冻融与荷载耦合作用下岩石损伤模型的研究

针对寒区工程结构的冻融受荷岩石,提出冻融损伤、受荷损伤与总损伤的概念,拓展损伤变量的内涵;以岩石的初始损伤状态为基准状态,充分考虑岩石细观结构的非均匀性,运用损伤力学理论及推广后的应变等价原理,建立冻融受荷岩石损伤模型;通过损伤变量及本构方程来描述岩石材料细观结构的损伤演化及其宏观损伤行为,与岩石实际冻融破坏情况符合较好。研究结果表明:寒区工程结构的受荷岩石,其力学性能由冻融因子、荷载因子及其耦合效应所决定;冻融与荷载的共同作用使岩石总损伤加剧,并表现出明显的非线性特征,而其耦合效应使总损伤有所弱化;岩石的岩性和初始损伤状态确定各影响因素的权重,表现出不同的损伤扩展特性;相比而言,砂岩对冻融循环更敏感,而受荷损伤最终导致页岩破坏。

考虑荷载作用的沥青混合料冻融损伤特性研究

针对寒区道路工程中的沥青路面冻融受荷损伤问题,借助细观损伤力学和宏观统计随机损伤模型,建立了冻融与荷载耦合作用下的沥青混合料损伤本构关系和损伤演化方程;探讨了冻融循环次数、应变和油石比影响下的沥青混合料冻融受荷损伤劣化机理。研究表明:冻融循环疲劳损伤累积和荷载作用于带有微缺陷粗集料界面附近产生的应力集中加剧了沥青混合料总损伤劣化程度。冻融循环20次之后,损伤度变化不大,基本趋于恒定;相同损伤程度时,应变值随冻融次数的增加而减小。油石比对总损伤影响显著,当油石比相对较小时,以冻融破坏为主;当油石比较大时,以受荷破损为主。研究成果可为寒区沥青路面抗冻设计、性能评价及养护维修时机选择提供参考。

冻融荷载耦合作用下岩石损伤力学特性

以寒区岩体工程为背景,针对冻融受荷岩石,从细观力学机理出发,运用宏观唯象损伤力学和非平衡统计的概念和方法,得到了以冻融循环次数和应变为损伤演化控制变量的损伤演化方程;应用推广后的应变等价原理,建立了较为真实的岩石冻融受荷损伤扩展本构关系;探讨了岩石材料细观结构损伤及其诱发的材料力学性能演化途径。研究表明:岩石的冻融损伤是一个疲劳损伤破坏过程;冻融与荷载的双重作用对岩石损伤的影响表现出明显的非线性特征,其耦合效应使总损伤有所弱化;岩石的岩性、初始损伤状态确定冻融循环和应变对损伤扩展的影响特性。