类岩石材料裂纹单轴压缩扩展行为研究

构建可靠的裂隙网络模型是岩质边坡、隧道和地下矿山巷道等各类岩体工程稳定性研究的基础。开展室内试验，研究含不同尺寸、不同倾角裂纹岩样在单轴压缩下的力学行为。结果表明：类岩石试样的峰值强度随裂纹倾角的增大而减小，且随裂纹倾角的增大，峰值应力对应的应变减小、幅度较大，类岩石试样在峰值强度后，表现出准脆性破坏特点；裂纹尺寸对试样的峰值应力和对应的峰值应变有较大影响，随裂纹尺寸增大，试样的峰值应变增大，但裂纹的形状（圆形和矩形）对峰值应力、应变的影响较小；验证了最大周向应力理论得到的在不同裂纹倾角下的开裂角，与单轴压缩下到不同裂纹倾角进行比较，发现在裂纹倾角较小时裂纹的开裂角与试验得到的相差不大，约7.39%～11.82%；而裂纹倾角增大时，相差较大，约33.15%。     

岩石峰后应力应变特性的加卸载试验研究

为了研究隧道开挖过程中围岩在加卸载条件下的应力应变特性,采用TAW-2000微机控制岩石伺服压力试验机对辉绿岩进行了三轴加载和卸围压试验,通过分析岩石强度、体积变形在试验全过程中的变化规律及其与围压的关系,研究岩石的力学特性、变形特性及其破坏机理.结果表明,在卸载试验条件下,岩石在屈服破坏后,同样具有应变软化特性和破裂...     

岩石损伤本构模型在大理岩三轴卸荷试验中的应用

依据岩石强度服从统计分布的特点，通过定义损伤变量，并在一定的假定条件下，运用岩石力学中的D-P强度准则，建立岩石损伤本构模型。对大理岩在不同卸荷速率条件下的试验结果进行分析，利用试验所得的岩石力学参数及求解数据，通过拟合求得损伤本构模型的分布参数，进而确定损伤本构模型的演化曲线。通过与试验曲线对比分析，结果表明:理论曲线基本能反映大理岩在三轴卸荷条件下的应力-应变关系及强度特点；导致高卸荷速率下的大理岩试件强度相对要低的原因，是高卸荷速率的岩石在卸荷过程中其内部损伤演化发展相对要快。     

岩石材料峰后失稳破坏研究

结合材料全应力—应变曲线对于岩石材料峰后稳定性及失稳过程进行了理论上的探讨,建立了新的岩石峰后失稳破坏模型,提出了岩石材料失稳破坏的判据,确定了失稳过程中释放的能量,导出了失稳过程方程。     

支护阻力抑制围岩饱水软化作用研究

常规三轴压缩试验一直是认识岩石在复杂环境(如地下水丰富)下力学性质的主要手段,因此,利用XTR01-01型微机控制电液伺服岩石三轴试验仪研究在不同围压条件下饱水时间对软岩强度的影响规律,对于隧道工程的设计、施工和安全运营具有重要意义。就梅(州)～大(埔)高速昆仑隧道出口右线软岩大变形段中所揭示的风化变质砂岩设计了不同饱水状态下的三轴试验方案,并进行了三轴力学性质测试,描述了软岩在饱水时间为1个月的全应力—应变曲线特征,重点探讨了围压和饱水状态对软岩强度的影响规律,详细分析了二者对软岩强度变化的作用机理及特点。最后,根据围岩动态演化规律,结合试验研究结论,提出高地应力软弱围岩的支护原则。     

DP780钢应变率敏感特性研究及本构方程的建立

通过在0.01、0.1、1、10、100 s-1应变速率下得到的DP780材料的应力-应变曲线,对DP780材料的应变速率敏感性进行了相关研究,分析了其在不同应变速率下的断口形貌:在低应变速率下,断口出现明显的颈缩现象;在高应变速率下,断口平整,断裂面与拉伸方向约呈60°角,颈缩现象不明显。依据动态应力-应变曲线,建立了DP780材料的Cowper-Symonds本构方程,模拟得到的应力-应变曲线可以很好地与动态拉伸得到的应力-应变曲线吻合,所建立的材料本构方程具有工程应用价值。     

