不同应变率下砂岩动态强度准则的试验研究

分别利用RMT-150C和多功能分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统对砂岩进行了不同应变率下的单轴压缩、三轴压缩和拉伸试验。结果表明，在围压为0或围压-定的情况下，应变率低于10^2s^-1。时，抗压强度的增加与应变率的量级呈正比；在应变率高于10^2s^-1时，岩石的抗压强度增加趋势与应变率的l／3次方呈正比。拉伸强度也存在类似规律。针对10^1～10^2s^-1应变率范围内缺少岩石动态强度准则这-现状，根据上述试验规律，结合Mhr-Coulomb准则、Hock-Brown准则和Gfiffith准则的原理，给出了不同应变率范围内动态Mohr-coulomb准则和动态Hock-Brown准则的具体表达形式。研究结果表明，在低应变率情况下，动态Mohr-Coulomb准则和动态Hock-Brown准则均适用，但Griffith准则判别结果误差很大。在高应变率情况下，动态Mohr-coulomb准则比较适用，Griffith准则仅适用于评估高应变率单轴抗压强度和抗拉强度之间的关系。

混凝土双轴受压动态强度准则

针对混凝土在不同应变速率下的动态强度特性,在已有试验数据的基础上,提出了一种新的混凝土双轴受压动态强度准则,考虑了混凝土强度等级和侧压应力水平对应变速率效应的影响,通过拟合分析试验数据确定了模型中的有关参数,从而预测了混凝土双轴动态强度。对比分析结果表明,新的动态强度准则与试验数据吻合较好,可作为工程实际应用的参考。

基于Ottosen模型的混凝土多轴动态强度准则

由于混凝土材料的率敏感特性,不同应变率水平下混凝土结构的承载力、刚度具有不同的变化机理。在地震作用下,除了考虑混凝土结构承受的复杂应力之外,应变率也是分析混凝土动态强度变化规律不可忽略的因素,若依然使用单轴拉、压、剪强度理论对工程进行设计和计算,可能会对大型结构的建设和使用带来危险。基于Ottosen静态强度准则模型,结合大量不同强度等级混凝土多轴静、动强度试验结果,建立了一种考虑应变率效应和混凝土强度等级两个因素的混凝土多轴动态强度准则。分析表明该强度准则符合混凝土破坏曲面连续、光滑、外凸等要求,能较好地反映普通混凝土的多轴动态强度变化规律,而且只需要通过几个特征点就能得到,形式简单,便于实际工程应用。

基于非线性动态强度准则的岩石动态变形过程统计损伤模拟方法

岩石动态应变率对岩石动态变形过程具有极其重要的影响,因此,首先考虑岩石动态应变率对岩石强度的非线性影响特点,通过对现有岩石动态强度准则进行改进,建立反映应变率影响的非线性岩石动态强度准则,为岩石动态变形过程模拟方法研究奠定了坚实的基础;然后,采用本文非线性动态强度准则,在重点探讨考虑应变率影响的岩石微元强度度量方法基础上,引入统计损伤理论建立岩石动态统计损伤本构模型,并提出基于岩石动三轴试验曲线的模型参数确定方法,进而建立岩石动态变形过程模拟方法。它不仅能反映应力状态而且能反映应变率对岩石变形过程的影响;最后,通过与现有同类模型理论曲线以及相应试验曲线的比较分析,表明了提出模型与方法的合理性与优越性。

单裂隙岩石动态强度破坏准则的数值模拟

运用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件,对不同弹速冲击下单裂隙岩石的SHPB动态破坏进行了数值仿真模拟,通过对模拟数据的回归分析确定强度准则数学表达式中的待定系数,并探讨了加载平均应变率与待定系数的关系。结果表明:岩石力学中常用的几种强度准则,包括Mohr-Coulumb准则、Hoek-Brown准则、Griffith准则等并不适用于单裂隙岩石的冲击破坏,而Fairhurst准则具有较好的适用性;随着加载平均应变率的增大,Fairhurst准则中的2个待定系数均近似线性增长,据此构建了适用于单裂隙岩石的动态Fairhurst强度准则。基于计算机仿真模拟对单裂隙岩石的动态强度准则进行拟合分析的方法,为下一步更便捷、高效地得到岩石材料的强度破坏准则提供了新思路。

混凝土三轴动态强度准则

动态荷载作用下,混凝土材料存在着明显的率相关性,建立混凝土材料在动态荷载作用下的三轴动态强度准则具有重要的科学意义。本文在广义非线性强度理论的框架下,结合混凝土材料的非线性单轴、双轴动态强度特性,推导了广义非线性强度理论材料参数的率效应公式,从而得到了考虑率效应的混凝土材料的三轴动态强度准则。双轴情况下,所建立的动态强度准则与动态试验数据吻合较好;根据混凝土材料强度参数的率效应公式,探讨了混凝土材料的多轴非线性强度特性。

水泥砂浆材料的静动态应力应变关系研究

将欧洲规范(CEB—FIP1990)和我国GB50010—2002《混凝土结构设计规范》中建议的混凝土材料的应力应变关系用于描述水泥砂浆材料的静态变形特性,利用作者的试验结果分析模型参数的取值规律。研究表明,通过改变材料参数的取值,两规范建议的应力应变关系可较好地反映水泥砂浆材料的变形特性。在水泥砂浆材料应力应变关系的基础上,引入作者提出的单轴动态强度准则,得出单轴动态应力应变关系。通过文献中给出的水泥砂浆材料动态试验结果的验证,表明所提出的动态应力应变关系可较好地描述水泥砂浆材料单轴动态力学特性。