短纤维增强混凝土破坏过程及其尺寸效应数值模拟

基于细观力学理论建立纤维混凝土细观结构模型,并利用数值模拟技术分析了纤维混凝土单轴受压破坏过程及其尺寸效应。首先将纤维混凝土视为由粗集料、硬化纤维水泥砂浆及两者之间的界面过渡区组成的三相复合材料,然后建立了纤维砂浆延性损伤力学模型和内聚力界面模型。计算结果表明,标准试件的计算结果与实测结果差异较小;纤维混凝土抗压强度随试件尺寸增大而逐渐减小,且变化幅度逐渐降低,峰值后应力应变曲线的下降速率随着试件尺寸增大而加快;尺寸效应是由试件内部断裂裂纹的萌生、扩展和损伤带演化形成过程中应变能的耗散所引起。     

贯穿裂隙岩体峰后变形特性研究

岩体峰后变形反映了其峰值强度后屈服、弱化的规律,为探寻规律,用RLW-1000型岩石三轴伺服刚性机,对不同倾角贯穿裂隙圆柱体标准试件进行常规三轴压缩试验,得到贯穿裂隙岩体的泊松比、峰值应变、峰后体积应变等的变化规律.经试验数据分析表明:峰后软化阶段的泊松比最大,峰值前弹性阶段泊松比最小,三个阶段的泊松比值与裂隙倾角基本无关;峰值应变基本随着裂隙倾角的增大而减小;峰后体积应变速率随着裂隙倾角的增大而减小.     

闪长岩单轴压缩力学特性试验及数值模拟研究

采用微机控制伺服岩石三轴剪切流变试验机对闪长岩进行单轴压缩试验,利用RFPA分析系统模拟岩石破裂过程,详细分析了单轴压缩下闪长岩各特征应力大小、损伤过程、破坏模式及裂纹扩展规律。研究结果表明:闪长岩在单轴压缩下裂纹闭合应力、裂纹起始应力、损伤应力分别占峰值应力的36.6%、55.5%、75.6%;在损伤变量的基础上提出损伤变量临界值,以应变值为基础建立闪长岩损伤与裂隙演化之间的联系,定量分析了闪长岩裂隙演化4个阶段下损伤变量的变化;针对闪长岩应力～应变曲线出现"阶梯式下降"现象,结合试样破坏前后对比分析,发现是由于初始试样中存在一条富含石英颗粒的斜面所导致,提出闪长岩单轴压缩下破坏模式为竖向劈裂与剪切组合破坏;根据RFPA模拟得到闪长岩破裂结果,发现当加载应力达到峰值应力的54.1%时,闪长岩内部出现微裂纹,当加载应力达到峰值应力的75.4%时,闪长岩内部的微裂纹汇聚形成显裂纹,在显裂纹区域出现应力集中现象,使得显裂纹相互贯通,最终导致闪长岩的宏观破坏;通过试验和模拟对闪长岩的破坏强度、裂隙随应力变化规律、破坏模式方面进行相互印证,分析了单轴压缩下闪长岩的单轴压缩破坏过程。     

钢-混凝土结合段钢梁端面局部承压效应研究

为探究钢-混凝土结合段钢梁端面局部承压效应，在总结境内外相关模型试验、数值模拟和理论研究的基础上，开展了结合段钢梁端面承压的试验研究及有限元分析。研究结果表明：试验试件在最终破坏形态上表现为结合段混凝土与钢结构脱离，正面钢板端部下方破坏时混凝土大块剥落且裂缝呈“八”字型分布，侧面钢板靠近钢板端面呈斜裂缝且裂缝沿着底面发展，符合局部承压破坏特征；根据试验所得荷载～滑移曲线可将加载过程分为线弹性阶段、裂缝发展阶段、屈服阶段，从开始加载到试件破坏，试件裂缝发展的同时伴随着钢梁与混凝土脱离，滑移量的增加，试件刚度的降低；试件极限滑移超过10 mm,呈现延性破坏特征；数值模拟结果表明，钢梁段整体沿加载方向均为压应力，但内部钢梁端面接触区域的混凝土处于更加理想的三向约束状态，其极限压应力在整个加载过程中均远大于混凝土表面钢梁端面压应力；换算至钢梁端面极限平均压应力可以达52.9 MPa,传力效果显著。     

