钢纤维混凝土断裂过程激光实时全息干涉法研究

应用激光实时全息干涉法实现了钢纤维混凝土三点弯曲切口梁断裂全过程的实时动态观测研究,连续动态捕获了钢纤维混凝土试件的干涉条纹图。实时全息干涉条纹的动态特征和分布规律直观准确地演示了钢纤维混凝土的初裂点和各阶段的变形特征以及裂缝扩展全过程。试验研究表明,当混凝土试件的钢纤维掺量大于1.0 %时,钢纤维的阻裂增韧效应是明显的。钢纤维混凝土断裂力学参量的计算与分析显示,断裂能是反映钢纤维阻裂效应的敏感参数,用全息干涉条纹图的判识和用断裂能描述获得的试件断裂行为是一致的,激光实时全息干涉法能够为混凝土断裂力学研究提供可靠的试验支撑。     

全息干涉法测量Ⅰ型结构面KⅠ技术路线

岩体Ⅰ型结构面应力强度因子KⅠ是岩体的一个重要参数,求取KⅠ的过程需确定结构面几何影响因子 。根据修正的Feddersen公式,可以制作出与工程岩体Ⅰ型结构面具有相同 的试验岩石模型。根据激光全息干涉法两次曝光法的理论,结合裂纹尖端的应力场方程组、平面光弹性的应力-光定律,建立新的标准化试验方法和算法,可以构建出使用激光全息干涉法2次曝光法测量工程岩体Ⅰ型结构面应力强度因子KⅠ的试验技术路线,该法具有条纹易识别,精度高的优点。     

基于细观损伤的混凝土破裂过程的三维数值模拟与CT试验验证

在混凝土细观损伤的CT试验基础上,以密度损伤（CT数变化）变量为基础,建立了混凝土分段损伤演化方程,以此进行了混凝土试件单轴受压的细观损伤数值模拟。并从混凝土破坏图和荷载-位移曲线图两方面比较了数值模拟结果与CT试验结果,结果表明,试件破坏时裂纹扩展过程与CT观测到的相似,实现了将细观密度损伤（CT数变化）与试件的宏观力学性能的劣化相联系,为改进试验设计提供了力学依据,并使在可靠和有效的前提下用数值方法取代部分试验成为可 能。     

考虑损伤阀值影响的钢纤维混凝土损伤本构模型研究

从室内试验得到的不同体积率下的钢纤维混凝土全应力-应变曲线的特性,探讨了损伤变量的变化规律及建立钢纤维混凝土损伤本构模型时考虑损伤阀值影响的必要性。基于连续损伤力学理论和统计强度理论,在传统的两参数Weibull分布函数基础上引入损伤阀值参数（位置参数）,建立可考虑损伤阀值影响的钢纤维混凝土损伤本构模型,该模型可以反映钢纤维混凝土在低应力水平或变形较小时的线弹性变形特性;根据经验确定损伤阀值参数后,通过混凝土应力-应变全曲线的几何条件求解Weibull分布函数另外两个参数的表达式。最后,基于MATLAB的分析计算结果,并通过与钢纤维混凝土单轴压缩试验实测结果对比,证明模型可以很好的反映单轴受压状态下钢纤维混凝土的应力-应变关系,探讨了损伤阀值取值的大小。     

岩石加卸荷破坏细观机理CT实时分析

利用与CT(computerizedtomography)机配套的专用岩石三轴加载试验设备 ,采用CT实时试验的手段对连续加载试验条件下和卸围压应力作用下砂岩破坏细观机理进行了对比研究。结果表明 ,岩石的卸荷损伤演化破坏具有突发性 ,卸围压破坏导致的扩容比连续加载破坏时大.     

CT检测技术在岩石加卸载破坏机理研究中的应用

利用专用的与CT机配套的三轴加载实验设备,采用CT实时试验的手段, 对连续加载试验条件下和卸围压应力作用下砂岩破坏细观机理进行了对比研究. 结果表明, 岩石的卸荷损伤演化破坏具有突发性.     

