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Investigation of FRP and SFRC Technologies for Efficient Tunnel Reinforcement Using the Cohesive Zone Model
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作者 Gang Niu Zhaoyang Jin +1 位作者 Wei Zhang Yiqun Huang 《Structural Durability & Health Monitoring》 EI 2024年第2期161-179,共19页
Amid urbanization and the continuous expansion of transportation networks,the necessity for tunnel construction and maintenance has become paramount.Addressing this need requires the investigation of efficient,economi... Amid urbanization and the continuous expansion of transportation networks,the necessity for tunnel construction and maintenance has become paramount.Addressing this need requires the investigation of efficient,economical,and robust tunnel reinforcement techniques.This paper explores fiber reinforced polymer(FRP)and steel fiber reinforced concrete(SFRC)technologies,which have emerged as viable solutions for enhancing tunnel structures.FRP is celebrated for its lightweight and high-strength attributes,effectively augmenting load-bearing capacity and seismic resistance,while SFRC’s notable crack resistance and longevity potentially enhance the performance of tunnel segments.Nonetheless,current research predominantly focuses on experimental analysis,lacking comprehensive theoretical models.To bridge this gap,the cohesive zone model(CZM),which utilizes cohesive elements to characterize the potential fracture surfaces of concrete/SFRC,the rebar-concrete interface,and the FRP-concrete interface,was employed.A modeling approach was subsequently proposed to construct a tunnel segment model reinforced with either SFRC or FRP.Moreover,the corresponding mixed-mode constitutive models,considering interfacial friction,were integrated into the proposed model.Experimental validation and numerical simulations corroborated the accuracy of the proposed model.Additionally,this study examined the reinforcement design of tunnel segments.Through a numerical evaluation,the effectiveness of innovative reinforcement schemes,such as substituting concrete with SFRC and externally bonding FRP sheets,was assessed utilizing a case study from the Fuzhou Metro Shield Tunnel Construction Project. 展开更多
