒连接损伤模型,建立岩石细观离散模型,进行不同颗粒参数条件下的岩石单轴受压数值模拟。结果表明,岩石细观颗粒间相互黏结力是影响颗粒黏结破坏的主要因素;颗粒间摩擦系数是影响宏观强度的敏感参数,单轴受压试验形成接近45°剪切带,数值模拟与试验结果较好吻合,验证了该模型的合理性。建立岩体开挖细观离散模型,模拟不同地层条件下的开挖过程,对比分析了开挖未支护和支护情况下检测点的沉降差异。研究发现,未支护支撑下,深层开挖时,检测点的位移沉降较浅层开挖时明显;支护可以有效降低围岩变形,防止拉应力产生。本文从细观上揭示岩体开挖条件下渐进式破坏过程形成机制,为更深入研究岩土力学特性和滑动断裂的形成与发展等渐进破坏过程提供了理论和技术支撑。     

化学溶蚀及冻融循环作用下砂岩的力学特性研究∗

选取云南的砂岩作为试验岩样,研究砂岩经过化学溶蚀及冻融循环作用下的力学特性。通过对砂岩在3种水化环境(PH=3的HCl溶液、PH=7的水溶液、PH=12的NaOH溶液)作用后分别进行循环冻融试验,并在不同冻融循环温度 (-20 ℃、-30 ℃、-40 ℃、-50 ℃)作用下对试样进行单轴压缩试验和三点弯曲试验。结果表明：砂岩经过化学溶蚀和冻融循环作用下的劣化损伤模式主要受冻融循环温度及不同水溶液影响,在不同的水溶液中,单轴抗压强度、弹性模量、应力峰值和断裂韧度均随着冻融循环温度的降低而逐渐降低;HCl溶液浸泡后的砂岩损伤变量最大,而在对砂岩有修补作用的NaOH溶液中出现了负损伤的变化。     

驳船撞击下RC桥墩的非线性动力响应与损伤特征分析∗

针对世界范围内时有发生的船舶撞击桥梁事故,为研究桥墩在驳船撞击下桥墩的动力响应与损伤特征,建立了驳船?桥墩碰撞的有限元模型。通过与已有落锤冲击试验的结果进行了对比,对本文有限元模型的可靠性进行了验证。基于本文建立的驳船?桥墩碰撞有限元模型,分析了 1 000 t 驳船以 4 m/s 速度撞击下桥墩的动力响应与损伤变化机理,并研究了驳船撞击速度、撞击吨位、撞击点以及轴压比对损伤特征的影响规律。结果表明,桥墩较不利部位为撞击点区域与墩底区域,钢筋应变率效应使钢筋屈服强度提高 11.7%~22%,一定程度上会增大桥墩抗力; 撞击速度与吨位会影响桥墩的损伤程度,但不会影响桥墩的损伤特征;撞击点与轴压比的变化会改变桥墩的损伤程度与特征;随着撞击点的减小与轴压比的增大在一定程度上会增大桥墩的抗撞能力。