钢桥十字形焊接细节应力强度因子的参数敏感性研究∗

焊接细节断裂参数与其疲劳裂纹扩展和疲劳性能直接相关,为探讨几何参数和裂纹参数对应力强度因子的影响规律,选取十字形焊接细节为研究对象。借助ANSYS软件建立了含半椭圆形裂纹的三维断裂力学模型,基于位移法分析了应力强度因子,讨论了几何参数（焊缝尺寸、板厚、对接焊缝参数）和裂纹参数（裂纹尺寸和裂纹形状比）对其的影响规律,拟合了裂纹形状修正系数函数。研究结果表明：（1）应力强度因子随对接焊缝余高和腹板板厚的增大而逐渐减小,而基本不受焊脚尺寸、翼缘板板厚和对接焊缝宽度的影响;（2）应力强度因子随裂纹形状比的增大而先增大后逐渐减小,但是随裂纹尺寸的增长而逐渐增大;（3）裂纹形状比和裂纹尺寸对应力强度因子影响最为显著,其影响幅度达18.0%。     

基于岩腔后退的危岩断裂破坏分析——以重庆市万州区太白岩危岩为例∗

硬质岩体危岩的突发性破坏本质是岩体的脆性断裂破坏。以重庆市万州区太白岩危岩为例,将危岩后缘卸荷裂隙的扩展贯通简化为半无限大板的边缘裂纹断裂问题,建立了卸荷结构面接触与非接触的裂纹断裂力学模型,推导了 I 型裂纹、II 型裂纹应力强度因子以及联合应力强度因子表达式,并基于数值模拟手段提出了危岩结构面正应力与剪应力确定方法。万州太白岩危岩 W10 断裂破坏分析结果表明：危岩崩塌失稳受控于岩腔的深度,岩腔深度加大,后缘卸荷裂隙扩展,其力学机制根据岩腔深度变化表现为拉破坏和拉剪破坏;对于危岩 W10, 裂纹联合应力强度因子随岩腔深度的增大表现出先增加后降低再增大的趋势,I 型裂纹断裂应力强度因子具有与联合应力强度因子相同的变化特征;岩腔深度 3~6 m 以及 9~10 m 内,危岩裂纹主要为拉应力集中状态;岩腔深度 6~9 m 时,危岩裂纹处于拉剪应力状态;当岩腔深度为 3.8 m 时,危岩 W10 发生拉剪断裂破坏,断裂扩展角为 29.5°。     

超弹性NiTi合金裂纹尖端应变场的数字散斑相关方法

利用数字散斑相关方法对具有超弹性特征的Ni-51．8 at％Ti形状记忆合金的预制双边裂纹试件，在单向拉伸过程中裂纹尖端附近的应变场进行了研究；并对不同时效温度处理的试样进行了比较。发现时效处理温度对合金材料裂纹尖端的应变场有很大的影响。     

基于能量耗散原理的非均质岩石损伤破坏元胞自动机模型研究

基于能量耗散理论建立非均质岩石的动态损伤破坏元胞自动机,分析单轴压缩试验中岩石破坏截面的损伤状态,得到该情况下的岩石裂隙微观动态发展过程、损伤演化关系以及全程应力应变曲线。研究发现:①加载过程中,均质度较低的岩样裂纹的萌生和扩展较为分散,损伤速率低;均质度较高的岩样裂纹的萌生和扩展非常集中,表现为脆性破坏。②损伤演化曲线呈3阶段S形发展。③随着岩石均质度参数的增加,岩石的峰值强度和峰值应变都有所提高,峰后曲线越来越陡。④给出的衡量岩石脆性破坏强弱程度的指标参数,能够较好地描述岩石破坏形式随着均值度参数m变化的规律。     

基于断裂力学和有限元的碾压混凝土坝劈头裂缝扩展的应力计算研究

混凝土坝的劈头裂缝属于断裂力学中描述的张开型(I型)裂缝。劈头裂缝应力计算中,强度因子KI和材料开裂韧度KIC是判断劈头裂缝扩展的关键参数。采用断裂力学的基本理论推导裂缝应力计算的基本公式,并借助有限元来确定强度因子和材料开裂韧度,对寒冷地区实际工程坝体裂缝进行计算,得出运行期4日型寒潮期和不同运行时段的温度裂缝长度和强度因子。通过对比发现,计算结果与大坝运行期不同工况裂缝的实际情况相符合,验证了方法的正确性。     