关键词 Tunnel segment FRP SFRC cohesive zone model constitutive model fracture process
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A fracture model for assessing tensile mode crack growth resistance of rocks 被引量:1
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作者 Mingdong Wei Feng Dai +1 位作者 Yi Liu Ruochen Jiang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第2期395-411,共17页
Evaluating the fracture resistance of rocks is essential for predicting and preventing catastrophic failure of cracked structures in rock engineering.This investigation developed a brittle fracture model to predict te... Evaluating the fracture resistance of rocks is essential for predicting and preventing catastrophic failure of cracked structures in rock engineering.This investigation developed a brittle fracture model to predict tensile mode(mode I)failure loads of cracked rocks.The basic principle of the model is to estimate the reference crack corresponding to the fracture process zone(FPZ)based on the maximum normal strain(MNSN)ahead of the crack tip,and then use the effective crack to calculate the fracture toughness.We emphasize that the non-singular stress/strain terms should be considered in the description of the MNSN.In this way,the FPZ,non-singular terms and the biaxial stress state at the crack tip are simul-taneously considered.The principle of the model is explicit and easy to apply.To verify the proposed model,laboratory experiments were performed on a rock material using six groups of specimens.The model predicted the specimen geometry dependence of the measured fracture toughness well.More-over,the potential of the model in analyzing the size effect of apparent fracture toughness was discussed and validated through experimental data reported in the literature.The model was demonstrated su-perior to some commonly used fracture models and is an excellent tool for the safety assessment of cracked rock structures. 展开更多
关键词 Brittle fracture model fracture toughness Maximum normal strain(MNSN) fracture process zone(FPZ) Size effect
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基于DIC及CPG技术的热冷循环后花岗岩Ⅰ型断裂特性
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作者 吴秋红 夏宇浩 +3 位作者 赵延林 翁磊 王世鸣 冯淦 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期3102-3117,共16页
