基于PFC-GBM非均质模型的砂岩裂纹演化细观规律研究

砂岩作为巷道围岩的重要组成部分,其细观损伤特征直接影响巷道围岩岩层稳定性。不同粒径的砂岩其矿物晶体的结构具有较明显的非均质性,为研究砂岩裂纹演化细观规律,综合运用室内试验、数值模拟及理论分析的方法,以现场巷道围岩钻取的三种不同粒径的砂岩试件为研究对象,基于PFC2D软件构建二维等效晶体模型Grain-Based Model(GBM),从细观角度分析非均质砂岩试件破裂过程裂纹演化规律。研究结果表明:砂岩试件颗粒粒径越小,岩石的总接触数量越多且晶间接触占总接触比例越小,单轴加载过程中岩石产生的声发射信号及裂纹内部产生的裂纹数量越多,岩石试件的单轴抗压强度越大且破坏模式越剧烈;三种不同粒径砂岩试件在裂纹演化规律上具有一致性,单轴加载过程中,砂岩内部裂纹演化顺序为晶间拉伸裂纹、晶内拉伸裂纹、晶间剪切裂纹、晶内剪切裂纹;砂岩各矿物晶体内部产生的裂纹数量与矿物含量成正比,与矿物晶体的强度成反比,矿物强度与单位面积裂纹数量系数Kl成反比;砂岩试样破坏时,拉伸裂纹占总裂纹数量的90%以上,拉伸破坏为砂岩在单轴压缩条件下的主要破坏类型。

碱激发矿渣-粉煤灰基再生混凝土抗压强度尺寸效应研究

为研究矿渣-粉煤灰基碱激发再生混凝土(AARAC)的尺寸效应,制备72个不同试件尺寸(70.7 mm、100 mm、150 mm和200 mm)的立方体试块,进行抗压强度试验,分析再生骨料取代率对AARAC抗压强度及其尺寸效应的影响规律。基于Bazant′s尺寸效应律,建立AARAC抗压强度尺寸效应计算方法。在此基础上,提出AARAC的抗压强度尺寸效应转换系数以及临界尺寸与临界强度。结果表明:随着再生骨料取代率增大,AARAC抗压强度不断下降,其降低幅度约为4.0%~30.4%,但其尺寸效应更加显著;规范GB/T 50081—2019中普通混凝土抗压强度尺寸效应换算系数并不完全适用于AARAC。提出的尺寸转换系数及临界尺寸与临界强度能较好预测不同试件尺寸条件下AARAC的抗压强度。

无黏性颗粒柱坍塌流动的尺寸效应分析

为分析离散介质流动性的尺寸效应,揭示工程实际中不同尺度质量流的瞬态流动行为,运用粒子高速测量装置和自主搭建的准二维颗粒坍塌实验平台,对无黏性颗粒柱在重力驱动下的坍塌流动过程进行了研究,通过粒子图像测速(PIV)技术分析了柱体纵横比和初始尺寸对颗粒坍塌后流动性和堆积形态的影响。研究结果表明,不同初始长度的颗粒柱坍塌后流动前端位置随时间的演化表现出了相似的特征,但是系统尺寸的变化对其最终的堆积形态会产生明显的影响,尤其是流动距离。通过分析尺寸效应消失的临界长度,建立了无黏性颗粒柱坍塌后流动距离与其纵横比和初始长度之间满足的标度关系,该关系可以准确描述系统尺寸变化对颗粒流动性产生的影响。

粗骨料粒径对混凝土弯拉强度尺寸效应影响的试验研究

为获取粗骨料粒径对混凝土材料弯拉强度及尺寸效应的影响,完成27组素混凝土梁四点弯曲试验,获得粗骨料最大粒径10、20、30 mm,尺寸为100 mm×100 mm×400 mm、150 mm×150 mm×550 mm、200 mm×200 mm×700 mm混凝土试件的弯拉强度,采用Bazant尺寸效应理论对试验数据进行分析,提出指数型弯拉强度尺寸效应经验公式.研究结果表明:相同骨料体积率、水灰比和构件尺寸下,混凝土材料弯拉强度随着骨料粒径的增大而降低;各骨料粒径下混凝土弯拉强度均存在尺寸效应现象,小尺寸时尺寸效应现象更显著,骨料粒径30 mm时,混凝土弯拉强度随几何尺寸增大而降低趋势最平缓;Bazant尺寸效应率与试验结果吻合较好,但不适用于全尺寸范围,提出的指数型尺寸效应经验公式,在全尺寸范围内能够较好地反映混凝土弯拉强度,可用于混凝土材料弯拉强度尺寸效应预测.

