界面特性及骨料分布对混凝土破坏模式影响

过渡区界面(ITZ)是混凝土细观组分中的相对薄弱环节,对混凝土的宏观力学性能具有重大影响。基于混凝土随机骨料模型,采用扩展有限元法(XFEM),对单轴拉伸及弯拉条件下混凝土材料的细观破坏过程及机理进行数值模拟,研究界面特性及骨料空间分布形式对混凝土宏观力学性能及破坏模式的影响。数值结果表明:(1)不同界面强度使得混凝土具有不同的细观破坏模式,界面强度越高混凝土宏观强度越高;(2)骨料分布形式影响混凝土细观破坏模式,但对混凝土宏观弹性模量及强度的影响可忽略。

不同倾角充-岩组合体三轴压缩力学特性及破坏特征

为探究交界面倾角β对充填体与围岩组合体(充-岩组合体)三轴力学特性影响规律,开展β为0°、15°、30°、45°和60°的充-岩组合体三轴压缩试验,对比分析了不同交界面倾角组合体的力学特性、破坏特征与强度演化规律。试验结果表明:当β≤30°时,组合体的应力-应变曲线可划分为孔隙压密、弹性变形、塑性变形和破坏发展4个阶段,其破坏特征以充填体压剪破坏为主;随着交界面倾角增加,组合体在达到峰值强度后应力陡降,无明显塑性变形和破坏发展阶段,其破坏特征由充填体内部压剪破坏逐渐转变为沿交界面滑移破坏;组合体的峰值强度随着交界面倾角增加先增大后减小,β=30°时峰值强度达到极大值。基于单弱面理论得到组合体滑移破坏的交界面临界倾角为57°~68°,其中β=60°时组合体发生沿交界面滑移破坏,理论计算与试验结果相吻合。

SRM装药界面力学性能研究进展

从力学性能的实验测试方法、界面破坏过程数值模拟以及界面破坏理论3个方面,综述了SRM装药界面力学性能的研究进展:目前研究中的难点是动态加载条件下SRM装药界面力学性能的实验测试方法,可以借鉴针对复合固体推进剂的中高应变率的实验测试方法;低温条件下对SRM装药界面力学性能实验开展极少,可以借鉴针对其他非金属材料粘接试件的低温力学实验研究方法;装药界面数值模拟研究与实际需求还存在较大的差距,将成为今后研究的重点;当前急需一种高效且准确的模型参数获取方法,可以基于内聚力模型做进一步扩展。

CFRP加固梁力学性能试验研究及有限元分析

加固技术包括增大截面法、粘贴钢板法、体外预应力及粘贴CFRP加固法等,其中CFRP加固技术拥有最为广泛的应用,其在加固领域占有重要地位。CFRP加固研究较多的方面包括:抗弯加固、抗剪加固及抗震加固等,加固主要采用粘贴加固、嵌固及预应力加固等方式。通过3组对比试验研究了加固梁的受力性能、变形性能及破坏过程,试验结果表明CFRP加固梁的承载力大幅提高,变形性能成倍增加。通过有限元数值模拟分析了CFRP加固梁的受力破坏过程,并与试验结果作了对比。

纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能研究

采用模压工艺制备了连续纤维增强聚丙烯复合材料与短纤维增强聚丙烯复合材料的层合材料,测试了含不同连续纤维层比例的层合材料力学性能,分析了其失效机理。结果表明,连续纤维层可以显著提高层合材料的强度,层合材料的强度随连续纤维层的增加而提高。连续纤维层与短纤维层的界面在拉伸测试中保持完好,可以有效传递应力,20%连续纤维层的层合材料拉伸失效以撕裂为主。层合材料在弯曲过程中尽管部分连续纤维断裂,但连续纤维层有效抑制了材料截面的穿透性裂纹扩展,阻止了材料的宏观断裂。连续纤维层与短纤维层的强度差异导致层合材料在冲击过程中扭转,层间界面在扭转剪切作用下分层失效。

不同围压下锚杆–土体界面剪切特性影响因素的试验研究

为研究土层锚杆锚–土界面力学特性,对锚杆进行室内试验,以预制锚杆和现浇锚杆为研究对象,研究围压、含水率及土体强度对锚杆锚固体–土界面力学特性的影响,同时对两种锚杆的剪切性能进行对比研究,并建立锚杆锚固体–土界面剪应力–剪切位移全过程关系模型。结果表明:围压越高,锚杆剪应力越大,其极限抗拔力越大;锚杆的极限抗拔力随含水率的增大呈先增大后减少的趋势,当土体含水率接近其最优含水率时,锚杆的锚固性能相对较好;土体强度越高,锚杆极限抗拔力越大;现浇锚杆极限抗拔力大于预制锚杆,并随着围压的增大,两种锚杆的极限抗拔力之差越大;两种锚杆破坏形式一致;提出的锚固体–土界面应力–应变关系拟合曲线与试验实测曲线吻合较好。

锚杆杆体–砂浆界面剪切力学特性试验研究

为研究锚杆杆体–砂浆界面力学特性及其破坏模式,进行简化的锚杆杆体–砂浆界面直剪试验,分析法向应力与横肋间距对界面力学特性及破坏模式的影响,阐述界面剪切滑移与剪胀特性,并对界面剪切强度与破坏模式进行分析与解释。试验结果表明:剪切滑移曲线和剪胀曲线均具有明显的阶段特征,界面剪切破坏为典型的脆性破坏,随着横肋间距增大,脆性程度有所减弱;界面破坏模式可划分为剪胀滑移破坏、切齿破坏及复合破坏模式三种,随着法向应力增大,界面破坏逐渐由剪胀滑移破坏向切齿破坏过渡,且剪胀位移明显减小;随着横肋间距增大,更容易出现剪胀滑移破坏,且剪胀位移明显增大;剪胀起始点对应的剪切应力约为0.5τmax。试验结果能够为进一步研究砂浆锚固系统的破坏准则和力学模型,揭示其破坏机制奠定基础。

充填体包裹岩石组合强度与破坏机理研究

充填体与岩石的组合力学特性及破坏机理是深部充填法开采中的重要研究方向,对于保障地下采场安全、维护地下采场结构的永久稳固至关重要.文章针对充填体包裹岩石(BR)这一组合结构试件开展了单轴、三轴力学试验研究,分析了应力-应变曲线、峰值强度、破裂模式和等效力学特性,探索了体积分数及围压对组合结构承压特性及破坏机制的影响.结果表明:充填体能够抑制尺寸效应对岩石破裂模式产生的影响;BR试件的三轴全应力-应变曲线呈现出多峰值、阶梯式下降现象,兼具脆性和延性破坏特征;随着围压的增加,BR试件破裂模式以剪切破坏为主,趋于集中在上端部;结构面抑制了BR试件的侧向形变.基于试验结果和连续介质理论,从力学角度分析了BR组合结构的三向受力机理,构建了组合破坏强度模型.研究结论对于补充充填体与岩石相互作用理论研究和优化地下充填采场结构稳定性控制具有重要的科学意义.