深部储层岩石的热力学特性,尤其是循环热冷作用下损伤破坏特性,对于增强型地热系统井壁稳定性分析及地热开采效率评估具有重要意义。针对中心直裂纹半圆盘(NSCB)花岗岩试样,首先进行不同热冷循环处理(加热温度400℃,最高循环次数13次),... 深部储层岩石的热力学特性,尤其是循环热冷作用下损伤破坏特性,对于增强型地热系统井壁稳定性分析及地热开采效率评估具有重要意义。针对中心直裂纹半圆盘(NSCB)花岗岩试样,首先进行不同热冷循环处理(加热温度400℃,最高循环次数13次),然后开展3点弯Ⅰ型断裂韧度特性试验。基于裂纹扩展计(CPG)和数字图像相关(DIC)测试技术,研究了热冷循环作用下花岗岩Ⅰ型断裂韧度、断裂过程区(FPZ)、裂纹扩展速率及断裂轮廓特征的影响规律。试验结果表明:当热冷循环次数达到10次以上,花岗岩试样脆性明显减弱,而峰前软化特性和峰后延性增强;花岗岩的断裂过程区由裂缝尖端开始逐步孕育,断裂过程区长度随荷载增大呈先增大后减小的趋势,Ⅰ型断裂韧度、最大断裂过程区长度及裂纹平均扩展速度随热冷循环次数增大而指数减小,Ⅰ型断裂面随热冷循环次数增大越来越不平整。最后,基于X-ray衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等微观测试技术,研究了热冷循环作用对花岗岩矿物成分及微观结构的影响规律,结果表明花岗岩4种矿物成分的峰值衍射强度及矿物质量分数均随热冷循环次数增大而降低,而微裂纹大小及数量随热冷循环次数增大而增大。热冷循环作用下花岗岩的损伤劣化机理包含了多次高温热损伤、水冷冲击及水弱化等3方面的联合作用结果。 展开更多
关键词 热冷循环 断裂韧度 断裂过程区 裂纹扩展速度 裂纹扩展计(CPG)技术 数字图像相关(DIC)技术
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基于内聚力模型的再生沥青混合料低温断裂性能研究
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作者 吴昊 宋卫民 邓子成 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期473-484,共12页
内聚力模型(CZM)在沥青混凝土开裂研究中得到了广泛应用,但采用内聚力模型对再生沥青混凝土断裂的研究还很少。本文采用随机算法和坐标控制法建立包含旧集料和新集料的再生沥青混合料半圆弯拉模型,将模型分为集料同分布模型和集料随机... 内聚力模型(CZM)在沥青混凝土开裂研究中得到了广泛应用,但采用内聚力模型对再生沥青混凝土断裂的研究还很少。本文采用随机算法和坐标控制法建立包含旧集料和新集料的再生沥青混合料半圆弯拉模型,将模型分为集料同分布模型和集料随机分布模型两类。研究-10℃时不同RAP掺量(0、25%、50%、75%、100%,质量分数)对再生沥青混合料SCB试件应力强度因子K_(IC)、断裂能G_(F)和抗裂指数I_(CR)的影响。研究结果表明:无RAP掺入的SCB试件具有较好的断裂性能;随着RAP掺量增大,应力强度因子K_(IC)、断裂能G_(F)和抗裂指数I_(CR)均减小,表明RAP的掺入会削弱沥青混合料的低温断裂性能;采用有限元模型得到的断裂参数与室内试验结果一致;相比于集料同分布模型,集料随机分布模型各评价指标的变异性系数整体更大,表明集料分布状态对开裂结果有一定影响;当计算样本足够多时,这两类模型获得的抗裂参数变化规律一致,可有效评价再生沥青混合料断裂性能。 展开更多
关键词 再生沥青混合料 应力强度因子 断裂能 抗裂指数 内聚力模型
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含内聚裂纹弹性体的能量释放率与断裂能
5
作者 安蕊梅 侯永康 +1 位作者 李云峰 段树金 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第3期295-302,共8页
根据内聚裂纹模型,含裂纹的弹性体在裂纹尖端附近存在一内聚区,内聚区断裂参数表达是其核心研究内容.该文假定弹性平板直线裂纹尖端存在一带状内聚区,并由一条虚拟线裂纹代替,其张开位移与内聚力存在确定的非线性函数关系.以Ⅰ型边裂纹... 根据内聚裂纹模型,含裂纹的弹性体在裂纹尖端附近存在一内聚区,内聚区断裂参数表达是其核心研究内容.该文假定弹性平板直线裂纹尖端存在一带状内聚区,并由一条虚拟线裂纹代替,其张开位移与内聚力存在确定的非线性函数关系.以Ⅰ型边裂纹为例,导出了满足虚拟裂纹条件的解析解;在此基础上给出了物理裂纹尖端扩展的能量释放率Ga、内聚裂纹尖端扩展的能量释放率Gb的计算公式;讨论了Gb,J积分和断裂能GF之间的关系;从理论上证明了临界能量释放率Gbc就是断裂能GF,Gbc可以作为含内聚区材料裂纹失稳扩展的断裂参数.提出的方法适用于所有含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型内聚裂纹的弹性体. 展开更多
关键词 内聚区 虚拟裂纹 能量释放率 J积分 断裂能