断续三裂隙花岗岩变形破坏模式单轴压缩颗粒流分析

鉴于目前对三裂隙岩体强度破坏准则研究较少以及物理模型试验裂隙预制困难,通过二维颗粒流程序(PFC2D)对三裂隙花岗岩进行单轴压缩试验,模拟分析3种不同平面布置模式(裂隙(1)和(2)共面平行、非共面平行、非共面非平行)下裂隙(3)倾角(α)对强度特征和变形参数、裂纹扩展及破坏模式的影响规律。研究结果表明,在3种不同平面布置模式下,断续三裂隙花岗岩强度特征与变形参数均表现为先增加后减小。当裂隙(3)倾角为30°、150°时,试样宏观失稳破坏模式存在较大差异,当裂隙(3)倾角为60°～120°时,试样宏观失稳破坏模式均表现为一个大写的"Y"字型。研究结果不仅丰富了多裂隙岩体理论体系,而且为工程实际问题解决提供了参考。     

钢-玄武岩纤维复合筋抗拉性能试验研究

钢-玄武岩纤维复合筋(SBFCB)的基本力学性能是SBFCB应用于混凝土结构的基础。为了研究SBFCB的受拉力学性能,本研究采用专门设计的直筒黏结式锚具锚固SBFCB,对3种不同玄武岩纤维-钢含量比的SBFCB进行抗拉性能试验研究,从试验结果可以得到SBFCB应力-应变关系的曲线,根据两种材料的复合法则推导出SBFCB单向拉伸的应力-应变曲线模型,再将理论值与试验值进行对比,得到以下结论:(1)随着荷载的增大,内芯钢筋先发生屈服,外包的玄武岩纤维承担更大的荷载,最终外包纤维炸裂破坏,属于延性破坏且有明显预兆。(2)内芯钢筋屈服前,复合筋弹性模量高于纯玄武岩纤维筋,应力-应变关系为线性;内芯钢筋屈服以后,复合筋能继续承受更大的荷载,表现出了明显的"屈服后刚度",称之为"二次刚度"。(3)复合筋理论应力-应变曲线与实测的应力-应变曲线基本吻合。(4)SBFCB内芯钢筋与外包玄武岩纤维在钢筋屈服之前能较好地共同受力。(5)复合筋的玄武岩纤维-钢含量比越大,其初始弹性模量越小,二次刚度和极限强度越大。     

基于不同初始静偏应力的结构性软黏土动力特性试验研究

以天津滨海新区结构性海积软土为研究对象,采用GCTS动静扭剪试验仪,基于正弦波与方波两种波形,在固结排水条件下施加不同初始静偏应力,通过考虑循环振次、应力幅值、振动频率以及围压等因素对土体结构的影响,研究结构性软黏土的动力特性。试验结果表明:初始静偏应力小于土体初始屈服应力时,施加静偏应力增加了土体固结度,提高了其结构强度,应变软化现象减弱,累积塑性应变曲线中屈服点对应的应力值大。初始静偏应力大于土体初始屈服应力时,土体初始结构破坏,出现严重的应变软化现象,累积塑性应变曲线迅速由稳定型转变为临界型,且在同条件下,方波应变值始终大于正弦波。孔压变化与初始静偏应力有关,随着静偏应力增大其孔压滞后现象严重。土体屈服应变随初始静偏应力增大而增加,静偏应力及振次相同时,方波作用下的土体屈服应变值小于正弦波。两种波形下,土体屈服应变随振次增加均呈减小趋势,且最终均会趋于一点,正弦波趋于相同数值下的振次远大于方波。土体动强度随应变标准提高而呈现增大趋势,应变标准为屈服应变值时,动强度曲线表现为先陡后缓,其他应变标准下动强度曲线较为平缓。两种波形下的动强度随振次增加而减小,最终均会趋于一点,且正弦波值大于方波。     