块石空间定向性对土石混合体力学性质的影响

土石混合体作为一种土和石的特殊混合体,其宏观变形破坏及力学性质与块石的空间定向性密切相关。为了研究块石定向性对土石混合体变形破坏机理的影响,采用二维颗粒流软件中FISH语言编写算法生成不同角度的椭圆形块石,建立土石混合体二维颗粒流数值模型,分别进行了单块石和多块石条件下土石混合体双轴试验数值模拟,对其变形破坏机理进行了深入分析。结果表明:块石角度不同时,土体中裂纹萌生位置不同;随着块石短轴方向与最大主压力轴夹角增大,土石混合体黏聚力先减小后增加,内摩擦逐渐减小;在应力峰值前的应力平缓增长阶段,土体中裂纹迅速增长,在试样强度达到峰值后进入残余强度阶段,裂纹的增速也逐渐降低;块石角度不同时,土石混合体的剪切带破坏形式不同。     

桥梁吊索高强钢丝疲劳裂纹扩展试验与数值模拟

反复车辆荷载作用下,斜拉桥斜拉索及拱桥吊杆疲劳损伤问题日益严重。针对大跨桥梁中常用的镀锌高强钢丝,开展了应力比R分别为0.1、0.2、0.3的疲劳裂纹扩展试验,研究了应力比及应力幅对钢丝疲劳裂纹扩展性能的影响,每种应力比下的应力幅分别为140.4、152.1、163.8、175.5MPa。采用分步加载方法,设计不同加载应力幅在试件断裂面留下裂纹扩展时的条纹特征,利用光学显微镜对疲劳断口的疲劳条纹进行观测,得到了不同应力比下裂纹扩展深度与疲劳循环次数的a—N曲线,拟合了高强钢丝的疲劳裂纹扩展速率模型。试验结果表明:钢丝疲劳裂纹呈三阶段扩展,随着应力比R的增大,Paris公式中参数C变小,m变大。运用有限元软件ABAQUS模拟了裂纹扩展过程,定量分析了裂纹扩展径向与表面方向的关系,试验结果与有限元结果吻合较好。试验得到的疲劳裂纹扩展速率曲线,可用于大跨桥梁吊索的抗疲劳、防断裂设计及疲劳寿命评估。     

基于Weibull分布的脆性岩石峰后应力-应变曲线特征及其统计损伤模拟方法

作为一种非均质且内部缺陷分布具有强烈随机性的地质材料,脆性岩石的应力-应变全过程曲线始终是工程界十分关注的问题,其合理的本构模型是保证岩石工程稳定性控制和安全预测的关键因素。针对目前统计损伤软化本构模型难以较好地模拟脆性岩石峰值强度之后应力跌落过程,首先,根据理论模型分析可知脆性岩石峰后应力-应变曲线特征主要取决于损伤变量D的变化规律,由峰值点法获得的Weibull分布参数m和F₀使理论模型在模拟脆性岩石峰值强度之后应力跌落过程中存在强烈的随机性。然后,在继承已有岩石损伤模型的优越性基础上,引入参数λ和η,提出新型脆性岩石损伤模型,从而建立脆性岩石变形破裂过程统计损伤模拟方法,并给出了模型参数的确定方法。最后,通过参数分析及模型验证表明,参数λ与分布参数m对损伤演化规律产生的影响一致,参数η与分布参数F₀对损伤演化规律产生的影响接近相同,本文模型不仅能够较好地模拟脆性岩石峰值强度之前前变形过程,也能够明显缩小峰值强度之后应力跌落过程与试验曲线的偏离程度,本文模型和方法具有一定的合理性与可行性。     

