非均质沥青混合料劈裂试验全过程数值模拟

为了分析非均质特性对沥青混合料劈裂试验的影响,应用真实破裂过程分析系统,全过程模拟了考虑均质度影响的沥青混合料劈裂试验,并假定沥青混合料强度参数符合Weibull分布,分析了劈裂过程中应力分布状态和裂纹分布状态,同时对AC-10沥青混凝土马歇尔试件进行了劈裂试验,模拟了劈裂破坏过程.结果表明:裂纹状态随均质度的减小趋向离散,高均质度的试件劈裂裂纹状态更具有规则;受非均质基元体随机分布的影响,试件劈裂过程中的应力分布呈现出多峰值现象;马歇尔试件的数值试验和物理试验具有相同的劈裂过程.     

沥青混合料裂缝扩展过程细观力学模拟

采用离散元方法构建了沥青混合料马歇尔数字试件，模拟了间接拉伸试验，研究了粘结强度比、颗粒摩擦因数和加载速率对微裂缝扩展过程的影响，分析了试件内部颗粒的细观响应。模拟结果表明：粘结强度比越大，沥青的粘结特性越明显，使得微裂缝的类型由法向渐变为切向，当粘结强度比由0．500增大到4．000时，接触力减小了78．05％，位移...     

沥青加铺层反射裂缝成因及扩展机理分析

旧水泥混凝土路面上沥青加铺层反射裂缝的产生主要是由于温度应力和交通荷载周期性重复作用下产生的疲劳破坏。由于旧水能混凝土路面接缝处不能承受拉应力和剪应力,所以在裂缝和接缝处的沥青加铺层最容易受到破坏。因此,反射裂缝一般情况下都与旧水泥混凝土路面的接缝或裂缝相对应。疲劳裂纹的萌生与扩展沥青加铺层疲劳裂缝萌生过程包括强度准则满足时的初裂状态和格里菲斯准则满足后的裂缝扩展。     

变化裂隙岩体的压缩破坏RFPA数值模拟

岩体的结构面特征对岩体的变形与破坏产生重要影响,探讨含裂隙岩体破坏过程中裂纹扩展、强度及能量特征具有重要意义。运用数值模拟软件RFPA,选用灰岩物理力学参数,采用单向压缩应力状态,分析了裂隙岩体的初始裂隙不同水平位置、倾角及长度对裂隙岩体破坏的影响,共14个工况。模拟结果表明:裂隙的水平位置对裂纹的上、下扩展角的影响不大,随着裂纹水平位置a的增大,上裂隙扩展线出现的时间越来越早,裂隙水平位置对其峰值强度影响较小;随裂隙倾角的增长,上、下扩展角迅速降低,试件峰值强度随之增加;随裂隙长度的增加,上、下扩展角迅速增长,峰值强度呈减小的趋势;裂隙的水平位置、倾角及长度对裂隙岩体残余强度影响很小。通过对14个工况的能量和声发射活动发现:当预制裂隙远离轴线时岩体破坏呈"双峰"型破坏;当预制裂隙为陡倾裂隙时岩体破坏呈"瘦高"型破坏;当预制裂隙为缓-中倾角裂隙时岩体破坏呈"矮胖"型破坏。研究结果对灰岩地区危岩的防治治理具有重要意义。     

聚酯玻纤布防治荷载型反射裂缝的断裂力学分析

基于断裂力学的方法,采用ANASYS软件模拟沥青路面典型结构,分析了设置聚酯玻纤布夹层后,在正载和偏载作用下,裂缝尖端应力强度因子的变化,研究了沥青层模量、基层厚度及裂缝扩展深度等结构参量及层间接触条件和夹层模量对应力强度因子的影响规律.分析结果表明,设置聚酯玻纤布夹层,可以有效防治荷载型反射裂缝的扩展.     

钢筋混凝土梁非线性薄层裂缝单元数值模拟研究

从混凝土开裂的机理出发,提出将薄层裂缝单元模型用于钢筋混凝土梁的裂缝分析,可以兼顾离散裂缝模型直观和分布裂缝模型力学模拟性能良好的双重效果,能够将裂缝的力学行为及其对结构的影响较直观、真实的反映出来。编制了较为完善的计算机软件,并进行了算例分析,利用科学计算的可视化技术得到了梁从开始加载到出现裂缝、裂缝扩展和构件破坏的全过程。     

