海冰韧脆转变特性的宏微观分析

冰荷载是寒区海洋工程结构物设计的控制荷载。海冰强度研究是确定冰荷载的基础。从宏微观结合的角度研究海冰强度特性,通过对海冰韧脆转变的微观机制分析,给出了微裂纹形成机制和扩同制;通过对Ｒｉｃｅ－Ｔｈｏｍｓｏｎ模型的分析,得出了韧－脆转变的判据;最后进行了韧脆转变区的强度计算。与实验结果相符。     

冰体材料损伤与断裂破坏的本构理论

冰体材料对应变速率很敏感, 存在一个韧脆转变区和转变速率εR, 当ε<εR时冰体为韧性性质, 当ε>εR时, 冰体为脆性性质.因此可按冰体的不同性态分段描写本构模型, 对冰体的韧性性质给出了损伤模型, 对冰体的脆性性质给出了断裂模型.分别用损伤模型预测韧-脆转变区的起始速率, 用断裂模型预测韧-脆转变的终点速率及相应的破坏应力.     

基于等效塑性应变的边坡滑面搜索

对土坡而言,利用有限元-强度折减方法将边坡代入临界破坏状态时,临界滑面上的点往往是沿深部方向的等效塑性应变最大的地方。通过设置一系列沿水平方向布置的垂直直线,并找出沿每条直线上的等效塑性应变最大值的位置后,就可得到一系列呈波动状的点的分布,它们构成了所谓的函数型数据,再利用最小二乘法对这些函数型数据做平滑处理就得到了边坡的临界滑面。与其他方法的相对比,验证了该方法的可靠性。     

考虑应变率效应的广义Hoek-Brown动态强度准则

岩石强度特性具有明显的围压效应和应变率效应,研究复杂应力状态下动态强度准则对于岩石动力学分析至关重要。利用10~(-5)~10~(2.32) s~(-1)应变率范围内砂岩静动态间接拉伸和单、三轴压缩强度试验数据,进行了广义Hoek-Brown强度准则预测砂岩动态强度的适用性研究,分析了材料参数的应变率效应。结果表明,广义Hoek-Brown强度准则能够较好地描述同一应变率下较低拉应力区到较高压应力区砂岩强度规律,低应变率区单轴抗压强度c_s和参数a变化不大,高应变率区随应变率的增加非线性增大,而参数m几乎不受应变率影响。基于分析建立了单轴抗压强度c_s和参数a的应变率效应函数关系,提出了由低应变率到高应变率下的广义Hoek-Brown动态强度准则统一表达式,进一步探讨了岩石强度依赖应变率效应和围压效应的物理机制。     

岩石变形机制与流变学研究的近期发展--显微构造、变形机制与流变学国际会议简介

结合显微构造,变形机制与流学国际会议讨论的有关为形机制与流学的几个主要方面,阐述了目前在该学科领域与研究方向上的研究现状与进展;地壳岩石脆－韧性转变变形机制,强调脆性变形机制与韧性变形机制之间的反应及由此引起的岩石强度降低;应变局部化机理与主要影响因素,应变局部化可以由是软化或硬化机制引起的。     

花岗岩残积土动态冲击性能的SHPB试验研究

为研究花岗岩残积土的动态冲击性能,开展了高速冲击下的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验,与常规应变率下的试验结果比较,分析了高应变率对花岗岩残积土的应力?应变特性和强度的影响。结果表明：低、高应变率下的花岗岩残积土的?-?a（轴向应力?轴向应变）曲线均呈现出软化型。随着应变率 增加,?-?a曲线向?a增大的方向移动,破坏应变?af增加。但高应变率下?af增加的程度更加明显。花岗岩残积土的峰值强度普遍具有应变率依赖性,二者可用直线关系拟合,但低、高应变率下的拟合关系并不一致。提出了率敏性因子m定量评价依赖性强弱。研究发现,随着应变率的提高,强度的应变率依赖性减弱,低应变率下的m为26.694,而高应变率下仅为0.013。相关试验结果指出,高速冲击荷载对土体总体有害。工程中应该采取合理措施控制冲击荷载的危害。该研究有助于深化花岗岩残积土动态冲击性能的理解,为相关工程的施工与设计提供技术参考。     

不同围压及应变速率下页岩变形及破损特性试验研究

为揭示围压及应变速率对页岩力学特性的影响规律,对志留统龙马溪组页岩试样开展了不同围压及不同应变率下的三轴压缩力学试验研究。结果表明,围压和应变率对页岩的弹性模量、峰值强度及破裂形态等均具有显著影响,弹性模量和峰值强度均随围压的升高而增加,峰值强度增加的幅度明显大于弹性模量,峰值强度呈线性增加趋势,低围压时应变率从低到高,弹性模量和峰值强度都呈逐渐升高的趋势,两者与应变率对数的关系可用二次多项式描述;随着围压增大,页岩的应变率效应逐渐减弱,在较高高围压(50 MPa)下峰值强度和弹性模量随应变速率增加而增加现象均变得极不显著。对试验后岩样的破坏模式进行分析可知,页岩在低围压高应变率状态下主要是劈裂–剪切破坏,随着围压的增加和应变率的减小,试样的破坏由脆性劈裂–剪切破坏向单一剪切破坏转变,再逐渐向延性破坏过渡。研究结果对于合理确立页岩力学参数及设计压裂方案具有较好的参考。     

