颗粒破碎条件下的胶结砂力学行为

为揭示胶结量对胶结砂的力学行为与颗粒破碎的影响,引入颗粒破碎的概念,采用颗粒流商业软件PFC对胶结砂力学行为进行了三维颗粒流数值模拟,对不同胶结量的试样进行了一系列的三轴压缩试验,并与实验结果进行对比.在此基础上,分析了数值模拟中胶结试样的微观力学响应.研究结果表明:颗粒流数值模拟能够有效地描述胶结砂的主要力学行为,相比无胶结的试件,胶结砂表现出更高的强度,应力-应变关系曲线呈应变软化型,体积应变为先剪缩后剪胀;胶结砂宏观力学响应(应力-应变关系和剪胀性)与其微观力学响应密切相关,在加载的初期,胶结点破坏率和破坏速率较低,在屈服点后迅速增长,峰值应力点后,胶结点破坏速率和胶结点破坏率趋于平缓;胶结量越小,胶结强度越低,胶结点破坏率和速率越高;胶结量越高,颗粒破碎的比例越高,体积膨胀量越大;胶结量分别为0和100%时,颗粒破碎的比例分别为1.13%和10.96%.胶结作用的存在促进了剪切带的孕育,与无胶结试样相比,胶结试样内部颗粒接触力链更粗、更集中.      

湿陷性黄土-混凝土接触面剪切力学特性及破坏型式研究

对湿陷性黄土-混凝土结构进行直剪试验,研究接触面剪切力学性质,主要考虑法向应力、混凝土表面粗糙度等影响因素下湿陷性黄土-混凝土结构物接触面的剪切力学特性,进而采用数值分析研究接触面的破坏型式.通过直剪试验发现:在两种介质的接触面上剪切应力-剪切位移出现滑移、弹塑性破坏两种型式.接触面粗糙度不同时,结构接触面的抗剪强度峰值也不同,接触面越粗糙,其黏聚力也越大,内摩擦角越小.数值模拟的结果是:在法向应力较小时,剪切破坏模式以滑移破坏为主;法向应力增大后,会在湿陷性黄土内部产生剪切滑动带.在法向应力相同时,湿陷性黄土内部的剪切滑动带的厚度随着接触面粗糙度的增加而增加.湿陷性黄土-混凝土接触面光滑的情况,随着法向应力的变化,土体剪切滑动带厚度约为13～16 mm;接触面为粗糙面时,随着法向应力的变化,土体剪切滑动带厚度约为15～19 mm.     

冻融循环对云贵高原尾矿土力学性质的影响

为研究尾矿力学指标在冻融循环过程中的弱化规律，基于冻融尾矿土的常规三轴固结不排水剪切试验，对冻融前后尾矿土的各项力学指标进行了分析. 首先对尾矿土试样进行开放条件下的冻融试验，设置0、1、5、10、15次冻融；然后对不同冻融次数下的尾矿土进行常规三轴固结不排水剪切试验，设置50、100、200、300 kPa 4组围压；最后基于试验结果，对抗剪强度、峰值抗剪强度及弹性模量等力学指标进行分析. 研究表明:冻融对尾矿土的力学性质影响显著，随着冻融次数的增加，其应力-应变关系曲线由应变软化型逐渐向加工硬化型发展；破坏形式由脆性剪切破坏转变为延性破坏，剪切过程中孔压负增长的趋势逐渐减弱至消失；抗剪强度指标、峰值抗剪强度及弹性模量逐渐降低，其中，尾矿土受第1次冻融的扰动最大，表现为有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低了30.55%和6.33%；峰值抗剪强度下降比的平均值达42.66%，弹性模量下降比的平均值达33.61%；10次冻融后尾矿土的力学指标趋于稳定，从第10次到第15次冻融，有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低2.94%和0.37%；峰值抗剪强度下降比的平均值和平均弹性模量下降比的平均值分别为2.53%和4.03%，建议采用冻融10次的力学指标作为工程设计的依据.      

冻融作用下水泥改良土的静力特性研究

通过室内冻融试验和静三轴试验,对水泥改良土的物理性质、应力一应变关系以及强度特性进行了研究.研究结果表明:水泥改良土的最大干密度随掺和率的增加而增大;水泥土的应力一应变曲线呈软化型,存在明显的应力峰值点,以脆性破坏为主;应力一应变关系曲线的峰值点随冻融次数的增加而降低.随围压的增加而升高;水泥改良土的粘聚力和静强度随冻...     