不同爆炸加载参数下含裂纹试件的动光弹数值分析

采用动态光弹性的方法，对在不同爆炸加载参数下含裂纹试件的动态响应进行了研究，对爆炸过程，应力波传播规律及其对裂纹的影响进行了分析讨论。给出了应力波通过裂纹尖端时，其应力强度因子连续变化的规律；给出了改变爆炸加载参数及边界反射波对裂纹尖端应力强度因子的影响。     

荷载与渗压耦合作用下沥青面层层底裂纹扩展分析

基于线弹性断裂力学原理和有限元分析方法,对汽车荷载与动水压力耦合作用的面层层底含裂纹的沥青路面进行裂纹扩展规律研究与分析.结果表明:动水压力的作用明显改变了对称荷载与偏荷载作用下沥青面层层底的裂纹扩展规律,并随着动水压力增大,裂纹尖端呈现张拉型扩展与剪切型扩展共同作用的复合形式,从而加速了沥青路面的破坏.     

沥青混合料劈裂试验的颗粒流程序模拟研究

为了从细观角度模拟分析沥青混合料的低温开裂行为,选取了4种集料类型、4种矿料级配类型,运用颗粒流程序PFC2D内置"Fish"语言,重构了包含沥青砂浆和粗集料在内的沥青混合料细观数字试件,采用离散元方法实施了虚拟劈裂试验。研究结果表明:离散元模拟得到的劈裂抗拉强度与室内试验结果的匹配程度较好;试件在加载至峰值荷载前,内部已萌生一定数量微观裂纹,极值点荷载后微观裂纹数量大幅增加;高强度集料组成的混合料基本沿着集料与砂浆的界面发生破坏,低强度集料则部分会被裂纹贯穿;基于颗粒流程序的虚拟劈裂试验可以作为研究沥青混合料断裂特征的辅助手段。     

基于XFEM的混凝土开裂数值模拟研究

扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行混凝土开裂、裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了含初始裂纹的混凝土试件和重力坝的开裂扩展过程,分析了其位移、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,展示了扩展有限元法在裂纹扩展分析中的独特优势。     

降雨入渗下裂土边坡水分运移时空特征与失稳机理

为探究降雨入渗下裂土边坡水分运移时空特征与失稳机理, 自主研制了足尺模型试验系统和光纤布拉格光栅(FBG)深部柔性位移系统, 对边坡渐进破坏进行了全过程、多物理量联合监测, 揭示了降雨入渗作用下裂土边坡的渐进变形和破坏演化模式; 基于裂土边坡的渐进破坏模式, 提出了土体饱和比概念, 将裂隙深度范围滑体分为饱和层和非饱和层; 以土体饱和度变化描述了含随机分布裂隙的边坡水分运移规律, 并结合刚体极限平衡法探讨了由裂隙控制的边坡失稳机制。研究结果表明: 对于未形成裂隙的边坡, 连续降小雨时浅层变形受表层基质吸力控制; 裂隙形成后, 雨水沿裂隙快速入渗形成暂态饱和区, 导致基质吸力降幅达82.50%~87.14%, 而由其贡献的抗剪强度迅速损失, 从而形成初期溜滑、片蚀等浅层变形, 降雨停止后坡体仍处于蠕变过程, 坡脚与坡顶位移增幅分别为23.40%和19.39%;蒸发后裂隙规模发展增大了雨水对渗流场的影响范围和边坡破坏规模; 土体经历胀缩、蠕变而变得松散, 裂缝区深部土体体积含水率较初始状态的增幅为205.7%;同一降雨条件下, 初始裂隙深度愈深, 稳定系数愈低, 破坏愈快; 对具有同一裂隙深度的边坡, 其稳定系数随土体饱和比的增加逐渐降低, 土体饱和比增长愈快, 表征边坡内部出现大面积连通型饱和区, 这是裂土边坡出现整体失稳的主要原因。      

移动荷载下含纵横向双裂纹沥青路面复合断裂特性

为了研究移动荷载作用下沥青路面的复合开裂的变化规律,基于断裂力学及有限元数值模拟方法,考虑沥青面层材料的粘弹性,分别研究了移动荷载作用下不同双裂纹间距、不同反射裂纹深度对面层top-down（纵向）、基层反射（横向）裂纹应力强度因子的影响,探讨了其开裂扩展特性,评估了不同移动荷载状态下面层top-down裂纹的断裂疲劳寿命.结果表明:移动荷载作用下,面层top-down裂纹以Ⅱ型扩展为主,在单裂纹及双裂纹间距为0时,分别对应其扩展最严重与最轻微情形,但双裂纹间距及反射裂纹深度对其扩展影响较小;对于基层反射裂纹,当双裂纹间距为400 mm时,最易发生Ⅰ、Ⅱ型开裂扩展,随着反射裂纹深度的增加,扩展程度也逐渐增大;不同移动荷载状态下的top-down复合型裂纹断裂疲劳寿命长短顺序为:高速最长,次之静态、低速制动最短,制动情形下的疲劳寿命仅为高速情形下的20.4%.      