基于应力松弛试验下的沥青混合料非线性粘弹性模型研究

为了能够更好地分析沥青混合料的应力、应变变化的规律,通过对不同老化程度的沥青混合料AC-13C进行不同温度、不同应力水平下的应力松弛试验,得到其应力松弛模量随时间变化的关系曲线。并利用分数阶指数模型来表征沥青混合料的应力松弛性能,同时应用非线性回归方法得到各参数与老化时间、应变、温度的关系,确定最终的非线性粘弹性模型。研究结果表明,采用控制应变方式的应力松弛试验可用于评价沥青混合料的的应力松弛能力;沥青混合料的老化程度越高,其低温抗裂性能也就越差;温度越高,应力松弛的越快;初始应变的越小,其应力松弛能力也就越小,即初始应变小的松弛模量曲线相对平缓;利用分阶指数模型能较好地模拟沥青混合料的粘弹性性质,且与试验结果吻合得很好。     

高地应力水平岩层隧道岩爆机制研究——以大峡谷隧道为例

高地应力水平层状硬脆性岩体隧道在开挖后周边应力会重分布,导致切应力增加,进而引起局部的弹性应变能增大,当达到一定程度后就会发生岩爆。为研究高地应力下水平岩层的岩爆机制,依托大峡谷超大埋深隧道,采用有限差分软件,建立水平岩层和均质岩层2种工况,从弹性应变能和应力路径2个方面分析了水平岩层岩爆的风险性。研究结果表明:1)在构造应力场的作用下,水平岩层与均质岩层存在较大差别。隧道开挖后,由于开挖卸荷作用,水平岩层掌子面所在环状区域应变能最大,且在开挖前后隧道周边不同位置都出现应变能突变;均质岩层开挖后应变能突变较小。2)应力路径中2种工况下最大主应力和弹性应变能的变化趋势一致,水平岩层中拱顶和拱底区域的应力差在开挖后不断增大,其他位置则在开挖到监测点所在断面时发生突变,造成岩石劣化,掌子面环状区域岩爆的风险增加。     

混凝土单轴受压应力-应变曲线比较

针对目前常采用的混凝土单轴受压应力-应变曲线不能完全符合典型曲线几何特征这一问题,通过理论推导和详细地比较,给出了在单轴受压混凝土应力-应变曲线上升段Hognestad公式、Saenz公式和CEB/FIP公式的适用范围,提出了合理的混凝土单轴受压应力-应变曲线。用大型通用软件ANSYS分析两根试验梁,分析结果与实测结果相当吻合,表明本文提出的应力-应变曲线是准确、可靠的。     

乌鞘岭隧道岩石试验成果研究分析

岩石具有弹性、塑性、粘性、脆性、延性等,随着纵横路网建设和隧道施工技术的飞速发展,隧道隧洞长度日趋增加,长大隧道的设计和施工越来越需要模拟自然岩体应力状况下准确的物理力学试验参数即其他性能试验,乌鞘岭隧道在地质勘察的各个阶段和施工阶段有针对性地采取了大量的试验研究工作,为隧道正常施工提供了准确的设计参数.     

岩石隧道受震反应之工程影响因子研究

地震发生频繁区域之岩石隧道受震破坏案例已发生多起,其相关研究课题已日渐受重视,惟土层隧道耐震设计已有规范遵循,岩石隧道者者尚缺乏深入探讨。研究采经岩石隧道震后破坏案例及解析解等验证正确性之动态数值分析模式,探讨岩石隧道受震工程影响因子,包括衬砌刚度、衬砌与岩盘互制、围岩加劲及围岩弱化等。由分析结果知,衬砌劲度越大,震波引致最大应力增量正规化值愈大,即震波引致应力增量值愈大,因此隧道衬砌耐震设计不能全以提高劲度为主要方法;隧道衬砌与岩盘互制作用研究结果显示,采用匀滑开挖、防水膜及衬砌与岩盘填补增加滑动性材料等,可减少衬砌受震引致轴向应力增量,达到减震效果;岩石隧道混凝土衬砌外侧之再加厚衬砌与辅助工法等加劲措施,经采用等值劲度模拟分析结果显示,采用如一次支撑及辅助工法提高围岩劲度,将增加衬砌轴向应力,但减少剪应力及挠曲应力;加大加劲范围可减少衬砌轴向应力,但将增加剪应力及挠曲应力;开挖引致的松动区减少围岩劲度,将减少衬砌轴向应力,但增加剪应力及挠曲应力。     