不同应力路径下灰岩卸荷损伤特性演化规律研究∗

为探究应力路径对灰岩卸荷力学特性的影响机制,考虑恒偏压卸围压、恒轴压卸围压及加轴压卸围压三种卸荷应力路径,分别进行了卸荷试验和数值模拟,分析了不同卸荷应力路径下灰岩的能量释放规律及细观损伤演化规律。研究结果表明：（1）卸荷应力路径对灰岩宏观力学特性影响显著,恒偏压卸围压路径下,岩样卸荷强度最低, 变形模量与泊松比变化趋势最缓,但变化幅度最大,而加轴压卸围压路径下,其卸荷强度最大,但变形参数变化幅度较小;（2）三种卸荷应力路径下,卸荷过程中耗散能占比大小依次为恒偏压卸围压＞恒轴压卸围压＞加轴压卸围压,弹性应变能占比大小则为加轴压卸围压＞恒轴压卸围压＞恒偏压卸围压,说明外力所做的功在恒偏压卸围压方案下多转化为耗散能用于裂纹发育,对应破坏时的损伤变量最大,而加轴压卸围压方案下多转化为弹性应变能储存于岩样内部,卸荷破坏更为突然;（3）数值模拟结果分析发现,恒偏压卸围压方案下,卸荷过程中的裂纹总数量和张拉裂纹占比最大,卸荷损伤程度最高,对应的损伤变量最大,而加轴压卸围压方案下岩样的裂纹数量最少,损伤变量最小,卸荷过程中岩样内部的细观损伤发育规律进一步说明了应力路径对其宏观力学特性的影响。     

温度-应力联合作用下的不稳定岩块稳定性分析

在温差较大的区域,温度是诱发薄型不稳定岩块崩落的重要因素之一。考虑温度与应力联合作用下对不稳定岩块稳定性的影响,首先基于传热学方法,将x,y两个方向的温度传递分别进行计算,然后通过叠加原理建立了不稳定岩块内温度场和不稳定岩块主控结构面处的温度应力解析计算方法。考虑温度应力、不稳定岩块自重、地震和裂隙水压力联合作用下,基于断裂力学建立了不稳定岩块主控结构面的应力强度因子的计算方法,并根据不稳定岩块主控结构面的联合应力强度因子和断裂韧度构建了不稳定岩块稳定性分析方法。通过算例对比分析,结果表明,温度应力对薄型不稳定岩块的稳定性有着重要的影响,温度刚开始升高时不稳定岩块的稳定系数下降较快,随着温度进一步升高,不稳定岩块的稳定系数变化变缓;揭示了温度和主控结构结构面贯通长度联合作用下不稳定岩块稳定性的变化规律。所建立的不稳定岩块稳定系数计算方法可为温差较大地区的薄型不稳定岩块稳定性分析提供新的方法。     

受压混凝土试件应力状态与强度分析

为研究受压混凝土试件的强度以及强度变化机理,通过数值模拟不同长径比的混凝土轴心受压试件的破坏过程,研究受压混凝土试件轴心受压时内部应力状态和裂纹的损伤演化过程,及混凝土试件不同围压作用下,强度的变化机理,分析表明, 混凝土试件随着长径比增大,强度减小,试件的破坏面逐渐减小,强度随着内部应力状态变化而变化,围压越小混凝土试件的强度越小,试件的破坏形式由剪切破坏面逐渐到受拉破坏面。推荐将长径比1∶10时为受拉破坏面为作为无侧限的受压时极限拉应变。     

分级加卸载下深部巷道围岩蠕变特性试验研究

采用分级增量循环加卸载方式,对湖南湘煤集团牛马司矿业公司水井头煤矿-300m东大巷二煤层底板粉砂岩进行了单轴蠕变特性试验,探讨了轴向蠕变和各蠕变阶段的非线性粘弹塑性变形特征。试验结果表明,当应力水平低于岩石的长期强度时,粉砂岩只发生衰减蠕变;瞬时塑性应变和粘塑应变随轴向应力的增大而增大,瞬时弹性模量随应力水平增大而增加,而变形模量随应力水平增大和时间的增长逐渐减小,直至趋于某一稳定值;随着应力水平增大,粘弹性应变、粘塑性应变和总蠕变均先减小然后增大,表明低应力下因岩石内部微裂纹不断压密产生应变硬化,高应力下因岩石材料性质不断劣化产生内部损伤发生应变软化。     

探讨土应力异常予测地震发生的要素

<正> 一引言为使面广量大的土应力资料,较可靠地反映地下应力的变化和排除自然因素或外界干扰的影响,我们对江阴县以至长江口地区四年多来数以万计的数据进行处理和筛选。处理的方法包括滑动法订正、单因子或多因子干扰相关差分分析,并在处理后的土应力曲线上标出震中距(R≤250公里的Ms≥3.0级震和R≥500公里的Ms≥5.0级的地震),以筛选出对地震前兆反映最佳或较好的若干组土应力测点资料,为震情分析的主要依据。     