珊瑚颗粒力学特性应变率效应试验研究

珊瑚单颗粒破碎特性与珊瑚砂高压缩性、剪缩性及良好蠕变性等宏观力学行为密切相关。珊瑚颗粒的应变率效应对于不同形式荷载作用下珊瑚砂强度与变形特性研究具有重要意义。对约300颗珊瑚颗粒进行0.1～50 mm/min位移速率下的单颗粒破碎试验,探讨加载应变速率对颗粒破碎强度、破碎模式、破碎能量及破碎分形的影响。结果表明,珊瑚颗粒破碎强度服从Weibull分布规律,且特征破碎强度随应变率的提高非线性增大;随着加载速率的增大,颗粒主劈裂破坏往往先于棱角的局部碎裂和表面研磨,相应的荷载?位移曲线呈现出由峰前“多峰”向峰后“多峰”现象转变;珊瑚颗粒破碎能量密度和破碎分形维数同样具有明显的应变率效应,且均与对数应变率呈线性正相关关系,表征能量耗散和破碎程度均随加载应变率的增大而增大。     

花岗岩残积土动态冲击性能的SHPB试验研究

为研究花岗岩残积土的动态冲击性能,开展了高速冲击下的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验,与常规应变率下的试验结果比较,分析了高应变率对花岗岩残积土的应力—应变特性和强度的影响。结果表明：低、高应变率下的花岗岩残积土的σ-ε_(a)曲线均呈现出软化型。随着应变率■增加,σ-ε_(a)曲线向ε_(a)增大的方向移动,破坏应变ε_(af)增加。但高应变率下的ε_(af)增加的程度更加明显。花岗岩残积土的峰值强度普遍具有应变率依赖性,二者可用直线关系拟合,但低、高应变率下的拟合关系并不一致。提出了率敏性因子m定量评价依赖性强弱。研究发现,随着应变率的提高,强度的应变率依赖性减弱,低应变率下的m为26.694,而高应变率下仅为0.013。根据试验结果指出,高速冲击荷载对土体总体有害。工程中应该采取合理措施控制冲击荷载的危害。研究有助于深化花岗岩残积土动态冲击性能的理解,为我国相关工程的施工与设计提供技术参考。     

花岗岩残积土动态冲击性能的SHPB试验研究

为研究花岗岩残积土的动态冲击性能,开展了高速冲击下的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验,与常规应变率下的试验结果比较,分析了高应变率对花岗岩残积土的应力—应变特性和强度的影响。结果表明：低、高应变率下的花岗岩残积土的σ-ε_(a)曲线均呈现出软化型。随着应变率■增加,σ-ε_(a)曲线向ε_(a)增大的方向移动,破坏应变ε_(af)增加。但高应变率下的ε_(af)增加的程度更加明显。花岗岩残积土的峰值强度普遍具有应变率依赖性,二者可用直线关系拟合,但低、高应变率下的拟合关系并不一致。提出了率敏性因子m定量评价依赖性强弱。研究发现,随着应变率的提高,强度的应变率依赖性减弱,低应变率下的m为26.694,而高应变率下仅为0.013。根据试验结果指出,高速冲击荷载对土体总体有害。工程中应该采取合理措施控制冲击荷载的危害。研究有助于深化花岗岩残积土动态冲击性能的理解,为我国相关工程的施工与设计提供技术参考。     

璜山金矿带韧性剪切构造控矿特征分析

璜山金矿带是在含量较高的基底遭受区域变质作用时,使地层中的金初步得以活化转移的基础上,又经其后的动力变质作用,再次富化而形成的变质热液改造型金矿带。 该区动力变质形成的韧性剪切构造,不仅在构造岩特征和小构造等方面有较明显的反映,而且还可以从岩石中发育的大量显微变形组构上得以佐证。该韧性剪切带具有较长的形成与演化历史,它有着从韧变到脆变的转化作用,同时表现为由深部到浅部的抬升过程,特别对该区金矿的形成和分布均有重要的控制意义。文中着重从构造几何形态控矿、韧剪应变强度控矿、韧—脆应变转化控矿三方面分析和探讨了韧性剪切构造控矿的特点和机理,并指出该区金矿的形成过程实际上就是成矿构造地球化学的演化过程。     