复合式路面层间界面剪切滑移特性

依托南大梁高速公路复合式路面试验段, 测试了不同糙化界面的露骨率和构造深度, 并钻取芯样进行45°剪切试验。结合45°剪切试验测试结果与层间剪切过程力学特性, 将层间剪变特性曲线划分为弹性阶段、破坏阶段、剪切强度衰减阶段和残余阶段, 采用界面构造深度、剪切强度峰值、剪切强度峰值对应层间相对滑动位移和残余剪切强度等指标评价层间剪变特性, 分析了界面糙化方式、防水黏结材料类型和用量、温度和加载速率对复合式路面层间剪变特性的影响。测试结果表明: 凿毛界面构造深度(1.17mm) 大于喷砂界面构造深度(0.37mm), 结合不同糙化界面下剪切过程的层间力学特性差异, 凿毛界面较喷砂界面所成型复合试件具有更优的抗剪性能; 防水黏结材料相同时, 凿毛界面层间剪切强度峰值对应层间相对滑动位移(0.19~0.79mm) 较喷砂界面(0.16~0.33mm) 更大, 且防水黏结材料对残余剪切强度和剪切强度峰值的影响大于层间剪切强度峰值对应层间相对滑动位移的影响; 整体而言, 温度对层间剪变特性影响显著, 5℃时层间剪切强度峰值为40℃时的7.0~10.0倍, 测试条件对层间剪切强度影响较大, 50mm·min-1加载速率时测试层间剪切强度峰值为5mm·min-1加载速率时的1.9~3.5倍。可见, 凿毛糙化方式更有助于提高复合式路面层间剪切强度, 且复合式路面层间剪变特性需采用多指标予以评价。      

衬砌纵向开裂隧道地震响应振动台的试验研究

为了研究高速铁路双线隧道衬砌纵向裂缝对结构抗震安全性的影响,针对《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）IV级围岩开展大型振动台模型试验,试验采用改进的静动耦合剪切模型箱,考虑隧道埋深、衬砌开裂位置和开裂形式3个影响因素,分析隧道衬砌的地震动应变和结构内力响应规律. 试验结果表明:在地震剪切波作用下,浅埋隧道和深埋隧道衬砌结构的破坏形式分别为受拉破坏和受压破坏,破坏位置均首先出现在拱腰,对应的无裂缝衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.8g和0.9g;拱顶和边墙处裂缝对隧道衬砌结构抗震安全性影响较小,而拱腰处裂缝影响显著;浅埋和深埋条件下,拱腰处有裂缝的衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.5g和0.6g;纵向裂缝的开裂形式不同,衬砌破坏时对应的峰值加速度基本相同;在深埋条件下,相比于正截面裂缝,拱腰处斜截面裂缝导致衬砌结构破坏后变形速度加剧.      

沥青路面表面裂纹扩展模拟及影响因素分析

用基于线弹性断裂力学的有限元法，计算了3种深度路面表面裂纹分别在5种载荷(工况)作用下的应力强度因子及裂纹起裂角，模拟了表面裂纹向下扩展的路径，并分析了路面结构层组合和温度对沥青路面表面裂纹扩展的影响．结果表明，温度、结构层厚度和面层弹性模量对裂纹扩展有明显的影响，且表面裂纹深度越大，影响越显著．     

闭孔泡沫铝的孔隙结构及压缩变形过程研究

为研究压缩空气法制备的闭孔泡沫铝的孔隙结构对其力学性能的影响和压缩变形过程,测量了不同密度泡沫铝的孔隙结构参数,分析了孔径与密度关系,并通过单向压缩实验,分析了密度对破碎压力和杨氏模量的影响以及裂纹产生与扩展情况.研究结果表明：泡沫铝的孔径与密度的关系为ρ＊=0.108 5＋4.862 7exp（-0.608Φ）.在单向压缩时,随着压缩载荷的增加,孔壁在弹性变形后产生弯曲,裂纹首先在应力集中的缺陷处和孔壁强度低的位置产生向次薄弱的孔壁扩展.应力水平越高,裂纹扩展越快;当孔的壁面上存在强度差异时产生褶皱;裂纹贯穿孔壁后发生失稳断裂并可能发生转动,并导致塑性坍塌;应变继续增加,孔穴破碎进入致密化过程.     