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。     

循环荷载下饱和软黏土振后强度弱化研究

本文以宁波轨道交通淤泥质黏土为对象进行动、静三轴试验,探讨了不同围压、静偏应力、动应力作用下淤泥质黏土振后强度弱化规律和不排水剪有效应力路径发展规律,获得了土的强度弱化参数,结果表明:与常规不排水三轴剪切试验结果相比,振后孔压发展曲线表现出超固结土的特性,出现剪胀现象,动应力比、初始静偏应力比越大,越为明显;振后孔压累积,有效应力减小,抗剪强度随静偏应力的增大而减小,建立的u/σ3～qsd/qs线性表达式可较好地描述土的强度弱化比-归一化孔压之间的关系;随着静偏应力的增大,应力路径曲线而向左偏移,研究结果为轨道交通的动力设计提供了参考。     

水力压裂诱发断层活化机理分析

我国油气储层中含有大量断层,水力压裂开采油气资源的同时易引起断层活化,进而引发地震。为研究水力压裂诱发断层活化机理,在裂缝尖端和附近储层应力状态研究基础上,结合滤失引起的孔隙压力变化规律,得出断层受拉活化和受剪活化条件。通过对断层活化条件进行解析研究,得出以下结论:断层与水力压裂裂缝尖端相遇时可被水力压裂裂缝尖端激活,首先裂缝尖端应力集中可使断层小范围内受拉或受剪破坏,然后压裂液进入断层使断层受拉张开,两阶段条件均满足时断层被激活,水力压裂裂缝转向断层扩展;水力压裂裂缝穿过断层后,随着压裂时间的累积,压裂液滤失使储层孔隙压力增大、有效应力减小,可引起断层剪切滑动;随着地应力差增大,断层倾角、粘聚力以及内摩擦角减小,断层剪切滑动所需的孔隙压力降低。     

泥石流作用下埋地管道的可靠度分析

随着地质灾害和极端天气数量的增多,因泥石流引起的管道失效事故不断发生。将泥石流冲击速度作为随机变量,确定其分布规律。利用ABAQUS有限元软件,考虑管-土接触非线性,建立了泥石流-土-埋地管道的相互作用模型。计算不同流速泥石流冲击作用下埋地输气管道的最大应力,确定了最大等效应力的分布规律。最后结合管道强度的分布规律,运用应力-强度干涉模型的可靠度计算方法,采用MATLAB软件运用两种不同方法求得管道可靠度。研究对于埋地长输管道就泥石流灾害的预防具有重要的参考价值。     

危岩稳定性评价的颗粒流断裂力学法

针对危岩稳定性评价问题,结合颗粒流数值模拟方法和断裂力学理论,建立了危岩稳定性评价的颗粒流断裂力学法。选用接触黏结模型,建立了断裂韧度颗粒流数值试验方法,并通过应力强度因子计算公式求取颗粒流数值试样的断裂韧度。根据断裂韧度与接触黏结强度之间的关系,建立了断裂韧度的细观参数标定方法。最后通过实例分析了上述方法在危岩稳定性评价中的应用,分析结果验证了其可行性。     

结构面长期强度确定方法对比研究∗

结构面长期强度的确定对工程岩体长期安全稳定性评价具有重要意义。在对水泥砂浆结构面试件分别进行了不同法向应力条件的剪切应力分级剪切蠕变试验和循环剪切应力松弛试验的基础上,分别利用过渡蠕变法、应力-应变等时曲线法和应力松弛法对结构面的长期强度进行了求解。结果表明:过渡蠕变法确定的长期强度精度依赖于蠕变试验中加载应力级的划分;等时曲线法将长期强度值视为考虑时效作用的屈服强度值,结果偏保守;应力松弛法考虑了循环加载条件应力松弛的终止条件和长期强度之间的关系求得,结果合理明确。该研究对考虑时效作用的工程岩体安全稳定性支护提供设计依据。     

非饱和土边坡三维稳定性分析方法及考例

为了同时考虑边坡的饱和状态和三维尺度,根据非饱和土Barcelona模型进行了三维有限元数值模拟,确定了非饱和土边坡的应力位移分布。结合稳定性分析理论,将吸力对强度的贡献嵌入安全系数公式中,研究了非饱和土边坡的三维稳定性分析方法,并通过标准算例边坡的稳定性分析,确定了吸力对安全系数的贡献,并证明了该方法能够很好地退化到常规稳定性分析。