基于最小耗能原理的海棠山隧道围岩蠕变损伤模型

为了研究海棠山隧道围岩的长期稳定性,采用MTS815.02试验机对砂岩展开不同围压作用下的三轴蠕变试验,进而分析了围岩在不同围压作用下的长期变形特性。通过结合最小耗能原理建立损伤模型,以能量角度研究岩石的性能劣化规律和蠕变特性。研究结果表明:岩石在变形过程中的能量耗散规律与岩石内部损伤演化规律是一致的,结合最小耗能原理引入内变量,较好地反映岩石内部应力-应变变化状态,将岩石损伤演化规律以能量变化方式呈现出来,也较好地描述了岩石内部能量耗散具体过程;当施加在岩石的应力水平较高时,才会出现稳定蠕变和加速蠕变现象,否则蠕变变形只有衰减蠕变变形,同时,围压的增高不仅增大了试样的破坏应力水平,同时延缓了轴向蠕变变形。最终通过砂岩蠕变试验曲线与模型曲线的高吻合度,这说明了基于最小耗能原理来建立非线性蠕变损伤模型,对砂岩蠕变全过程演化规律描述是合适可行的,也充分地说明将岩石作为耗散结构来确定岩石损伤程度以及反映岩石蠕变全过程变形规律是正确的;该模型对于不同围压作用下花岗岩蠕变特性也有较好地描述,计算曲线和试验数据拟合度较高,说明了该损伤模型的适用性广泛,对实际工程具有指导意义。     

双相钢DP780在高应变速率下的力学本构表征研究

CAE技术已成为整车开发过程中的一种重要手段，准确的CAE 分析需要精确的材料性能数据和本构表征。传 统的金属材料本构模型在表征材料不同应变速率下的力学行为时，仅采用平行或发散的应力- 应变关系。如何通过材料 的本构模型更加准确地表征不同应变速率下的应力- 应变关系，是一个关键问题。对一种新的且能够表征材料的收敛、 发散或平行应力-应变模式的本构模型进行研究，结果表明，新模型能准确地描述双相钢DP780 在高应变速率下的应力- 应变关系，且由新模型得到的双相钢DP780 在高应变速率下的应力- 应变数据精度更高。     

LYP160级钢单调及循环加载性能试验

为探讨国产LYP160级钢单调及循环加载下的力学性能,对12个LYP160级钢试件进行单调加载试验和多种加载制度下的循环加载试验,分析其单调加载力学性能、本构关系及循环加载应力-应变特性;并基于Ramberg-Osgood模型拟合了不同循环加载制度下LYP160级钢的应力增量-应变增量关系曲线。研究结果表明:LYP160级钢具有良好的塑性变形能力和滞回性能,不同循环加载制度下的应力-应变曲线饱满;其循环加载应力-应变曲线与单调加载应力-应变曲线差异明显,循环加载应变幅值、加载历史对其循环应力-应变曲线影响显著;若循环加载应变幅小于LYP160级钢的强化初始应变,则循环硬化现象不明显,若循环加载应变幅大于LYP160级钢的强化初始应变,则循环硬化现象非常明显;基于Ramberg-Osgood模型能较好地模拟各循环加载制度下的应力增量-应变增量曲线,应变幅逐级增大的加载制度下各应力增量-应变增量曲线较为接近,而应变幅逐级减小的加载制度下应力增量-应变增量曲线与其他加载制度下的应力增量-应变增量曲线差异较大。     

炭质泥岩渐进破坏过程的变形特性及损伤演化研究

为研究软岩渐进破坏过程的变形特性和损伤演化规律,通过对炭质泥岩开展不同围压的三轴压缩试验,分析了围压对炭质泥岩宏观力学特性的影响;并将损伤岩石细观模型概化为岩石颗粒、裂隙损伤和孔隙3个部分;根据岩石细观结构损伤机制,结合应力-应变曲线特征,分段建立了炭质泥岩损伤演化方程:压密阶段,以孔隙率为损伤变量,建立了考虑孔隙压缩...     