主应力轴旋转下中主应力系数对软黏土性状的影响

采用空心圆柱仪对上海原状软黏土进行了不排水剪切试验,研究了主应力轴旋转条件下中主应力系数对饱和软黏土变形与强度特性的影响。采用等压固结模式对软黏土空心薄壁试样进行固结,并在3种不同主应力轴旋转角度下,对试样进行不同中主应力系数的不排水剪切试验。试验前提为剪切过程中平均应力、中主应力系数与主应力轴旋转角度均保持不变,而偏应力逐渐增大,直至试样破坏。试验结果表明:在不同中主应力系数下,天然软黏土的变形与强度特征存在明显的差异,在3种主应力轴旋转角度下,随着中主应力系数的增加,临界应力比均呈降低趋势,相应的峰值剪切强度减小;在主应力轴旋转角度为0°时,中主应力系数为0.25和0.50的试样均出现了轻微的应变局部化现象,剪应力在达到峰值后呈逐渐降低的趋势;在主应力轴旋转角度为90°时,中主应力系数为0.50和0.75的试样所对应的状态为内外压不等的非轴对称拉伸状态,二者的峰值剪切强度比较接近,而中主应力系数为1.00的试样对应的为内外压相等的轴对称拉伸状态,其峰值剪切强度相比前二者降低了25%;在内外压相等的加载条件下,主应力轴旋转角度由0°增加为90°的同时,中主应力系数由0增加为1.00,试样破坏时对应的临界应力比与不排水剪切强度均逐渐降低。     

大理岩真三轴单面卸荷条件下加卸载试验研究

为了准确地评价巷（隧）道开挖面附近围岩的稳定性,采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统对大理岩岩样进行第三主应力单面卸荷加、卸载试验研究. 通过高应力巷（隧）道开挖围岩失稳机理分析,采用不同应力加卸路径模拟能量积聚型和应力集中型两种物理工程破坏模型,进一步分析两种破坏模型的应力-应变曲线规律、破坏特征和强度特征. 研究结果表明:随着卸荷面应力的减小出现扩容现象,主要破坏面在临空面附近,随着轴压的升高,劈裂破坏范围增大,卸荷临界值也增大;随着围压增高,屈服点和峰值点增大,并且屈服点和峰值之间的曲线斜率较为平缓,破坏由局部张拉-劈裂-剪切复合性破坏发展成整体劈裂破坏;同围压条件下卸荷破坏强度是加载破坏强度的80%,岩体卸荷比加载更容易破坏,进而修正了广义Hoek-Brown强度准则.      

玉楚高速公路红层软岩顺层边坡研究

玉楚高速公路SJ-3标段K113+122～K113+270右侧路堑边坡作为典型工点进行分析研究。进行了边坡在不同降雨强度下的位移和应力变化情况研究发现:随着降雨量的增大,软岩的强度降低,接触面的抗滑性能减弱,使得水平位移不断增大;部岩体水平应力逐渐变大,而且沿软弱滑带附近局部产生拉应力,最终导致边坡岩体产生拉裂破坏。     

岩质边坡物理模型试验相似材料研究

岩质边坡物理模型试验中相似材料的选取与制作,通常只是考虑密度、粘聚力、内摩擦角和弹性模量参数在数值上的相似关系,并未考虑相似材料是否能够再现复杂应力条件下岩石的强度和变形特性. 为了解决这一问题,通过统计分析汶川地震所诱发滑坡的地层岩性,选取其中常见的石英岩和砂岩作为沉积岩原型;确定相似材料制备的主要控制指标以及试样成型方法,并分别采用两种常用的地质模型相似材料制备方法,在实验室制备其三轴压缩试验标准试样;开展两种相似材料标准试样的三轴压缩试验,研究其在不同围压条件下的应力应变特性与破坏模式. 试验结果表明:不同围压条件下,实验室制备的两种相似材料标准试样在剪切破坏之前的应力应变曲线变化规律同实际的岩石原型相符,表现为线弹性关系;相似材料标准试样所受围压与其单轴抗压强度的比值不同的情况下,试样剪切破坏时所受偏应力与其单轴抗压强度的比值与实际岩石原型三轴试验中的比值相近,但相似材料试样的破坏应变均小于实际岩石原型的破坏应变.      

砂—粘土抗剪强度的三轴试验研究

通过室内不固结不排水的三轴压缩试验,在最佳含水率的条件下对不同剪切速率,不同砂土掺量的红粘土进行研究。根据摩尔—库仑破坏准则,运用"理正土工试验软件"绘制应力莫尔圆包络线求其抗剪强度的两大主要参数:内摩擦角Φ和粘聚力C。通过分析可得:红粘土中砂土含量不变时,随着剪切速率的增加,粘聚力C逐渐减小,内摩擦角Φ逐渐增大,抗剪强度呈增大趋势;剪切速率一定时,红粘土中随着砂土含量的增加,粘聚力C逐渐减小,内摩擦角Φ逐渐增大,抗剪强度发生变化,在砂土与红粘土质量比为3:1时抗剪强度达到最大值,为514.932 5 k Pa。     

