冲击荷载作用下混凝土破坏强度的确定及CT验证

从细观结构出发,把混凝土看作由骨料、界面和砂浆组成的非均质复合材料,建立随机骨料模型,应用损伤塑性本构,对试件进行了冲击荷载作用下的数值模拟,通过施加不同的加载方式,研究材料的损伤破坏过程,最终以位移加载得出荷载-位移曲线的峰值强度作为细观混凝土试样的破坏强度.通过对混凝土进行冲击荷载作用下的实时CT扫描,得出试件的荷载位移曲线及各个应力阶段的CT图像,发现数值模拟所得混凝土强度及破坏过程与CT观测到的结果有较好的相似性.结果表明,利用该方法研究混凝土在冲击荷载作用下的损伤破坏过程是合适的,以荷载-位移曲线的峰值点作为混凝土破坏强度点是合理的.     

混凝土CT图像的几何校正

细观裂纹是混凝土CT研究的主要对象。直观地观察混凝土灰度CT图像细观裂纹的产生和变化有一定困难,需要根据差值CT图像的方法对其进行增强处理。发现差值图像存在阴阳环现象,因此在进行差值运算前首先需进行图像校正,包括整体平移校正、整体几何校正和感兴趣区域校正三种方法,感兴趣区域校正的差值图像最客观。本文提出了有效地提取混凝土CT图像内细观裂纹信息的新方法。     

饱和混凝土单轴拉伸动态统计损伤本构模型

饱和混凝土中孔隙自由水的存在对材料的力学性能有显著的影响,动态工况中主要表现为自由水的粘性效应,且该效应随细观损伤引起的微裂纹密度的改变而变化。本文结合太沙基“有效应力原理”,建立了饱和混凝土考虑动态应变率效应的单轴拉伸统计损伤模型,将材料宏观力学性能同细观损伤机理有机地结合起来,综合考虑了动态条件下惯性效应和自由水粘性效应的影响,认为材料自身的惯性效应引起材料破坏形态以及细观损伤演化过程的改变;水的粘性效应则调整了混凝土基体的受力状态。通过算例和试验结果比较,表明该模型可预测等应变率加载情况下饱和混凝土材料均匀损伤阶段的动态拉伸本构行为,形象地描述了饱和混凝土材料动态损伤演化机制。     

预静载对全级配混凝土梁动弯拉强度的影响

为了探讨预静载对全级配混凝土梁动弯拉强度的影响,本文从全级配混凝土的细观层次出发,将梁的纯弯段视为由水泥砂浆、粗骨料及两者间的黏结带所组成的复合材料。采用既考虑应变率强化效应又计及损伤弱化效应的动态本构模型反映细观单元的损伤退化。通过自编的以位移控制的有限元程序对全级配混凝土梁在不同预静载作用下的破坏机制进行了数值模拟,给出了相应的应力一应变曲线和动弯拉强度。计算结果显示：全级配混凝土梁的动弯拉强度随着预静载的增加而上升。     

基于CT扫描图形的混凝土单轴压缩动力破坏过程分形研究

当前利用CT研究混凝土处于"观察研究阶段",未能对CT试验资料进行定量地描述,严重浪费了CT数资源。本文利用与CT扫描仪配套的便携式动力加载设备,进行了混凝土动力加载实时扫描试验;记录了混凝土动力加载破坏的全过程。根据所获混凝土各受力阶段的CT扫描图,借助于数字图像处理技术和差分盒维数方法,得出了混凝土试样的裂纹演化图像,并计算了试样CT扫描图的分形维数,从细观层面上对混凝土在动荷载作用下的裂纹演化规律进行了定量化研究。在动力单轴压缩荷载作用下,混凝土试样的裂纹穿越骨料追随能量释放最快路径发展;混凝土试样的CT扫描图像有很好的分形特征;以分形维数建立的损伤变量能较好地反映出混凝土试样损伤裂纹的演化规律;分形维数可作为研究混凝土裂纹演化的定量参数。     

三级配混凝土梁在动荷载作用下的数值模拟

从三级配混凝土的细观层次出发,将梁的纯弯段视为由水泥砂浆,粗骨料及两者间的粘结带所组成的复合材料.采用既考虑应变率强化效应又计及损伤弱化效应的动力本构模型反映细观单元的损伤退化.通过自编的以位移控制的有限元程序对三级配混凝土梁在冲击荷载和三角形循环荷载作用下的破坏机制进行了数值模拟,给出了相应的应力-应变曲线和动弯拉强度.研究结果表明数值模拟所得的结果与实验结果吻合较好.     