静压桩对邻近埋地管道性能影响的数值分析

为了分析静压沉桩过程对邻近埋地管道性能的影响,基于位移贯入法模拟静压沉桩的二维有限元数值方法,建立了桩-土、管-土接触面并在桩顶施加位移荷载实现动态压桩过程,并综合分析了压桩过程中沉桩深度、桩径大小、管道中心与桩体中心的水平距离以及管道的埋深等因素对管道变形与力学性能的影响.研究结果表明:同等条件下,增加管-桩水平距离,管道水平位移、径向变形和管周应力相应减小,近桩侧管周土体的最大水平应力约为不设置管道时的1.5倍;随着沉桩深度增大,初始使管道产生明显水平位移的临界沉桩深度约为管道上方1 m处,随后管道水平位移呈现先增大后略微减小,并最终趋于稳定的趋势,且当沉桩深度为2倍埋深时管道水平位移最大;管道埋深越大,管道受沉桩挤土效应的影响越明显;当埋深为5倍管径时,沉桩桩径减少25%时管道最大水平位移减少27.8%,表明减小桩径可显著降低沉桩对周边管道性能的影响.      

缺陷水泥混凝土路面裂缝扩展机理研究

研究表明,水泥混凝土路面在凝固收缩过程中形成板底早期裂缝,产生缺陷。为此,采用了断裂力学的基本原理,通过计算得出路面板底裂缝深度、荷载大小和应力强度因子之间的关系,分析了路面裂缝扩展的条件。同时,利用疲劳方程建立了荷载作用次数与稳定断裂韧度下降之间的关系式,由此说明疲劳荷载作用下产生的累计损伤导致的稳定断裂韧度下降是路面开裂破坏的根本原因。     

高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究

为探明高地应力层状软岩隧道的非对称变形破坏规律及其支护结构的非对称受力特性,结合碳质千枚岩力学特性与变形破坏机制的各向异性特性,对层状软岩隧道围岩的非对称变形破坏特征进行了分析. 在93座典型高地应力层状软岩隧道变形数据的基础上,系统性地分析了隧道拱顶沉降、水平收敛、最大变形量与地应力、岩体抗压强度、隧道埋深之间的关系. 研究结果表明:高地应力层状软岩隧道的变形量与最大地应力、岩体抗压强度、埋深的分布较为离散,在一定地应力、岩体强度或埋深条件下,隧道变形量既存在于高值区间,也存在于低值区间;隧道变形量随地应力的增大、岩体强度的降低、埋深的升高逐渐向高值区间靠拢,高地应力层状软岩隧道大变形是高地应力、软弱围岩、层理弱面耦合作用的结果;基于隧道最大变形量与隧道强度应力比的幂指数变化规律,提出了高地应力层状软岩隧道的大变形预测分级指标.      

钢桥面板与纵肋焊缝疲劳评估及裂纹扩展研究

为研究正交异性钢桥面板纵肋与顶板连接焊缝的裂纹扩展特性并建立相应的疲劳寿命评估方法,考虑裂纹扩展模拟方法以及材料特性等因素对于裂纹扩展过程与疲劳寿命预测的影响,以某长江公路大桥重载交通钢桥面板为研究对象,进行了疲劳模型试验和理论研究. 综合运用疲劳试验与断裂力学数值模拟研究起始于焊根位置裂纹的疲劳寿命评估问题,探明了疲劳裂纹的扩展特性. 研究结果表明:基于常幅疲劳加载的寿命预测结果与试验实测值间的相对误差小于10%,且预测结果偏于安全;裂纹扩展路径及裂纹面空间形态等扩展特性与疲劳试验相吻合;裂纹扩展模拟方法、扩展角计算准则、材料特性和初始裂纹深度是疲劳寿命预测的关键影响因素;起始于焊根的疲劳裂纹属于Ⅰ型主导的复合型裂纹,疲劳寿命评估应考虑Ⅱ型与Ⅲ型裂纹的影响;裂纹面呈现出典型的空间曲面特征,其深度与长度之比介于0.20～0.63之间,最大扩展角为12.7°;疲劳寿命评估结果对于初始裂纹深度取值较为敏感,应结合工程实际确定合理取值.