山区公路路基填料大型三轴试验研究

通过大型三轴试验,对粗粒料的力学特性进行了研究。结果表明:初始密度相同时应力-应变关系曲线与围压有关,低围压下表现为弱应变软化型,高围压下表现为应变硬化型;低围压下,粗粒料在剪切过程中先剪胀后剪缩,随着围压增大,体变表现为剪缩,但体缩率逐渐减小并趋于稳定;粗粒料在剪切过程中具有表观凝聚力,内摩擦角随围压增大而减小。     

侧边加劲半圆形波纹钢板墙的抗侧性能

为改善平钢板剪力墙受剪易屈曲及面外刚度小的问题，提出侧边加劲半圆形波纹钢板墙. 基于两边连接侧边加劲半圆形波纹钢板墙的力学特点给出其简化力学模型，推导了弹性初始刚度及承载力公式，并给出弹性屈曲临界荷载计算公式；采用有限元软件ABAQUS对22个单层侧边加劲半圆形波纹钢板墙进行了弹性屈曲分析及非线性推覆分析，验证了理论公式的有效性；研究了各设计参数对侧边加劲半圆形波纹钢板墙屈曲性能和破坏模式的影响. 研究结果表明:侧边加劲半圆形波纹钢板墙的弹性屈曲临界荷载较平钢板墙有显著提高；为保证侧边加劲半圆形波纹钢板墙发生整体屈曲，圆形直径及加劲肋厚度比应满足相应取值要求；随着跨高比的增大、高厚比的减小及半圆形直径的增大，钢板墙的弹性屈曲临界荷载基本呈线性增长；侧边加劲肋的肋宽及肋厚对波纹钢板墙弹性屈曲临界荷载的影响较小；在侧向荷载作用下，当直径大于30 mm时，侧边加劲半圆形波纹钢板墙的屈服先于屈曲；侧边加劲半圆形波纹钢板墙存在3种破坏模式，即弯曲破坏、弯剪破坏及形成拉力带形式的“褶皱”.      

在高轴压和循环剪力作用下钢筋混凝土框架短柱的抗剪性能

本文通过试验,衬在高轴压和循环剪力作用下钢筋混凝土框架短柱的杭剪性能、破坏特.饭进行了一定的分析。着重讨论了轴压比,配箍率对强度、延性和破坏形态的影响,提出了与试验结果较为一致的抗剪强度计算公式。      

不规则结构面剪切特性试验研究

为对岩体工程中不规则结构面力学特性进行基础性研究,选取N.R.Barton提出的10条标准剖面线中的第1、4、6、8、10条模拟结构面的表面形态对水泥砂浆试件进行不同法向应力水平下的常规剪切试验,并在对试验数据对结构面的剪切特性和剪切扩容现象进行深入分析的基础上,提出了适合水泥砂浆材料的抗剪强度经验公式和反正切函数的结构面剪切特性方程.研究结果表明:粗糙系数越大或法向应力越大,结构面越易表现为切齿破坏;粗糙系数越大或法向应力越小,结构面越易表现出扩容现象.      

针片状指数对道砟直剪力学特性的影响

为研究针片状道砟在破碎情况下对道砟散体直剪力学特性的影响，通过进行不同工况下道砟直剪试验，从道砟散体剪切强度、变形及破碎特性对试验结果进行分析. 研究结果表明:（1） 随着针片状指数增加，道砟散体直剪力学性能下降，包括抗剪强度和内摩擦角（100 kPa下当针状指数由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低10.9%、16.8%；片状指数由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低14.7%、22.3%；针、片状道砟总值由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低12.4%、18.9%）. （2） 随着针片状道砟含量增加，试样剪缩和剪胀量均降低. （3） 针片状道砟在直剪试验过程中易于发生破碎，且破碎类型多为整体断裂并伴随尖角破碎折断，显著影响有砟道床维修周期.      

Analysis of localization of Mohr-Coulomb strength law with damage effect

The damage critical curved surface is derived by considering the related effect of isotropic damage and degradation of cohesion and internal friction angle of Mohr-Coulomb strength law. The characteristics of stress-displacement curve and networks of shear bands with the change of degree of damage, confining pressure and Poisson??s ratio are investigated numerically by monitoring the stress-displacement values in the process of deformation of samples under plane strain and different initial conditions. The dependence of elastic-plastic response of localization is discussed. The non-uniqueness of the solution of equation is given. The orientation angle of shear band is derived by considering the related effect of isotropic damage and degradation of cohesion and internal friction angle. The orientation angle of shear band obtained by numerical simulation is contrasted to the orientation angle by measuring Mohr circle. It is shown that peak strength and residual strength depend on confining pressure. The networks of shear bands begin to appear in phase II of elasticity and develop in soften phase, and the shear band is formed in the phase of residual strength. As the degree of damage increases, axial displacement at the points of bifurcation and shear band decreases. The orientation angle of shear band increases with the increase of the damage degree. The orientation angle of shear band obtained by numerical simulation and measuring Mohr circle is not much difference when the damage degree is equivalent. The Mohr-Coulomb theory may predict the localized instability of sample by considering the degradation of cohesion and internal friction angle.     