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破裂过程模拟的可变形圆化多边形离散单元法
6
作者 徐洋 赵兰浩 +1 位作者 邵琳玉 毛佳 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1121-1130,共10页
为研究工程中岩体内部裂纹的萌生、拓展和贯通机制,模拟其破裂时接触碰撞的全过程,提出可变形圆化多边形离散单元法。该方法将有限单元法与圆化多边形离散单元法进行耦合,采用圆化多边形离散单元法计算非连续岩体间的相互接触作用,连续... 为研究工程中岩体内部裂纹的萌生、拓展和贯通机制,模拟其破裂时接触碰撞的全过程,提出可变形圆化多边形离散单元法。该方法将有限单元法与圆化多边形离散单元法进行耦合,采用圆化多边形离散单元法计算非连续岩体间的相互接触作用,连续体内部的应力应变状态则通过有限单元法进行分析。为准确模拟裂纹演化过程,在有限单元间插入节理单元,采用虚拟裂缝模型和具有拉伸截断的摩尔-库仑准则描述节理单元在拉伸、剪切等不同破坏模式下的力学状态。最后模拟巴西圆盘开裂、单切口弯梁开裂及块体冲击破坏试验。研究结果表明:所提出方法能准确模拟岩体从连续体变化为非连续体的破裂过程。 展开更多
关键词 岩体破裂 圆化多边形离散单元法 节理单元 虚拟裂缝模型
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基于内聚力模型的糙米力学特性分析
7
作者 罗洋 杨柳 +2 位作者 范雨超 肖轩 宋少云 《武汉轻工大学学报》 CAS 2023年第1期50-56,共7页
为了降低大米加工过程中的碎米率,需要对大米的损伤机理进行研究。通过径向压缩试验获取了糙米的抗拉强度和弹性模量,进一步分析了糙米在径向压缩准静态实验下米粒裂纹的形成、演化与破碎机理。基于Abaqus内聚力模型建立了糙米的损伤有... 为了降低大米加工过程中的碎米率,需要对大米的损伤机理进行研究。通过径向压缩试验获取了糙米的抗拉强度和弹性模量,进一步分析了糙米在径向压缩准静态实验下米粒裂纹的形成、演化与破碎机理。基于Abaqus内聚力模型建立了糙米的损伤有限元模型,并通过压缩试验台对仿真结果进行了验证。结果表明,糙米的断裂损伤符合最大拉应力失效理论,径向压缩实验获得的抗拉强度和弹性模量在研究糙米损伤模型中的适用程度较高,内聚力模型在研究糙米损伤方面具有良好的适用性,为后续通过有限元研究碾白、抛光等加工过程中的破碎机理提供了参考。 展开更多
关键词 糙米 断裂损伤 有限元 内聚力模型 裂纹
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基于虚拟裂缝模型的混凝土等效断裂韧度 被引量:23
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作者 吴智敏 王金来 +1 位作者 徐世烺 刘毅 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2000年第1期99-104,共6页
本文采用虚拟裂缝模型,将临界裂缝尖端张开位移CTODc作为控制参数,利用三点弯曲梁试件通过迭代求得了混凝土裂缝亚临界扩展量的临界值△ac,据此求得了混凝土起裂断裂韧度KiniIc、等效断裂韧度KunIc值。计算结果表... 本文采用虚拟裂缝模型,将临界裂缝尖端张开位移CTODc作为控制参数,利用三点弯曲梁试件通过迭代求得了混凝土裂缝亚临界扩展量的临界值△ac,据此求得了混凝土起裂断裂韧度KiniIc、等效断裂韧度KunIc值。计算结果表明,随着试件尺寸的增大,△ac增大,但KiniIc、KunIc值却是与试件尺寸无关的断裂参数。这表明线弹性断裂韧度准则可应用于混凝土结构的裂缝评定。 展开更多
关键词 混凝土 裂缝 断裂韧度 虚拟裂缝模型
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试件初始缝长对混凝土双K断裂参数的影响 被引量:24
9
作者 吴智敏 徐世烺 +1 位作者 卢喜经 刘毅 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第4期35-39,共5页
本文采用尺寸为 40 0mm× 40 0mm× 2 0 0mm ,初始缝高比分别为 0 2、 0 4、 0 5、 0 6的楔入劈拉试件 ,应用线性渐近叠加原理 ,利用试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc 计算了混凝土裂缝的亚临界扩展量... 本文采用尺寸为 40 0mm× 40 0mm× 2 0 0mm ,初始缝高比分别为 0 2、 0 4、 0 5、 0 6的楔入劈拉试件 ,应用线性渐近叠加原理 ,利用试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc 计算了混凝土裂缝的亚临界扩展量Δac,在此基础上利用虚拟裂缝模型并结合线弹性断裂理论 ,采用不同的闭合力方程计算了混凝土起裂断裂韧度KiniIc、失稳断裂韧度KunIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc.结果表明 ,采用不同闭合力方程所计算的混凝土KiniIc值有所差异 ,但当试件缝高比大于或等于 0 4时KiniIc及CTODc 均与试件初始缝高比无关 ,而KunIc值则与初始缝高比无关 ,这表明双K断裂参数及CTODc 可以作为描述混凝土裂缝起裂、稳定扩展及失稳破坏全过程的材料常数 . 展开更多