煤岩吸附二氧化碳气体的CT实验研究

利用工业CT技术及应变测量研究不同气压下煤岩的二氧化碳气体吸附性质。研究发现：煤样的应变随吸附时间和气体压力的增加而增加,且在不同方向是不同的,吸附气体导致煤样孔隙率增加;煤样CT图像的灰度均值和灰度标准差随吸附时间和气体压力的增长都表现出增加的趋势。结果表明：吸附二氧化碳导致煤样总体发生膨胀变形,这为吸附提供更多的孔隙表面积而使吸附气体量增加,含气煤样的密度也因此而增大;气体吸附导致的煤样密度均值增加的效应大于体积膨胀导致的煤样密度均值减小的效应;吸附使煤样内部物质分布不均匀程度增加。     

X射线CT研究混凝土的试验设备问题

X射线CT研究混凝土的目的是通过CT扫描获得的CT图像,分析混凝土在不同荷载作用下细观裂纹的演化过程,解释混凝土宏观强度和变形特性.试验设备存在的问题是加载设备和CT机的功能难以同时充分发挥.采用现有的医用CT机和专用加载设备,可以初步实现对一、二级配混凝土动力加载过程中混凝土内部细观裂纹的实时观测.进一步的要求是需要研制专门的CT机,提高扫描速度;研制与其配套的加载设备,实现对二级配混凝土试件的动力压缩破坏的混凝土CT试验.     

软土单轴固结CT实验研究

以天津港北港池码头地区海相沉积软土为研究对象,自行研制了与CT配套的单轴固结装置,取不同深度的土样分别进行单轴固结实验。逐级加载土样固结后,对土样进行CT扫描,结合CT图像分析软土固结过程中特性变化。研究表明:随着压力的增加,CT图像灰度平均值逐渐增大,说明土样被压实,密度增大;固结过程中,不同种类土样的CT图像标准差变化存在差异性,这与孔隙水压力消散引起土样内部结构的变化有关;引入CT图像灰度压缩系数来反映土样的压缩性能,研究结果表明天津港北港池码头软土具有较高的压缩性。     

软土单轴固结CT实验研究

以天津港北港池码头地区海相沉积软土为研究对象,自行研制了与CT配套的单轴固结装置,取不同深度的土样分别进行单轴固结实验.逐级加载土样固结后,对土样进行CT扫描,结合CT图像分析软土固结过程中特性变化.研究表明:随着压力的增加,CT图像灰度平均值逐渐增大,说明土样被压实,密度增大;固结过程中,不同种类土样的CT图像标准差变化存在差异性,这与孔隙水压力消散引起土样内部结构的变化有关;引入CT图像灰度压缩系数来反映土样的压缩性能,研究结果表明天津港北港池码头软土具有较高的压缩性.     

动力荷载作用下混凝土破裂特征的CT试验研究

汶川地震后,强震作用下的大坝混凝土动态力学性能研究广受关注.本文利用CT技术对动力荷载作用下混凝土细观破裂过程进行实时扫描观测,获得了混凝土试件在动力荷载作用下裂纹的开裂、扩展、贯通的全过程CT图像,并给出了动力压缩、动力拉伸CT试验的初步成果.结果表明:动力压缩荷载条件下混凝土破坏时裂纹起裂点多,裂纹演化速度快,能够...     

Experimental study on the dynamic modulus of compacted loess under bidirectional dynamic load

The dynamic characteristics of compacted loess are of great significance to the seismic construction of the Loess Plateau area in Northwest China, where earthquakes frequently occur. To study the change in the dynamic modulus of the foundation soil under the combined action of vertical and horizontal earthquakes, a hollow cylindrical torsion shear instrument capable of vibrating in four directions was used to perform two-way coupling of compression and torsion of Xi'an compacted loess under different dry density and deviator stress ratios. The results show that increasing the dry density can improve the initial dynamic compression modulus and initial dynamic shear modulus of compacted loess. With an increase in the deviator stress ratio, the initial dynamic compression modulus increases, to a certain extent, but the initial dynamic shear modulus decreases slightly. The dynamic modulus gradually decreases with the development of dynamic strain and tends to be stable, and the dynamic modulus that reaches the same strain increases with an increasing dry density. At the initial stage of dynamic loading, the attenuation of the dynamic shear modulus with the strain development is faster than that of the dynamic compression modulus. Compared with previous research results, it is determined that the dynamic modulus of loess under bidirectional dynamic loading is lower and the attenuation rate is faster than that under single-direction dynamic loading. The deviator stress ratio has a more obvious effect on the dynamic compression modulus. The increase in the deviator stress ratio can increase the dynamic compression modulus, to a certain extent. However, the deviator stress ratio has almost no effect on the dynamic shear modulus, and can therefore be ignored.     

基于数字化水位的琼东北地区构造应力场时序特征分析

选取琼东北地区2008年以来连续稳定、潮汐形态较明显的海口ZK26井、琼海加积井、向荣村井、火山流体井、文昌潭牛井5口井数字化水位及相应的气压资料.利用气压系数和O1、M2波潮汐因子等滑动拟合,得到不排水状态下,各井含水层的孔隙度、固体骨架的体积压缩系数和水的体积压缩系数.并在水平层状含水层(一维)模式下,利用部分含水...     