冻融与酸雨侵蚀共同作用下混凝土损伤分析

进行了快速冻融和酸雨侵蚀作用下的混凝土室内模拟试验, 研究了冻融和酸雨侵蚀作用下混凝土的质量损失和相对动弹性模量变化规律. 试验结果表明, 混凝土在冻融-酸雨复合环境下的损伤大于冻融作用下的损伤. 通过分析研究, 建立了冻融循环和酸雨侵蚀共同作用下不同水胶比混凝土的质量损失与冻融循环次数的函数关系及冻融与酸雨腐蚀共同作用下混凝土损伤演化方程, 为冻融环境混凝土结构耐久性设计与评估奠定了基础.     

激光全息光弹在滑坡研究中的应用——鹰厦线K163滑坡模拟试验

利用激光全息光弹研究滑坡应力场,在国内尚属首例。通过对鹰厦铁路K163滑坡的现场考察,将滑动面制成高、低两种灵敏度的模型,并根据现场调查的实况,确定模型受力条件,然后在JQC-100型激光全息光弹仪上,按普通全息干涉仪光路进行布置。利用高光敏材料一次曝光获得应力等差线和等倾线;利用低光敏材料二次曝光获得等和线。     

Q1黄土的弹塑性损伤本构模型

在陕西洛惠渠五洞简易盾构法施工现场进行了取样，分析了Q1黄土的应力—应变曲线特性及物理性状，根据连续损伤力学和热力学定律，提出了Q1黄土的弹塑性损伤本构模型。并将模型计算结果与试验曲线进行了比较，模型验证结果表明，该模型能够较好模拟Q1黄土的软化和剪胀性。     

永久船闸边坡稳定性声发射监测

岩体声发射检测技术是岩质工程结构受力破坏的实时动态检测方法，声发射信号参数与岩质工程结构受力产生破裂损伤或破坏紧密关联，具有 一个测点监控范围大，实时提供信息等突出优点。永久船闸边坡稳定性声发射监测实现了对边坡岩体全天候自动化连续监测与数据处理。根据声发射数据的变化及“突变”，对边坡岩体稳定性及其发展趋势进行评价，并为船闸边坡岩体受力损伤开裂部位的加固，及时地提供了有效依据。     

单轴受压状态下钢纤维混凝土损伤本构模型研究

针对钢纤维混凝土在单调载荷条件下损伤行为的复杂性,根据Weibull统计分布理论和等效应变假定原理,得出了钢纤维混凝土损伤本构模型,基于试验数据,确定了模型参数。分析计算结果显示,该模型可以有效地描述单轴受压状态下钢纤维混凝土的损伤过程。     

基于动态CT识别的冻土单轴压缩损伤本构模型

采用连续介质力学与热力学方法,建立了冻土单轴压缩损伤本构模型。以兰州冻结黄土为例,基于冻土单轴压缩动态CT试验,对冻土附加损伤的2个阶段,即塑性损伤和微裂纹扩展损伤分别采用硬化曲线法和动态CT识别方法进行了损伤计算,在此基础上给出了冻土附加损伤与弹性应变的对应关系,建立了基于试验的冻土损伤演化方程,并进行了有效应力的计算。     

基于虚内键模型的岩石单轴压缩全过程曲线模拟

利用虚内键模型理论（virtual internal bond model,简称VIB）,由岩石单轴压缩损伤本构方程和虚内键联接法则方程的相似性,提出了岩石单轴压缩破坏的虚内键密度演化函数 ,通过含虚内键密度演化方程的弹性张量 ,实现了岩石单轴压缩应力-应变全过程曲线的数值模拟。数值模拟结果表明,通过参数的合理选取,虚内键模型理论可以模拟不同岩样的全过程曲线。     

含缺陷空间变异性岩体裂纹扩展的近场动力学模拟

天然岩体内部含有微裂纹,其裂纹的发展贯通机制一直是岩石力学研究的热点问题.此外,岩体物理力学参数的空间变异性,也会影响其强度及破坏演化过程.本文采用了一种新的随机近场动力学方法(RP D),并对含缺陷岩体单轴压缩下的裂纹发展进行模拟,该方法结合了近场动力学方法在模拟裂纹发展及随机场方法在表征材料参数空间变异性方面的优势...     