低应变率下混凝土动态拉伸破坏尺寸效应细观模拟

在混凝土静态破坏尺寸效应方面已取得了较完善的成果,而在动态破坏尺寸效应方面,包括其产生机制及对应的尺寸效应律的研究则非常匮乏。为探讨动态荷载作用下混凝土尺寸效应行为,从细观角度出发,结合混凝土细观结构特征,考虑动态加载下细观组分应变率效应的影响,建立了混凝土破坏行为研究的细观力学分析模型与方法。以双边缺口混凝土试件为例,对其在低应变率(10^-5 s^-1~1 s^-1)下混凝土动态拉伸破坏行为及尺寸效应进行细观数值模拟,并分析了应变率效应对动态破坏尺寸效应的影响。最后,结合应变率效应对强度及尺寸效应的影响规律—“强度增强效应”与“尺寸效应削弱效应”,在静态破坏尺寸效应律的基础上,建立了混凝土拉伸强度的“静动态统一”尺寸效应理论公式,并验证了理论公式的准确性和合理性。

高强及超高强混凝土的脆性与强度尺寸效应

以往的高强混凝土研究往往局限于试验室尺度上的强度提高 ,而实际上 ,由于强度尺寸效应现象的存在 ,并且随混凝土强度提高 ,脆性增大 ,强度尺寸效应现象更为明显 ,因此许多研究是不完善的。采用Bazant的尺寸效应律对高强、超高强混凝土的强度尺寸效应进行了研究 ,结果表明 ,随混凝土强度提高 ,强度随试件尺寸增大而降低的趋势有所突出 ,并由此探讨了脆性与强度尺寸效应研究的意义。

用人字形切槽巴西圆盘(CCNBD)确定岩石断裂韧度及其尺度律

国际岩石力学学会(ISRM)于1988年和1995年先后颁布了两种测试岩石断裂韧度的建议方法,其中1995年建议方法推荐的人字形切槽巴西圆盘(CCNBD)尚不够完善。有鉴于此,用两种大理岩制作成CCNBD和ISRM 1988年建议方法推荐的人字形切槽三点弯曲圆棒(CB)试样,分别在MTS810型材料试验机进行试验。结果发现,CCNBD试样测出的断裂韧度值比CB试样测出的断裂韧度值小,而重新标定关于CCNBD计算公式中的关键系数*minY后得出的断裂韧度值有一定改善。此外,基于内聚裂纹模型,对CCNBD试样用于岩石断裂韧度测试的尺寸效应问题进行了初步探讨,提出CCNBD试样的几何形状函数mag,很好地解决了Bazant的尺度律用于CCNBD试样结构的非相似性问题,从而减小了试样尺寸对材料断裂韧度的影响。

箍筋约束混凝土圆柱轴压强度尺寸效应律

钢筋混凝土构件的破坏模式与机制区别并远复杂于混凝土材料,采用混凝土材料层面的尺寸效应理论与公式来描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为是值得商榷的。另外,混凝土材料尺寸效应理论公式难以反映钢筋混凝土结构构件中其他重要参数对尺寸效应的影响。以箍筋约束混凝土圆柱为研究对象来看:结合相关物理试验及数值模拟结果,凝练归纳出了影响其轴压破坏尺寸效应的主导参数--箍筋率;根据箍筋约束作用对柱轴压强度的影响机制与规律,在经典的Ba?ant材料层次尺寸效应律的基础上,建立了箍筋约束混凝土柱轴压强度的尺寸效应半理论-半经验公式。相关试验及模拟结果验证了该构件层次尺寸效应公式的准确性和合理性。