风沙冲蚀下钢结构涂层的界面应力与破坏准则

为表征和评价风沙冲蚀作用下钢结构涂层界面结合强度，以西北地区风沙流特征为背景，利用接触力学和界面力学理论建立了在风沙冲蚀作用下钢结构涂层的界面应力表达式.结合断裂力学理论和有限元分析方法，确定了钢结构涂层的界面起裂位置.在起裂位置处建立了考虑压应力影响的界面应力破坏准则.研究结果表明：当冲蚀角度为30°和60°时，最大界面剪应力分别位于冲蚀点前侧200 mm和180 mm处，最大界面压应力分别位于冲蚀点前侧100 mm和50 mm处，涂层界面的起裂位置为最大界面剪应力处.风沙冲蚀作用下涂层的界面应力破坏准则与莫尔-库伦强度准则相似，斜率的大小取决于沙粒的冲蚀角度，且当冲蚀角度为30°和60°时，斜率大小分别为-0.599和-0.467.     

短肢剪力墙抗震性能理论分析与数值模拟

为研究短肢剪力墙的抗震性能,首先考虑边缘约束构件的影响,利用平截面假定和短肢剪力墙正截面界限配筋,建立了短肢剪力墙墙肢轴压比限值的理论计算公式,并对短肢剪力墙抗震性能研究的试验进行数值模拟.然后利用轴压比计算理论获得试验试件的轴压比限值,通过改变短肢剪力墙数值模型的墙肢轴压比数值,分别研究短肢剪力墙墙肢轴压比在大于或小于墙肢轴压比限值时对其抗震性能的影响.最后结合数值模拟分析了短肢剪力墙在不同截面高厚比下的抗震性能.研究表明:骨架曲线各特征点的计算值与试验值的比值在0.86~1.08之间,数值模拟结果与试验结果吻合较好;短肢剪力墙墙肢轴压比小于轴压比限值时,轴压比每提高0.1,其最大水平承载力提高约7.81%,延性降低约4.52%;短肢剪力墙墙肢轴压比大于轴压比限值时,轴压比每提高0.1,其最大水平承载力降低约5.50%,延性降低约6.85%,同时验证了墙肢轴压比限值计算理论的准确性;截面面积相同时,墙肢截面高厚比越大,其抗震性能越好.      

钢-混凝土组合梁界面纵向剪力重分布

以受均布荷载作用的简支组合梁为对象，研究了栓钉等柔性连接件塑性变形引起的纵向剪力重分布．根据连接件的受力状态，将界面受力全过程划分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段，建立了相应的剪力重分布简化模型，并导出了界面纵向剪力和轴向力的计算公式．研究表明：考虑纵向剪力重分布时，在荷载较小的情况下，轴向力随荷载增大呈线性关系增大；当荷载较大时，轴向力随荷载增大呈非线性关系增大，最后趋于稳定．     

沥青混合料级配类型对剪切破坏模量影响的探究

通过等速率轴向加载试验,测试不同级配的沥青混合料试件的变形情况,计算出混合料的剪切破坏模量,揭示了级配对混合料剪切模量的影响规律,从而得出模量值的大小与级配的内部组成结构有很大的关系,而不是仅仅与粗集料含量的多少有关。     

粗颗粒含量对川西混合土抗剪强度的影响

混合土在川西地区广泛分布,由其构成的山区公路路基的稳定性是实际工程中亟需关注与研究的问题. 针对混合土抗剪强度受粗颗粒含量变化影响较大的特征,选取川西山区路基填筑用的天然混合土,分别进行小型与大型直剪试验,系统研究了粗颗粒含量对混合土剪应力-位移曲线和内摩擦角的影响规律. 试验结果表明:粗颗粒含量差异导致混合土抗剪强度发生明显变化,且在不同的粗颗粒含量区间,抗剪强度会呈现不同的变化趋势;当粗颗粒含量从0增至30%时,内摩擦角增长速率较慢;在30%～60%之间递增时,内摩擦角增长速率变快;超过60%时,增长速率回缓,即有两个界限值;通过颗粒骨架理论解释了界限值产生原因,并从宏微观角度分析了抗剪强度在不同区间内的主要影响因素差异,可为混合土结构物稳定性评估提供取值与理论分析依据.