关键词 混凝土结构 断裂 断裂参数 虚拟裂缝模型
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大体积混凝土等效裂纹断裂模型研究 被引量:24
10
作者 黄达海 宋玉普 吴智敏 《计算力学学报》 CAS CSCD 2000年第3期293-300,共8页
根据大比尺混凝土紧凑拉伸与楔入劈拉试验成果 ,将裂纹在稳定扩展中断裂过程区应力分布与相应的变形 (张开度ω )联系起来 ,通过“归一化”处理 ,得到了大体积混凝土断裂过程区长度的解析表达式 ,建立了大体积混凝土 型断裂破坏的等效... 根据大比尺混凝土紧凑拉伸与楔入劈拉试验成果 ,将裂纹在稳定扩展中断裂过程区应力分布与相应的变形 (张开度ω )联系起来 ,通过“归一化”处理 ,得到了大体积混凝土断裂过程区长度的解析表达式 ,建立了大体积混凝土 型断裂破坏的等效裂纹断裂模型。 展开更多
关键词 断裂过程区 等效裂纹断裂模型 大体积混凝土
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混凝土黏聚开裂模型若干进展 被引量:7
11
作者 陈瑛 姜弘道 +1 位作者 乔丕忠 冯新权 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2005年第3期377-390,共14页
黏聚模型是用来描述混凝土断裂行为的基本模型,首先介绍了混凝土的黏聚开裂模型的基本概念,总结了确定黏聚区的本构方程的各种方法,即直接单轴拉伸测试、J积分方法、R曲线法、柔度法和逆推法.然后介绍了黏聚模型在Ⅰ型和复合型裂纹问题... 黏聚模型是用来描述混凝土断裂行为的基本模型,首先介绍了混凝土的黏聚开裂模型的基本概念,总结了确定黏聚区的本构方程的各种方法,即直接单轴拉伸测试、J积分方法、R曲线法、柔度法和逆推法.然后介绍了黏聚模型在Ⅰ型和复合型裂纹问题、疲劳断裂问题中的应用以及黏聚模型与混凝土尺寸效应的关系.最后对黏聚开裂模型与桥联模型、带状裂缝模型进行了比较和总结,指出了该模型存在的问题,并对其以后的发展方向提出了建议. 展开更多
关键词 混凝土 黏聚裂纹 尺寸效应 断裂 疲劳 断裂过程区 裂缝模型 开裂 断裂行为 本构方程
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混凝土等效断裂韧度的解析方法及其尺寸效应 被引量:23
12
作者 吴智敏 杨树桐 郑建军 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第7期795-800,共6页
基于虚拟裂缝模型,提出一种计算混凝土三点弯曲梁等效断裂韧度的解析方法。应用该方法计算了梁的最大荷载和临界等效裂缝长度,进而求得等效断裂韧度。在此基础上,进一步研究了等效断裂韧度和裂缝亚临界扩展量的尺寸效应。结果发现,随梁... 基于虚拟裂缝模型,提出一种计算混凝土三点弯曲梁等效断裂韧度的解析方法。应用该方法计算了梁的最大荷载和临界等效裂缝长度,进而求得等效断裂韧度。在此基础上,进一步研究了等效断裂韧度和裂缝亚临界扩展量的尺寸效应。结果发现,随梁高的增加,等效断裂韧度与裂缝亚临界扩展量均增加;随初始缝高比的增加,等效断裂韧度与裂缝亚临界扩展量增加至最大值,随后不断降低。该现象从另一角度验证了边界效应理论。 展开更多
关键词 混凝土 等效断裂韧度 裂缝亚临界扩展量 虚拟裂缝模型 尺寸效应 边界效应
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基于虚拟裂缝模型的混凝土双K断裂参数 被引量:39
13
作者 吴智敏 王金来 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第7期12-16,共5页
本文将虚拟裂缝模型与线弹性断裂力学相结合,利用楔入劈拉试件在实验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc,求得了混凝土裂缝亚临界扩展量Δac的解析解,据此计算了最大尺寸为700×700×200... 本文将虚拟裂缝模型与线弹性断裂力学相结合,利用楔入劈拉试件在实验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc,求得了混凝土裂缝亚临界扩展量Δac的解析解,据此计算了最大尺寸为700×700×200mm的楔入劈拉混凝土试件的起裂断裂韧度KiniIc、失稳断裂韧度KunIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc,并与试验结果进行了比较.研究结果表明,当试件高度h>400mm时,KiniIc、KunIc、CTODc是一个与试件高度无关的断裂参数. 展开更多
关键词 混凝土 断裂参数 临界裂缝 虚拟裂缝模型