基于均匀化理论的土石混合体应力应变关系

将土石混合体等效为理想的二元介质混合材料,假定块石元为理想的脆弹性材料,土体元为典型的弹塑性材料。选取邓肯-张模型定义土体的本构关系,引入块石元局部应变系数建立土石混合体代表单元体积平均应变与其中块石元、土体元微应变的桥联关系。通过均匀化理论对土石混合体代表单元的一般应力应变关系进行了详细探讨。选取广东省云罗高速高填路基土石混填料中的残积粉质粘土,通过室内常规三轴压缩实验对土体邓肯-张模型的参数进行标定,描绘出不同围压及不同含石率条件下土石混合料一般应力应变关系曲线图。结果表明,均匀化理论得到的函数关系式能够较好地反映土石混合体在不同条件下的一般应力应变关系。随着土石混合体含石率的提高其抗剪能力显著增加,但当含石率小于0.3时,块石元的增强效应并不明显。     

温度、有效围压、应变率及粒径在岩石脆——韧性转变中的作用

当压力达到大约750MPa范围内时,足够高的有效围压能使岩石发生由破裂破坏向碎裂流动破坏转变,而裂隙是两类破坏机制的必要特征。后者已由我们新得到的实验资料(即伴随三轴负载变形的同时,测量声波的传播速率和声辐射)所证实。另外,足够高的温度能使岩石经受破裂或碎裂流动破坏向塑性流动破坏转变。在后种情况中,裂隙结束了对变形和破坏的重要作用。在这种转变中,温度与应变率关系密切(应变率低时,温度较低),也与粒径关系密切(粒径较小时温度较低),尽管后种情况中强度较高)。作用于破裂和碎裂流动发生过程的应力几乎与温度无关,但与有效围压关系密切。当强度资料按照标准化温度(由熔化温度标准化)和标准化应力(由剪切模量标准化)表示时,硅质岩显示的力学性质与氧化铝非常相似。本文简短地回顾了破裂和流动机制以及与破裂-流动转变有关的可用资料,并且给出认为地壳的特定岩石中发生这种转变的载荷条件(包括围压)、温度、应变率、粒径的估算,我们试图写出与地壳力学性质有关的较全面的结论以及它对地壳性质其它方面的影响。     

水-动力耦合作用下红砂岩力学性质及能量机制研究

以干燥试样为对照,对自然、吸水和饱水3类含水试样进行单轴冲击试验,分析水-动力耦合作用下红砂岩试样的动态强度与变形特征以及损伤破坏前后的能量演化机制。试验结果表明：试样的动态抗压强度和峰值应变受含水率和冲击荷载影响较大,而峰值模量主要受含水率影响较为明显,这是由于红砂岩在水弱化作用下颗粒结构疏松膨胀、胶结强度减弱,加之在中高应变率下孔隙水所具有的细观力学效应,致使试样表现出低强度和高应变,而冲击荷载带来的应变率效应则使试样强度增强,塑性变形受到抑制;试样峰值点前吸收的总应变能U多以可释放弹性能Ue存储起来,耗散能Ud占比较小,各部分应变能随着脉冲强度的升高而增加,但随着含水率的变化趋势则不尽相同;不同脉冲强度下的脆性指标修正值BIM（Ud与Ue的比值）显示红砂岩试样的含水率以及冲击荷载的脉冲强度均存在一个阀值,使其塑性变形在水-动力耦合作用下的响应截然不同,而引入的有效冲击能指标Keff显示应变率效应对干燥试样和自然试样的冲击倾向性具有显著影响,对于含水率较高的吸水试样,水弱化作用降低了应变率效应,达到饱水状态时,因为饱和液体对应变率效应的促进作用,饱水试样的应变率效应得到强化。     

应变软化岩体分析原理及其应用

应变软化是指应力-应变曲线中轴向应力随应变的增加而减小的现象,许多种类的岩土介质在工程扰动的作用下呈现应变软化的行为。在分析应变软化问题时,其应力-应变关系式中的切线刚度矩阵是非正定的,由此导致计算求解的困难。将岩体应变软化过程简化为一系列脆塑性过程,于是应变软化问题的求解归结为一系列脆塑性过程的分析。基于经典弹塑性力学理论,提出了应变软化过程模拟方法及其相应的有限元求解过程,编制了计算程序,研究了应变软化本构模型中不同强度弱化速率对圆形洞室围岩塑形区分布的影响,进一步分析了应变软化模型对应的隧道径向变形沿洞轴方向的分布特征,并与已有监测数据得到的分布规律进行了对比。初步的研究结果表明,应变软化模型得到的计算结果是比较合理的     