骨料粒径对混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应影响的试验研究

混凝土材料的宏观力学行为及尺寸效应受细观组分控制,为研究骨料粒径对混凝土劈裂抗拉力学性能及尺寸效应的影响机理,开展骨料最大粒径10、20、30、40mm,边长150、250、350mm,36个立方体试件劈裂抗拉试验,并采用Weibull统计尺寸效应理论进行验证分析。研究结果表明:随着骨料粒径的增大,劈裂破坏路径越为曲折;混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应受骨料粒径影响,小骨料试件的尺寸效应更显著;尺寸效应试验结果与Weibull统计尺寸效应理论相吻合,骨料最大粒径10、20、30、40mm的混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应对应的临界边长分别为332、287、270、262mm。

基于强度尺寸效应的准脆性材料脆性指标研究

长期以来,如何评价准脆性材料的脆性一直是一重要问题。然而,现有的大多数脆性指标存在明显的局限性,即显著受试件尺度的影响,往往反映的是材料的脆性行为,而不是材料性质。基于Bazant尺寸效应律,强度与试件尺寸双对数曲线图中两条渐近线的交点或与之相关的有效断裂过程区长度可反映材料脆性。该脆性指标测定简单方便、真实可靠,能广泛应用于各种准脆性材料脆性评价。

粗粒土尺寸效应的离散元分析

在土工试验中,粗粒土的力学性质需要考虑颗粒粒径R和试样尺寸L的影响,而利用离散元软件进行数值模拟时,模拟结果的准确性受到计算规模的影响,而计算规模由特征长度比值L/R控制。利用量纲分析理论,可以得到粗粒土数值模型的微观参数和宏观力学参数之间的相似关系,而影响粗粒土抗剪强度的无量纲参数组中,包含特征长度比值L/R。一系列数值三轴压缩试验表明:当L/R足够大(L/R>40)时,L/R对粗粒土抗剪强度没有影响;当L/R较小(L/R<30)时,由于边界摩擦作用,试样的抗剪强度会随着L/R的变化而有较大改变。文中也对离散元软件PFC2D/3D提供的伺服机制进行了讨论。

用平台巴西圆盘试样确定脆性岩石的弹性模量、拉伸强度和断裂韧度——第二部分:试验结果

根据前文理论分析的结果,对平台巴西圆盘大理岩试样进行了平台压缩试验。试验结果表明,可以从一次有效的载荷-位移记录中同时确定脆性岩石的弹性模量E、拉伸强度ts和断裂韧度IcK。判断有效试验的标志是:(1) 裂纹是从试样的中心部位引发的,并基本上沿着直径的方向扩展到临界点;(2) 能够在试验中记录到最大载荷以后的破坏过程,即在达到最大载荷后,载荷先下降后又上升的过程,但载荷的上升不超过前面的最大载荷。基于内聚裂纹模型讨论了IcK的尺寸效应,利用Bazant的尺度律推出考虑断裂过程区影响修正后的断裂韧度mIcK。

政府规模决定因素与相关假说——中国数据的一个新的实证解释

通过构建省级面板数据模型、采用工具变量解决内生性问题,研究了中国省级政府规模的决定因素,并验证了相关假说。结果表明:(1)贸易和FDI的开放程度会抑制政府的扩张,省级公共部门具有规模经济特性;(2)Wagner法则在中国并不适用;(3)支出分权和收入分权有助于中国政府的扩张,而垂直不平衡度的影响不显著;(4)没有证据支持少数民族人口密度、总抚养率或失业率对政府规模存在正效应的猜想。