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混凝土结构裂缝扩展的双G准则 被引量:32
14
作者 赵艳华 徐世烺 吴智敏 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第10期13-18,51,91,共8页
断裂力学基本上有两种分析裂缝稳定性的方法 :应力强度因子法和能量法。在混凝土断裂性能的描述上两者应该是等效的。针对目前大多数混凝土断裂模型以应力强度因子型的断裂韧度作为判定准则 ,本文尝试从能量的角度出发 ,结合线弹性断裂... 断裂力学基本上有两种分析裂缝稳定性的方法 :应力强度因子法和能量法。在混凝土断裂性能的描述上两者应该是等效的。针对目前大多数混凝土断裂模型以应力强度因子型的断裂韧度作为判定准则 ,本文尝试从能量的角度出发 ,结合线弹性断裂力学和虚拟裂缝区上的黏聚力分布 ,以能量释放率G作为断裂性能判定参数 ,建立了混凝土结构裂缝扩展的双G准则。与双K断裂参数相对应 ,双G准则引入了两个重要的裂缝扩展判定参量 :起裂断裂韧度GiniIc 和失稳断裂韧度GunIc 。其中 ,起裂断裂韧度GiniIc 对应于起裂荷载Pini和初始裂缝长度a0 ;失稳断裂韧度GunIc 对应于极值荷载Pmax和临界有效裂缝长度ac。根据线性渐进叠加假定 ,可以把 (Pini,a0 )和(Pmax,ac)代入线弹性断裂力学相对应的公式直接求得GiniIc 和GunIc 。考虑到起裂荷载Pini的不易确定性 ,本文引入黏聚力分布引起的能量损耗GcIc,通过三者GiniIc 、GunIc 和GcIc的关系 ,给出了起裂断裂韧度GiniIc 和失稳断裂韧度GunIc的适用计算公式 ,并通过三点弯曲梁实验得到了验证。 展开更多
关键词 断裂力学 混凝土 双K准则 应力强度因子 能量释放率 黏聚力 三点弯曲梁 虚拟裂缝区
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活性粉末混凝土断裂性能的试验研究 被引量:16
15
作者 姚志雄 周健 周瑞忠 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 2006年第6期654-659,共6页
采用虚拟裂缝模型结合线弹性断裂力学,分析了掺与不掺纤维活性粉末混凝土(RPC)的断裂特性.结果显示,RPC中掺入钢纤维后,其裂缝的扩展受到限制,而断裂韧度、裂缝尖端亚临界扩展量和裂缝尖端张开位移(CTODc)大大提高,韧性得到显著改善.另... 采用虚拟裂缝模型结合线弹性断裂力学,分析了掺与不掺纤维活性粉末混凝土(RPC)的断裂特性.结果显示,RPC中掺入钢纤维后,其裂缝的扩展受到限制,而断裂韧度、裂缝尖端亚临界扩展量和裂缝尖端张开位移(CTODc)大大提高,韧性得到显著改善.另外还给出了掺与不掺纤维RPC各断裂参数随纤维掺量的变化规律,分析了其断裂破坏的机理. 展开更多
关键词 纤维增强 断裂韧度 虚拟裂缝模型 裂缝尖端亚临界扩展量 纤维掺量
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基于DIC方法的地聚合物混凝土断裂过程分析 被引量:10
16
作者 谢子令 周华飞 +1 位作者 杨克家 孙林柱 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期982-987,共6页
为了量化研究地聚合物混凝土断裂过程参数的演化过程,采用数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法及夹持引伸计法对含初始缺口粉煤灰基地聚合物混凝土试样在三点弯曲加载过程中的裂缝口张开位移(CMOD)、裂尖张开位移(CTOD)及... 为了量化研究地聚合物混凝土断裂过程参数的演化过程,采用数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法及夹持引伸计法对含初始缺口粉煤灰基地聚合物混凝土试样在三点弯曲加载过程中的裂缝口张开位移(CMOD)、裂尖张开位移(CTOD)及裂缝扩展长度进行测试与计算分析.结果表明:DIC测试的裂缝口张开位移与夹持引伸计测试值吻合较好,试样经历了起裂、裂缝的稳态和亚稳态扩展及失稳破坏阶段;基于DIC测试的裂尖张开位移与基于弹性等效的理论计算吻合较好,但基于DIC裂缝扩展长度的测试值与弹性等效裂缝扩展长度的计算值之间存在较大偏差,导致这一差别的主要原因是由于地聚合物混凝土与水泥混凝土一样存在断裂过程区. 展开更多
关键词 地聚合物混凝土 数字图像相关方法 断裂过程区 裂缝扩展
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单轴拉伸作用下层状岩石表面裂纹的形成模式及其机制研究 被引量:12
17
作者 包春燕 唐春安 +2 位作者 唐世斌 蔡明 于群 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期474-482,共9页