城市生活垃圾土变形强度特性及其应力-应变模型

通过垃圾土的三轴固结排水剪切试验结果,研究了垃圾土的抗剪强度机理,纤维材料在压缩剪切过程中产生的拉力是垃圾土抗剪强度得以提高的关键所在。基于试验结果,提出以垃圾土应力-应变关系曲线的硬化点作为破坏标准来计算垃圾土的强度参数,这样可确保垃圾土强度参数的唯一性,又可避免因选定的应变水平较小而低估垃圾土的强度,得到本文垃圾土的黏聚力为71.3 k Pa,内摩擦角为35.9°。最后,提出了新的描述垃圾土应力-应变关系的非线性模型,该模型能够反映小应变和大应变情况下的非线性,克服了已有线性和非线性模型的缺陷,能够很好地吻合试验数据。     

应力状态对粗粒料力学特性影响的大型真三轴试验

土石坝所处的应力状态较接近平面应变应力状态或三维应力状态,而常规三轴试验低估了粗粒料的力学性能。应用大型真三轴仪对常规三轴应力状态、平面应变应力状态和真三轴应力状态（ 0.25, 为中主应力系数, 、 、 分别为大、中、小主应力）下粗粒料的力学特性进行了压缩试验研究。试验结果表明：相同小主应力下,常规三轴试验、平面应变试验、真三轴试验的大、小主应力之差与大主应力方向应变的关系曲线依次变高变陡。某一试验加载条件下,体应变随球应力的增大而增大,初始剪切阶段增加较慢,随后呈线性增大,不同小主应力的体应变曲线较为接近。平面应变试验强度和真三轴试验强度比常规三轴试验强度有较大增长,真三轴试验强度增加百分比大于平面应变试验强度增加百分比。初始弹性模量随小主应力的增大呈线性增大。平面应变状态下中主应力系数随大主应力方向应变的增大而增大,初始剪切阶段增长较缓,之后近似呈线性增大。相同小主应力下,从常规三轴应力状态至平面应变应力状态再到真三轴应力状态,小主应力方向应变均为膨胀变形,且膨胀变形依次增大。同一试验加载条件下,小主应力较小时,应力比（偏应力与球应力之比）与偏应变的关系曲线位于上方。     

非饱和压实土率敏性及蠕变时效特征试验研究

为研究部分饱和状态下高填方回填土工后长期变形,对非饱和压实土在可控基质吸力下分别开展率敏性和蠕变试验,并分析两者间时效对应关系。率敏性试验采取不同加载速率的三轴剪切,分析基质吸力（0、100、200、300 kPa）、加载速率（0.40、0.02 mm/min）以及超固结比（1、4和8）对土体强度和变形特征的影响,并确定三轴剪切蠕变的三级加载应力水平为抗剪强度的0.45、0.65、0.85倍;在4种可控基质吸力（0、100、200、300 kPa）下参考陈氏加载法,按三应力水平分级加载开展非饱和压实土三轴剪切蠕变试验。试验结果表明：随着基质吸力的增加,其率敏性参数ρ 减小,其率敏性降低;随着基质吸力逐渐增大,其蠕变初始最大速率、稳定蠕变速率以及蠕变变形量均显著减小;蠕变试验确定的应变速率−应变关系线与率敏性试验获得的应变速率−应变数据点基本吻合,证明两者间存在一定时效对应关系,且随着基质吸力的增大,这种时效对应关系更显著。     

迁安石英岩脆延性转变特征及定量判据

本文在0—700MPa围压、室温800℃温度条件下,对一组迁安石英岩变形破坏实验研究,提出了不同条件下地壳岩石两种可能的脆延性转变机制,并阐明了脆延性转变中岩石力学性质、强度特性和失稳型式的变化。文章指出,岩石脆延性转变的实质是岩石破裂前各种机制产生的非弹性变形组分迅速增加,造成破裂贯通点偏离线性变形段,使岩石表现出延性行为。因此,依据破裂贯通点偏离线弹性变形段的程度,就可以定量判别岩石的变形性质,确定岩石脆延性转变的条件。     

华山花岗岩动力学行为与破坏准则研究

对华山花岗岩进行了应变率范围10-4~100/s、围压范围20~100MPa的动三轴试验测试,结果表明在不同围压下,随着应变率增加,花岗岩的抗压强度增长幅度呈减小趋势,弹性模量和泊松比与应变率没有明确关系;随着围压的增加,弹性模量和泊松比与围压间也没有明确关系。接着,作者分别判别了动态的莫尔-库伦强度准则、动态的霍克-布朗强度准则的适用性,并对试验数据进行分析。研究结果表明,在中等应变率下,动态莫尔-库伦强度准则和动态霍克-布朗强度准则均适用,当采用动态莫尔-库伦强度准则时,花岗岩的内摩擦角随应变率增加变化幅度很小,其抗压强度主要取决于花岗岩的粘聚力;当采用动态霍克-布朗强度准则时,参数m对应变率变化不敏感。