损伤破裂砂岩单轴蠕变特性试验研究

深部岩体工程处于高应力环境中,开挖破裂后的工程岩体在持续的高地应力作用下具有很强的时间效应,深入研究其峰后蠕变特性,具有重要的理论和实际应用价值。先采用RMT-150B型岩石力学试验系统对完整岩样进行单轴峰前屈服、峰后破裂卸载试验,制备出具有不同破裂损伤程度的峰前屈服、峰后破裂的损伤岩样;再采用RLW-2000型微机伺服岩石三轴流变仪对其进行单轴蠕变试验,研究其单轴蠕变力学特性。研究结果表明：损伤岩样波速与完整岩样相比,均出现了不同程度的降低;损伤岩样各级应力水平下,瞬时应变量均是随着应力水平的增加而逐步增加,且均符合线性函数关系;相同应力水平下,峰后破裂损伤岩样瞬时应变明显大于峰前屈服损伤岩样;各级应力水平下,总体上各蠕变量随着应力水平的增加而逐步提高,且均符合指数函数关系;相同应力水平下,峰后破裂损伤岩样蠕变量明显大于峰前屈服损伤岩样,且随着荷载水平的进一步提高,两者差异程度增加;损伤岩样各瞬时变形模量随着应力水平的增加均逐步提高,两者之间符合线性函数关系;各应力水平下对应的瞬时变形模量存在明显差异,岩样损伤程度越高,瞬时变形模量越低;各损伤岩样在各级应力水平下,改进的西原模型能够较好地模拟其单轴蠕变特征。     

复杂应力路径下饱水砂岩宏细观力学特性研究

饱水作用对砂岩变形及强度特征影响显著,考虑岩体实际赋存环境,为了解复杂应力路径下饱水砂岩宏细观力学特性,利用RMT-150C岩石力学多功能试验机及SEM电镜扫描技术,对饱水砂岩进行循环荷载作用后卸荷破坏试验,研究不同影响因素作用下的疲劳损伤特征,重点分析了加载频率、上限应力等因素对卸荷变形、强度及细观损伤特征的影响规律。研究表明,根据试验设计方案获得的饱水砂岩应力-应变曲线大致可以划分为5个典型阶段,其中,同一应力状态下,疲劳损伤阶段轴向不可逆应变在等速变形阶段的应变速率随加载频率的增大迅速增加,这表明上限应力的“门槛值”极有可能是变化的,且与加载频率及循环次数密切相关;同时,卸围压变形破坏阶段的总应变及围压卸荷量均随加载频率（或上限应力）的增大而减小,与该阶段持续时间随加载频率（或上限应力）的变化规律一致。不仅如此,通过分析饱水砂岩破坏面细观损伤特征发现,加载频率与上限应力作用下的细观损伤特征差异显著,其中破坏面微裂隙面积占比随加载频率增大而减小,上限应力则恰好相反。     

基于软硬石模板库的土石混合体细观损伤与力学特性分析

为了探究含软、硬两种岩性碎块石土石混合体的变形破坏过程与力学性质,发展了一种基于软硬石模板库的土石混合体建模方法。通过在PFC2D中建立符合原位结构特征的软硬石模板库,利用此模板库生成了不同含石量土石混合体颗粒流模型,对土石混合体进行了单轴压缩颗粒流模拟。结果表明：土石混合体破坏始于土-石接触面,土石介质分离大多因剪切破坏导致,加载前期微裂纹迅速增长,中、后期微裂纹增长速率减缓,但宏观变形渐趋显著;随着含石量的增加,土石混合体单轴抗压强度逐渐降低,块石的转动与侧向移动会加剧土石混合体的整体破坏;相同含石量下,随着软石比例的增加,单轴抗压强度呈下降趋势,试验后试样破裂率与单个软石颗粒的破裂程度均保持在较高水平,软石颗粒破裂是引起土石混合体单轴抗压强度降低的重要原因。     

基于Burgers模型考虑损伤的非定常岩石蠕变模型

Burgers模型只能描述岩石蠕变的前两个阶段,为了描述蠕变全过程,考虑蠕变参数的时间效应及损伤带来的影响,采用非定常黏性元件取代Burgers模型中串联的定常黏性元件,使其能描述加速蠕变阶段。根据损伤变量的变化特征,假定了一个函数,经过Lemaitre应变等效原理,代入Kelvin模型可得到能描述蠕变衰减阶段的模型。试验数据拟合结果显示,改进的Burgers模型能很好地描述加速蠕变阶段,模型拟合曲线与试验曲线基本吻合,相关系数高,参数取值也在合理范围内;非定常Burgers模型更适合描述不同应力下的岩石蠕变特征曲线。     