层状岩石的表面裂纹发端于表面自由边界,而后向着层与层之间的交界面扩展,最后止于交界面或沿着交界面继续扩展。为更深入地理解这一表面裂纹扩展现象的机制,采用数值模拟方法,再现微裂纹从萌生、扩展、贯通、成核、填充到饱和的全过程... 层状岩石的表面裂纹发端于表面自由边界,而后向着层与层之间的交界面扩展,最后止于交界面或沿着交界面继续扩展。为更深入地理解这一表面裂纹扩展现象的机制,采用数值模拟方法,再现微裂纹从萌生、扩展、贯通、成核、填充到饱和的全过程,以及层间剥离现象。首先以表面预制裂纹的模型为例,对其进行单轴拉伸加载,发现不同预制裂纹间距的情况下两裂纹间的应力分布不同,这将直接影响到新裂纹的产生模式,即裂纹是插入到表层(与已有裂纹平行),还是不再有新裂纹插入(裂纹饱和),而是产生层间剥离,或已有裂纹向下扩展,导致模型破坏。其次,对比分析模型均质和非均质情况下不同裂纹间距时的应力分布,结果表明非均质材料情况下产生相同间距的裂纹所需的荷载较均质材料情况下更小,裂纹饱和对应的裂纹间距与层厚比值的临界值基本一致。最后,提取等间距裂纹形成过程中若干具有代表性的截面应力,通过分析其应力转化机制,解释裂纹饱和现象的力学机制。数值计算得到的应变与裂纹间距之间的关系拟合结果良好。研究结果还表明:产生层间开裂的裂纹间距比没有层间开裂的裂纹间距大。通过对层间的应力传递过程随着裂纹间距变化规律的探讨,研究此过程的应力传递模式。 展开更多
关键词 岩石力学 表面裂纹 材料非均质 裂纹扩展过程 数值模拟 层状材料
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钢纤维混凝土的增强机理与断裂力学模型研究 被引量:18
18
作者 罗章 李夕兵 凌同华 《矿业研究与开发》 CAS 2003年第4期18-22,共5页
钢纤维因其能为基体裂纹提供桥联而经常被用于增强水泥基材料。为了更好地了解钢纤维混凝土这类复合材料的断裂行为,重点讨论了钢纤维混凝土的增强机理以及裂纹尖端微裂区的力学行为。在一系列理论分析与实验观察的基础上,提出了一个新... 钢纤维因其能为基体裂纹提供桥联而经常被用于增强水泥基材料。为了更好地了解钢纤维混凝土这类复合材料的断裂行为,重点讨论了钢纤维混凝土的增强机理以及裂纹尖端微裂区的力学行为。在一系列理论分析与实验观察的基础上,提出了一个新的钢纤维混凝土材料断裂力学模型,给出了一些有工程实用价值的结论。 展开更多
关键词 钢纤维混凝土 弹性模量 断裂 裂纹 微裂区 力学模型
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活性粉末混凝土为基底材料的断裂和疲劳试验研究 被引量:11
19
作者 周瑞忠 姚志雄 石成恩 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期40-44,共5页
采用虚拟裂缝模型结合线弹性断裂力学的方法,分析了RPC(活性粉末混凝土)及纤维增强RPC的断裂特性;结果显示,RPC中掺入钢纤维后,裂缝的扩展受到限制,材料的断裂韧度、裂缝亚临界扩展量大大提高,材料韧性显著得到改善。用Instron电液伺服... 采用虚拟裂缝模型结合线弹性断裂力学的方法,分析了RPC(活性粉末混凝土)及纤维增强RPC的断裂特性;结果显示,RPC中掺入钢纤维后,裂缝的扩展受到限制,材料的断裂韧度、裂缝亚临界扩展量大大提高,材料韧性显著得到改善。用Instron电液伺服式疲劳试验机对试件施加循环荷载测其疲劳寿命,分析知疲劳寿命满足威布尔概率分布。本文给出107个试件的各种断裂参数随纤维掺量的变化规律,分析其破坏的机理。 展开更多
关键词 水工材料 纤维增强 断裂韧度 虚拟裂缝模型 纤维掺量 疲劳寿命 循环荷载 活性粉末混凝土
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混凝土断裂韧度及临界裂缝尖端张开位移——基于虚拟裂缝模型的分析 被引量:10
20
作者 吴智敏 徐世烺 王金来 《三峡大学学报(自然科学版)》 CAS 2002年第1期29-34,共6页
将虚拟裂缝模型与线弹性断裂力学相结合 ,利用楔入劈拉试件在实验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc,求得了混凝土裂缝亚临界扩展量Δac 的解析解 ,据此计算了最大尺寸为 12 0 0mm× 12 0 0mm× 2 0 0mm的楔入... 将虚拟裂缝模型与线弹性断裂力学相结合 ,利用楔入劈拉试件在实验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc,求得了混凝土裂缝亚临界扩展量Δac 的解析解 ,据此计算了最大尺寸为 12 0 0mm× 12 0 0mm× 2 0 0mm的楔入劈拉混凝土试件的起裂断裂韧度KsIc、失稳断裂韧度KeIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc 研究结果表明 ,随着试件尺寸的增加 ,Δac 增大 ,但其增长幅度明显减小 ;而KsIc、KeIc、CTODc 却是与试件尺寸无关的断裂参数 因此 ,双K断裂准则可很好地描述混凝土裂缝的起裂。 展开更多
关键词 混凝土 断裂韧度 虚拟裂缝模型
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