考虑围岩应力释放效应的岩爆滞后性模拟研究

现有岩爆判据可用于宏观上把握岩爆发生可能性,但对其所特有的滞后性现象机制研究不足。自围岩应力释放角度出发,利用数值模拟工具,研究分析岩爆滞后性特征。对不同应力释放率下围岩弹、塑性应变能分布特征以及围岩破坏区范围及特征进行分析研究。结果表明： 1）应力释放率与弹性模量之间呈指数关系,应力释放率较低时,围岩主要为弹性变形。2）随着释放率的逐步提高,洞壁围岩出现塑性屈服区,且弹性应变能与塑性应变能密度之间发生调整,并最终于洞壁一定深度处形成弹性能量集中区。3）应力释放率不同时,洞室围岩塑性区范围不同,且随着应力释放率的逐步提高,屈服状态自剪切屈服向剪切与张拉屈服并重转变,不同应力释放率下岩爆等级不同。研究结果对于认识岩爆滞后性现象具有一定的作用。     

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。     

层状岩体横观各向同性力学参数及破坏形态试验研究

为揭示浅变质板岩力学特性的各向异性及破坏形态。以浅变质板岩为试验对象,通过对不同层理面倾角β岩石试件进行单轴压缩试验,探究不同倾角下试件的破坏形态、应力-应变曲线,并测出浅变质板岩的弹性模量、泊松比及剪切模量。结果表明,浅变质板岩的压缩破坏存在4种形态,并与层理面倾角β相关;浅变质板岩的强度随着层理面倾角β的增加呈现先减后增的变化趋势。     

复杂应力场下焊接接头疲劳寿命评估的热点应力法

为了研究复杂应力场对焊接接头疲劳寿命的影响规律,针对不同倾角(θ=0°,15°,30°,45°)全熔透承载角焊缝十字形焊接接头,进行了轴向拉伸疲劳试验和有限元数值模拟。采用线性外推法、二次外推法和1mm法来计算焊趾处的热点应力,通过有限元网格敏感性分析确定合适的网格尺寸,得到了热点正应力和热点剪应力集中系数随倾角的变化规律。分别基于等效应力法、相互作用方程法和双参数临界面法对焊接接头的疲劳寿命进行评估,并与试验结果进行对比。结果表明:当最小网格尺寸分别小于0.1t和0.03t时,外推法和1mm法可以忽略其对热点应力的影响;热点剪应力集中系数普遍大于热点正应力集中系数;随着焊缝倾角的增大,疲劳寿命越来越大,15°,30°和45°倾角的疲劳寿命试验结果分别是0°倾角的1.26,1.52和2.38倍;当焊缝倾角为30°和45°时,相互作用方程法和双参数临界面法预测的疲劳寿命误差较大且偏于危险,而等效应力法预测的疲劳寿命与试验值吻合较好且偏于安全,因此推荐采用线性外推法计算热点应力,用等效应力法来预测复杂应力场下焊接接头的疲劳寿命。     

层状岩体地下洞室施工阶段围岩精细化分级

围岩分级方法在实际应用中存在结果处理复杂、围岩分级量化数值范围交叉及围岩分级精度较低等问题，为了对层状岩体地下洞室施工阶段的围岩进行精细化分级，基于HC分类法，重点考虑层状岩体的层厚与产状对围岩稳定的影响，通过有限元软件Midas GTS对25种由正交试验方法得到的代表性工况进行了数值模拟，并将位移计算结果进行了极差分析。结果表明：层状岩体隧洞位移分布方向主要取决于结构面走向与洞轴线夹角α及结构面倾角β,而位移分布范围的大小主要取决于岩层厚度h;对层状岩体隧洞稳定性影响的大小排序为，饱和单轴抗压强度R_c>结构面走向与洞轴线夹角α>张开度W>层状岩体层厚h>结构面倾角β,因此，层状岩体隧洞围岩分级时，应充分考虑结构面产状的影响；饱和单轴抗压强度R_c、结构面走向与洞轴线夹角α均与层状岩体隧洞的稳定性近似呈正比，张开度W则与层状岩体隧洞的稳定性近似呈反比；层状岩体层厚h=0.6 m时，层状岩体隧洞稳定性最差，结构面倾角β=60°时，层状岩体隧洞稳定最差。基于HC分类法提出了基于隧道相对变形的修正分级区间，并分别采用了模糊物元...     