双向动荷载下重塑红黏土动变形特性研究

利用SDT-20型三轴仪探究双向动荷载下红黏土动变形特性。结果表明:相位差为0其他条件相同时红黏土动剪切模量随径向动荷载幅值增加而减小;双向动荷载下红黏土动剪应变与振动次数近似呈指数型关系增长,并存在一个临界循环次数;随含水率升高和固结应力增大,重塑红黏土破坏模式由受拉破坏变为受压破坏;径向动荷载幅值的增加使重塑红黏土更容易发生受拉破坏;双向动荷载下阻尼比随动剪应变增加无明显规律,动剪应变小于1%时阻尼比的变化无规律,动剪应变大于1%时随动剪应变增加阻尼比处于稳定平衡阶段。含水率对阻尼比变化规律有明显影响,含水率小于20%时阻尼比随含水率增大而增大,含水率大于20%时其对阻尼比影响可以忽略。     

基于WDCT网络的混凝土CT图像增强算法

原位加载CT扫描可以研究混凝土在不同实验条件下的损伤演化过程,对于混凝土材料研究具有重要意义。在混凝土原位加载的过程中,原位加载设备的遮挡和采样时间的限制导致了有限角度和稀疏角度CT重建问题,传统算法在数据不完备的情况下会导致严重的图像伪影。本文提出WDCT网络增强ART-TV重建图像方法,构建混凝土模拟数据集验证该方法并与经典U-Net增强FBP重建图像方法进行比较。研究结果表明本文的方法在有效降低图像伪影的同时,能够对混凝土内部的石料和裂缝比较准确地成像,图像的客观指标得到大幅提升。      

麦积山石窟栈道地震动力响应分析及损伤评估研究

为研究麦积山石窟人行栈道在地震作用下的动力响应,选取154石窟处栈道作为典型结构,利用ABAQUS建立三维实体模型,充分考虑麦积山石窟地震环境条件,基于麦积山石窟窟区地震危险性评价结果,分析石窟栈道在50年超越概率63.5%、10%、2%水准所对应地震作用下的加速度响应、应力和损伤分布情况,进而对栈道结构抗震性能水准进行划分。结果表明,在地震作用下,栈道结构斜梯加速度响应明显大于平台板处加速度响应,平台板随其所处位置高度的增加,加速度响应峰值增大;栈道结构悬臂梁与岩体嵌固的端部混凝土应力数值较大,斜梯梁与悬臂梁相交处钢筋应力较大;随地震作用的增大,栈道结构混凝土拉压损伤出现范围和数值均呈增大趋势,且主要集中在悬臂梁与岩体嵌固端部,呈现出上部受拉、下部受压的典型破坏特征;基于栈道结构材料应力应变和构件损伤程度对其抗震性能水准进行划分,栈道在多遇(PGA=70 gal)、设防(PGA=240 gal)地震作用下,地震损伤评估结果均为轻度损坏,在罕遇(PGA=450 gal)地震作用下,地震损伤评估结果为严重损坏。该研究结果可为麦积山石窟栈道震损评估和加固设计提供科学依据。     

Earthquake response of concrete arch dams: a plastic–damage approach

There are several alternatives to evaluate seismic damage‐cracking behavior of concrete arch dams, among which damage theory is the most popular. A more recent option introduced for this purpose is plastic–damage (PD) approach. In this study, a special finite element program coded in 3‐D space is developed on the basis of a well‐established PD model successfully applied to gravity dams in 2‐D plane stress state. The model originally proposed by Lee and Fenves in 1998 relies on isotropic damaged elasticity in combination with isotropic tensile and compressive plasticity to capture inelastic behaviors of concrete in cyclic or dynamic loadings. The present implementation is based on the rate‐dependent version of the model, including large crack opening/closing possibilities. Moreover, with utilizing the Hilber–Hughes–Taylor time integration scheme, an incremental–iterative solution strategy is detailed for the coupled dam–reservoir equations while the damage–dependent damping stress is included. The program is initially validated, and then, it is employed for the main analyses of the Koyna gravity dam in a 3‐D modeling as well as a typical concrete arch dam. The former is a major verification for the further examination on the arch dam. The application of the PD model to an arch dam is more challenging because the governing stress condition is multiaxial, causing shear damage to become more important than uniaxial states dominated in gravity dams. In fact, the softening and strength loss in compression for the damaged regions under multiaxial cyclic loadings affect its seismic safety. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

冻土蠕变过程中结构的CT分析

ＣＴ为非破坏的持续检测和定量描述不同实验条件下试样的内部结构提供了可能，本文利用这一手段观测分析了冻土蠕变过程结构的变化情况，认为冻土蠕变过程中所进行的发育微裂隙、颗粒集合体的破坏以及其它结构缺陷的增生与扩展，制约着土结构的强化与弱化作用，控制着蠕变过程的形态特征，同时还给出了ＣＴ值与物密度和含水量之间的定量关系。