裂隙岩石单轴压缩损伤扩展细观机理CT分析初探

完成了单一裂纹的裂隙砂岩单轴压缩条件下细观损伤破坏机理CT实时试验,得到了裂纹萌生、发展、宏观裂纹形成、破坏等各阶段的CT图像、CT数和CT数方差。结果表明,与无预制裂隙的岩石试样相比,已有预制裂纹对新的裂纹的起裂位置及贯通性宏观破坏裂纹的形成具有重要影响,预制裂纹的存在导致裂隙砂岩试样的扩容量大于完整试样破坏时的扩容量。     

岩石声速与其损伤及声发射关系研究

首先,建立了单轴压缩过程岩石损伤参量、应变与声速之间的定量关系式,分析了不同均质度对单轴压缩过程岩石声速的影响,结果表明,随着均匀度的增加,单轴压缩过程中声速由平缓变化到急剧变化,这与已有的岩石声发射数值模拟分析结果是一致的;其次,根据建立的声速与应变的关系公式,通过单轴压缩过程岩石声速与应变实测结果的回归分析,得到了具有较高精度的回归方程,从而通过试验验证了所建立的关系式的正确性;最后,从损伤的角度讨论了单轴压缩过程岩石声速与声发射的关系,得出了Kaiser点应位于声速初始下降点附近的结论,为岩石声发射测量地应力试验中Kaiser点的确定提供了新的方法。     

不同含水率砂岩单轴压缩力学特性及波速法损伤

为了探究不同含水率砂岩单轴压缩下力学特性及损伤变化情况,首先对5种不同含水率砂岩进行静态单轴压缩实验,获得其物理力学参数;而后利用超声波检测仪测量该5种不同含水率砂岩的波速,将该批次砂岩加载到80%峰值强度后卸载到0,测量此时砂岩声波波速,利用声波法定义损伤,研究含水率对砂岩损伤的影响。结果表明：单轴压缩下,砂岩的峰值强度及弹性模量随含水率升高逐渐降低,而峰值应变变化呈相反趋势;总功及弹性能随含水率增加而下降,耗散能随含水率增加而增大。实验前声波波速随含水率升高逐渐减小,实验后声波波速随含水率升高而下降,且下降趋势较实验前更迅速;砂岩的残余塑性变形和内部损伤均随含水率升高逐渐增大。研究结果可为现场岩石损伤测试提供依据。     

Damage–viscoplastic consistency model with a parabolic cap for rocks with brittle and ductile behavior under low‐velocity impact loading

This paper presents a damage–viscoplastic cap model for rocks with brittle and ductile behavior under low‐velocity impact loading, which occurs, e.g. in percussive drilling. The model is based on a combination of the recent viscoplastic consistency model by Wang and the isotropic damage concept. This approach does not suffer from ill posedness—caused by strain softening—of the underlying boundary/initial‐value problem since viscoplasticity provides a regularization under dynamic loading by introducing an internal length scale. The model uses the Drucker–Prager (DP) yield function with the modified Rankine criterion as a tension cut‐off and a parabolic cap surface as a compression cut‐off. The parabolic cap is smoothly fitted to the DP cone. The strain softening law in compression is calibrated with the degradation index concept of Fang and Harrison. Thereby, the model is able to capture the brittle‐to‐ductile transition and hardening behavior of geomaterials under highly confined compression, which is the prevailing stress state under a bit‐button in percussive drilling. Rock strength heterogeneity is characterized statistically at the structural level using the Weibull distribution. An explicit time integrator is chosen for solving the FE‐discretized equations of motion. The contact constraints due to the impact of an indenter are imposed with the forward increment Lagrange multiplier method that is compatible with explicit time integrators. The model is tested at the material point level with various uniaxial and triaxial tests. At the structural level confined compression, uniaxial tension tests and a rock sample under low‐velocity impact are simulated. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.