深埋大断面黄土隧道初期支护受力特征分析

为避免初期支护局部破坏对深埋黄土隧道安全产生危害,依托甘肃省境内早胜3号隧道施工开展深埋大断面黄土隧道初期支护受力规律的现场试验研究。通过埋设振弦式传感器对围岩与初期支护接触压力、喷射混凝土应变、钢拱架应变、相邻钢拱架间作用力进行监测,同时建立模拟隧道施工的有限元计算模型,分析得到初期支护内力分布特点。结果表明： 1) 初期支护受力随时间表现出迅速增长—缓慢增长—逐渐稳定的特点,曲线在二次衬砌闭合12 d后基本稳定; 2)应力空间分布上部大下部小,偏压特性明显,荷载理论计算值偏小; 3) 拱顶及边墙区域为初期支护薄弱部位,需采取措施并加强监控量测; 4)数值计算表明锚杆末端轴力较小,设计中可考虑适当缩短锚杆长度。     

顺向缓倾岩层临坡地基复合破坏模式与极限承载力计算

顺向缓倾岩层临坡地基的破坏模式及极限承载力，与层面抗剪性能及产状与组合关系密切相关。迄今为止，众多学者基于临坡地基极限承载力的滑移线法对这一问题开展了研究，这些方法可以考虑层面特征与组合关系的影响，相比其他方法具有明显优势。然而这些研究大多都假设主动朗肯区底部与优势结构面直接相接，忽略普朗特尔过渡区的范围，这在一些情况下会出现计算结果偏大等问题。针对上述问题，基于滑移线严格解，考虑地基中客观存在的普朗特尔过渡区，采用应力间断面静力分析的力矩平衡法，建立了顺向缓倾岩层临坡地基极限承载力试算方法。采用该方法对不同倾角的顺向缓倾岩层破坏模式进行了分类：当岩层倾角小于最小临界值β_min,时，岩体发生“自锁”,为均质破坏模式；当岩层倾角大于最大临界值(β_min,β_max)时，发生顺层滑动破坏；当岩层倾角位于区间β_max时，发生复合破坏模式。最后将该模型应用于洞庭溪沅水特大桥中。结果表明：忽略过渡区范围的双平面破坏模式在该工程中应用时，计算结果偏大；所提方法计算结果最小，符合潘家铮“极小值”原理，计算结果更准确...     

螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验研究

为探究螺旋箍筋约束高强混凝土柱的轴心受压性能,开展了42根螺旋箍筋约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了混凝土标准立方体抗压强度(58.0~90.6 MPa)、箍筋屈服强度(480~1 219 MPa)、体积配箍率(1.00%~1.60%)与箍筋间距(45~80 mm)对螺旋箍筋约束混凝土柱受压承载力和变形能力的影响。试验结果表明:箍筋约束混凝土在达到峰值压应力时,约束箍筋可能达不到屈服;约束箍筋的强度和体积配箍率相同时,随着高强混凝土强度的增高,约束混凝土达到峰值压应力时箍筋的拉应变减小;混凝土轴心抗压强度、箍筋屈服强度相同时,随着体积配箍率的提高,约束混凝土峰值压应变增大,相应的横向应变也随之增大,箍筋拉应变也增大。基于试验结果,考察了峰值压应力下箍筋拉应变与体积配箍率、混凝土强度、箍筋屈服强度和箍筋间距之间的关系,建立了峰值压应力下约束箍筋拉应变计算公式。拟合得到了约束混凝土峰值压应力f_cc、峰值压应变ε_cc、下降段曲线的特征参数(峰值压应力后85%峰值应力下的轴向压应变ε_c85、50%峰值压应力的轴向压应变ε_c50)的计算公式。给出了考虑体积配箍率、混凝土轴心抗压强度、箍筋间距和箍筋屈服强度影响的箍筋约束高强混凝土的轴心受压应力-应变关系模型。     

含2条软弱夹层的隧道围岩开挖过程破坏模式研究

软弱夹层是山岭隧道常遇的不良地质现象,目前关于多条软弱夹层对隧道围岩稳定性的研究尚不多见,为加强该方向的研究,采用模型试验和数值模拟研究含2条软弱夹层隧道围岩开挖过程中的破坏模式。基于实际工程背景,设计模型试验,从裂隙损伤演变、应力场及应变场变化规律3个方面得到相吻合的破坏模式：首先拱顶受剪应力影响,沿软弱夹层发生滑移,进入塑性区;然后左、右拱肩受张拉应力影响,发生了塑性变形,出现张拉裂隙;接着右拱脚受剪、拉应力影响,进入塑性区;最后左拱脚受拉、剪应力影响,进入塑性区。采用FLAC^3D软件对试验进行模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,并分析含单条软弱夹层和含2条软弱夹层隧道围岩破坏模式的差异性。结果表明：数值模拟结果与试验结果吻合良好;2条软弱夹层的存在会抑制软弱夹层下方隧道的水平收敛;隧道顶拱之上塑性破坏区域与水平面的倾角更小,表现出更危险的破坏趋势;顶拱区域、左拱脚与左中墙连通面应作为不利区域重点考虑;含2条软弱夹层的隧道围岩破坏模式有不同于单软弱夹层的规律,基于单条软弱夹层的支护方案进行设计、施工不能满足围岩稳定要求。     