基于SEEW-SVM的结构损伤在线识别

在增量式特征向量加权支持向量机(WEVLS-SVM)结构损伤在线识别方法的基础上,提出了自适应特征向量指数加权向量机(SEEW-SVM)识别方法,该方法通过增加样本与修剪算法更新样本,并根据样本贡献量的大小对特征向量自适应进行指数加权。以剪切型结构为例进行了数值模拟分析,结果表明SEEW-SVM方法与WEVLS-SVM方法相比,不仅提高了识别精度,而且大大提高了识别效率,更适用于对结构的时变参数进行在线识别。     

Comparison of adaptive structural damage identification techniques in nonlinear hysteretic vibration isolation systems

Early structural damage identification to obtain an accurate condition assessment can assist in the reprioritization of structural retrofitting schedules in order to guarantee structural safety. Nowadays, seismic isolation technology has been applied in a wide variety of infrastructure, such as buildings, bridges, etc., and the health conditions of these nonlinear hysteretic vibration isolation systems have received considerable attention. To effectively detect structural damage in vibration isolation systems based on vibration data, three time-domain analysis techniques, referred to as the adaptive extended Kalman filter （AEKF）, adaptive sequential nonlinear least-square estimation （ASNLSE） and adaptive quadratic sum-sqnares error （AQSSE）, have been investigated. In this research, these analysis techniques are compared in terms of accuracy, convergence and efficiency, for structural damage detection using experimental data obtained through a series of laboratory tests based on a base-isolated structural model subjected to E1 Centro and Kobe earthquake excitations. The capability of the AEKF, ASNLSE and AQSSE approaches in tracking structural damage is demonstrated and compared.     

Statistical moment-based structural damage detection method in time domain

A novel structural damage detection method with a new damage index,i.e.,the statistical moment-based damage detection(SMBDD) method in the frequency domain,has been recently proposed.The aim of this study is to extend the SMBDD method in the frequency domain to the time domain for building structures subjected to non-Gaussian and non-stationary excitations.The applicability and effectiveness of the SMBDD method in the time domainis verified both numerically and experimentally.Shear buildings with various damage scenarios are first numerically investigated in the time domain taking into account the effect of measurement noise.The applicability of the proposed method in the time domain to building structures subjected to non-Gaussian and non-stationary excitations is then experimentally investigated through a series of shaking table tests,in which two three-story shear building models with four damage scenarios aretested.The identified damage locations and severities are then compared with the preset values.The comparative results are found to be satisfactory,and the SMBDD method is shown to be feasible and effective for building structures subjected to non-Gaussian and non-stationary excitations.     

循环往复加载的地下结构Pushover分析方法及其在地震损伤分析中的应用

考虑到地震作用下地下结构往往受到双向往复荷载作用,本文提出了循环往复加载的地下结构Pushover分析方法.介绍了该方法的实施步骤、基本功能与特点.该方法考虑了地震作用下地下结构双向受力的特点,利用多点位移控制的推覆分析算法进行地震作用下正向加载-卸载-反向再加载的全过程分析.该方法将一次循环加载过程近似看作一次地震作用过程,提出了基于循环往复加载Pushover分析的损伤模型,避免了对土-结构整体模型进行复杂的动力相互作用分析;通过一次循环往复加载的Pushover分析,根据结构构件刚度的改变对结构损伤进行有效评估.结合实际工程进行算例分析初步验证了循环往复加载Pushover分析及地震损伤模型的有效性.     

考虑桥墩强震损伤的连续梁桥半主动控制策略

在连续梁桥的智能控制研究中,大多以控制梁的加速度和墩顶与梁间的相对位移为目的,而忽略了对桥墩损伤的控制。本文提出一种改进的半主动控制策略,通过在限界Hrovat最优半主动控制算法中引入桥墩的损伤指数,使桥梁的地震反应和桥墩的损伤同时得到控制。本文以一设置了磁流变(MR)阻尼器的两跨连续梁桥为研究对象,采用MATLAB进行数值模拟分析,对所提出的半主动控制策略进行了多种工况下的验证。计算结果表明,采用考虑损伤的半主动控制策略,能够在较好控制桥梁地震反应的同时,有效降低桥墩在强震过程中的损伤指数。     

锈蚀钢筋混凝土压弯构件恢复力模型研究

根据目前已有试验资料和理论分析,结合钢筋锈蚀引起结构破坏形态的改变,综合考虑结构各种耐久性损伤因素,并对箍筋锈蚀进行修正,提出了锈蚀钢筋混凝土压弯构件基于地震损伤的恢复力模型的确定方法.通过与现有试验进行对比分析,表明模型描绘的骨架曲线与试验结果总体吻合较好,模型计算的滞回曲线所描述的现象与试验一致,该恢复力模型可在损伤钢筋混凝土结构地震反应分析中采用.