掺合废弃钢渣的新型混合轻质砂土变形与强度特性试验研究

掺合钢渣的混合轻质砂土是一种新型混合土（LSBS）,在无侧限抗压试验基础上,研究了LSBS的应力应变特性,钢渣掺入比以及龄期对应力应变特性的影响规律,应力应变关系曲线的模型模拟;研究了破坏应变和变形系数随钢渣掺入比以及龄期的变化规律,分析了破坏应变以及变形系数与抗压强度的关系;得出了LSBS的应力应变之间呈现弹塑性特性,随着龄期的增长,前期的弹性模量、无侧限抗压强度和破坏应变都随之增大,养护龄期较长时钢渣才能表现水化作用,应力应变曲线符合相关性很高的抛物线模型,破坏应变和变形系数与抗压强度符合线性增长模型。研究结果表明,LSBS具有一定的轻质高强和延性好等特点,可用于路基工程。     

悬索桥平行钢丝主缆强度模型研究及承载力评估

主缆是悬索桥的重要受力构件,美国国家公路合作研究项目报告(NCHRP Report 534)定义了脆性钢丝、有限延性和简化3种主缆强度模型。为准确计算及评估运营期悬索桥主缆的承载力,以某大跨度悬索桥为研究对象,进行开缆试验,采用3种强度模型对主缆承载力进行计算,对比分析各强度模型的适用性,并评估该桥主缆的安全性。结果表明：脆性钢丝模型综合考虑了各组钢丝的极限应力统计数据,具有较强的适用性;有限延性模型综合考虑了各组钢丝的应力～应变关系,宜在各组钢丝应力～应变曲线差异显著时使用;在未出现第五组腐蚀钢丝时,可采用简化模型初步评估主缆承载力;基于脆性钢丝模型、有限延性模型和简化模型得到的主缆下游跨中节段的承载力损失率分别为6.53%、10.65%、6.30%,安全系数分别为2.80、2.68、2.81;该桥最小安全系数大于设计值,主缆跨中节段在运营20余年后仍具有充足的安全储备。     

各种应变速率下不同设备获得的高强度钢板应力-应变曲线比较

精确测定钢板在不同应变速率下的应力-应变关系曲线是评估汽车冲击吸能零件防撞性的重要环节。但在超过10/s的高应变速率下,由于应力波在测力传感器中的干涉,采用传统的拉伸测试仪器,会影响到应力-应变关系测量的准确性。为获得在高应变速率下精确的应力-应变关系,目前已开发多种型式的拉伸试验系统。本文选取其中6种系统来获得高强度钢板的应力-应变关系,对各种方法测得的应力-应变关系进行了比较,并对其特征进行了描述。在超过5%的应变区域,各类型的试验系统得到的应力-应变曲线都比较一致;但在低于5%的小应变区域,当应变速率达到10~3/s左右时,所得到的应力-应变曲线因试验系统的不同而不同。另外,动态应力-应变曲线在汽车车身零件防撞性评估中的作用也得到了肯定。     

明洞顶回填水泥改良黄土力学特性研究

山区高速公路建设中,明洞顶回填应用广泛。通过大量的室内土工试验和理论分析,对水泥改良黄土的物理性质、应力—应变关系、强度特性、压缩特性及影响水泥改良黄土的力学特性的主要因素进行了研究。实验结果表明:水泥改良黄土的应力—应变关系曲线存在明显的应力峰值点,水泥改良土表现出明显的脆性破坏;最大干密度随水泥掺合比的增加变化不明显;压实度、掺合比以及龄期对水泥改良黄土的粘聚力均有影响;压缩模量与掺合比成正比,压缩系数随水泥掺合比的增加而降低。     

沥青路面力学响应监测与分析

为研究沥青路面在车辆荷载作用下的力学响应,依托实体工程,提出了沥青路面力学响应监测方案,包括传感器布设方案、动力响应测试方案和动力响应分析方法,可以指导沥青应变计、基层应变计、压力计施工。现场测试结果表明：建立了4个不同位置处的沥青层层底横向应变的时程曲线,沥青层层底横向应变受到车轮与传感器间相对位置的影响较大。分析了沥青层层底纵向应变的时程曲线,表现为“压-拉-压”交替变化波形。当前轮或后轮驶向和驶离传感器时,纵向应变时程曲线均呈现受压状态。分析了沥青层层底竖向应变的时程曲线,呈现“拉-压”交替变化。当前轮或后轮驶向和驶离传感器时,竖向应变时程曲线均呈现受拉状态。建立了底基层层底纵向应变的时程曲线,在移动荷载的作用下,均呈现受拉状态。当车轮位于传感器正上方时,拉应变达到最大值。分析了路基顶面应力时程曲线,在移动荷载的作用下,呈现受压状态,且后轮引起的压应力远大于前轮。当车轮位于传感器正上方时,压应力达到最大值。