CCNBD断裂韧度试样的SIF新公式和在尺度律分析中的应用

根据国际岩石力学学会于1995年推荐的一种测试岩石断裂韧度的新型试样-人字形切槽巴西圆盘试样,对其断裂韧度计算公式中的关键参数即无量纲应力强度因子(SIF)提出了一个改进的计算公式。采用分片合成方法结合有限元法对CCNBD试样的应力强度因子进行了宽范围标定,结果以表格的形式给出;并采用数据线性回归的方法,将标定结果以一个指数函数的形式给出。结果表明,与标定值相比,无量纲应力强度因子新公式的误差较小,并且囊括了CCNBD试样的较宽范围的尺寸,且查表使用方便,也为理论分析提供了条件。在此基础上,对岩石断裂韧度测试的尺度律进行了更进一步的探索,结果表明,利用新公式进行的尺度律分析是有效的。

重力坝模型的尺寸效应

利用两个不同比尺预制缝重力坝模型的试验成果,以有限元富集技术进行非线性断裂分析,建立了极限承载力和长度比尺的确定性尺寸效应公式。混凝土重力坝的断裂尺寸效应满足指数衰减关系,用三次指数衰减公式可以准确地预测原型的极限承载力。断裂过程区的相对长度是引起模型试验尺寸效应的主要原因。数值计算结果表明,断裂过程区相对长度不仅是与材料有关的参数,能否充分发展还取决于结构尺寸和几何形状;断裂过程区相对长度的尺寸效应不同于统计尺寸效应和断裂参数尺寸效应,具有尺寸范围效应。断裂过程区相对长度在小试件、大试件和相对无穷大试件的发展程度不同。

试件尺寸对混凝土新K_R阻力曲线的影响

本文采用课题组已取得的实验研究结果 ,观测混凝土断裂全过程中基于粘聚力的新KR 阻力曲线的尺寸效应问题 .首先确定反映混凝土软化特性的软化本构曲线形状 ,对于简单实用的双线性软化本构曲线而言 ,取其拐点横坐标值为临界裂缝尖端张开位移 ,并引入一个直接影响混凝土软化本构曲线形状的参量λ ,结合实验结果 ,调整λ ,便得到用于计算新KR 阻力曲线的与实测结果相符的软化本构曲线形状 .结果表明 ,所获得的新KR

混凝土裂缝扩展阻力曲线

近年来徐世和H .W .Reinhardt提出的基于粘聚力的裂缝扩展阻力曲线 (KR 阻力曲线 ) ,揭示了准脆性材料裂缝扩展过程中粘聚力与裂缝扩展阻力之间的关系 ,反映断裂过程区软化特性的混凝土软化本构关系与KR 阻力曲线的解析解密切相关 为了获得较为精确的KR 阻力曲线 ,首先应确定合理的软化本构关系 结合混凝土三点弯曲切口梁试验 ,就软化本构关系、试件尺寸、材料强度对KR

混凝土材料的断裂模型和强度尺寸效应

尺寸效应是准脆性材料的固有特性。讨论了混凝土材料的各种断裂模型,结合Bazant尺寸效应律,给出了不同断裂模型下的Bazant尺寸效应公式。

压痕尺寸效应的理论分析

针对微纳米尺度下材料硬度测试中出现的压痕尺寸效应(ISE),指出目前用于解释压痕尺寸效应较为常用理论方法;介绍了应变梯度塑性理论的发展过程,引入了几何必需位错密度的概念,详细地描述了Nix-Gao模型及其修正模型的产生,对于预测硬度随压痕深度的变化趋势提供了很好的预测;介绍了能量平衡方法的形成过程,通过描述Meyer方程、Hays-Kendall方法和比例试样阻力模型,推导出能量平衡方程,为分析试验结果提供了理论模型;通过理论公式推导,分析两种理论分析方法对于压痕尺寸效应分析的一致性.

确定混凝土强度尺寸效应律的小尺寸试件研究方法

混凝土力学参数的尺寸效应是一关键问题,而强度尺寸效应更为重要。本文从断裂力学出发,基于Bazant尺寸效应律,提出了通过小尺寸试件测试结果得出强度尺寸效应律的方法,同时得出与尺寸无关的断裂参数。方法简单易行,可在任何试验室实现,为确定大尺寸试件或实际结构的断裂参数提供了一可行的途径。