纤维加劲复合板与混凝土的粘结效应

研究了FRP板与混凝土之间的粘结效应。为获得局部粘结应力与滑移量的力学关系（τb-s），采用不同类型的纤维－混凝土试件，进行了双剪粘结试验。试验结果显示：粘结强度和粘结应力的分布状态随FRP板刚度变化，局部粘结应力与滑移量的关系与纤维的种类无关，最大局部粘结应力随混凝土的抗压强度增大而增大。局部粘结应力与滑移量关系的数值分析表明：试验结果与Popovics模型（利用Popovics方程可建立τb-s模型，该公式已用于混凝土抗压强度与应变关系的分析计算）具有较好的一致性。     

深埋老黄土隧道围岩劣化对支护受力影响分析

为解决围岩劣化所导致的深埋老黄土隧道初期支护破裂问题,以蒙华铁路阳山隧道深埋老黄土围岩劣化初期支护破裂段为工程依托,通过补勘、数值分析、应力监测等手段对深埋老黄土及围岩劣化工况的支护受力特征作对比分析,得到如下结论： 1）在原围岩参数工况下,喷射混凝土全环受压,上台阶喷射混凝土受力较大,最大压应力位于拱顶,同时上台阶拱脚有较大剪切应力; 2）在围岩劣化但未形成连续滑移面的工况下,上台阶的弯曲压应力显著增大,最大压应力仍位于拱顶,且上台阶拱脚处易发生压剪破坏; 3）在围岩劣化且形成连续滑移面的工况下,最大剪切应力与最大压应力位于同一位置--滑移体与衬砌接触的上部边界,此处易发生压剪破坏且位置随着破裂滑移面的变化而变化,分布范围在上台阶拱腰至拱脚处。     

钢板-混凝土组合加固矩形梁的抗弯性能试验

为了研究不同设计参数与加固构造对钢板-混凝土组合加固梁抗弯性能的影响,对4根钢板-混凝土组合加固矩形钢筋混凝土梁进行了试验研究及数值与理论分析。试件测量内容主要有荷载、挠度、应变、滑移、裂缝的发生以及发展状况等;然后采用有限元软件ANSYS对试验梁加固后的抗弯性能进行了数值模拟,并依据试验梁达到极限抗弯承载能力时的塑性破坏特征,建立了承载力理论简化计算公式。试验结果表明:钢板-混凝土组合加固可显著提高原梁的极限承载力;植筋间距对加固梁的承载力、新老混凝土界面纵向相对滑移具有显著影响,植筋间距越大则承载力越小,且界面出现纵向相对滑移的荷载值越小;剪跨比对试验梁的破坏形态、极限承载力、界面纵向相对滑移、结构延性均具有显著影响。数值与理论分析结果表明:数值模型能较好模拟试验梁发生弯曲破坏时的受力性能,而对界面滑移与剥离破坏的模拟尚存在不足;理论计算值与试验值在塑性弯曲破坏时吻合较好,脆性剥离破坏时相差较大。     

基于时间硬化蠕变模型的淤泥质土室内蠕变试验回归分析研究

将普通三轴剪切试验仪器改装成由应变控制的三轴剪切蠕变仪,对淤泥质土样进行室内三轴固结不排水蠕变试验,获得土样在不同围压和偏应力下的分别加载蠕变曲线、应力-应变等时曲线等,体现了淤泥质土显著的非线性蠕变特性。采用时间硬化蠕变模型对试验数据回归分析,回归曲线能较好拟合室内蠕变试验成果,结果表明该模型能够较好描述依托工程淤泥质土的蠕变特性,为数值模拟提供了蠕变参数。