基于微观试验的云母石英片岩蠕变损伤变量研究

通过三轴蠕变试验,获得云母石英片岩的三轴蠕变特性。采用电子显微镜、偏光显微镜对云母石英片岩三轴蠕变的未受力阶段、即将出现加速蠕变阶段和破坏阶段的径向、轴向切片进行观测,得到云母石英片岩三轴蠕变过程的微观结构变化。将微观结构变化产生的效应归结为损伤变量和空隙率的变化,应用统计损伤理论和简化力学模型,分别建立损伤变量、空隙率和宏观应力、应变的关系,推导出蠕变损伤变量。分析蠕变损伤变量在云母石英片岩蠕变全过程曲线中的变化规律,研究蠕变损伤变量与各蠕变阶段微结构变化的对应关系,从蠕变损伤的角度对蠕变破坏进行解释,并根据蠕变全过程曲线对蠕变损伤变量进行简化分解,以便于应用。

拉伸载荷下准脆性材料微裂纹损伤宏细观损伤变量关系初探

给出一种建立拉伸载荷下准脆性材料微裂纹损伤宏细观损伤变量关系的方法,用于发展连续损伤力学和细观损伤力学思想相结合的损伤力学模型。通过假设宏观损伤分析和细观损伤分析所得到的有效模量等价得到宏细观损伤变量的联系,将宏观损伤变量赋予与细观损伤机制相关的物理意义,并以单轴拉伸为例表明这种分析方法的可行性。

压缩载荷下准脆性材料宏细观损伤变量研究

在连续损伤力学的基本框架内构建损伤力学模型,而对损伤变量的定义及其演化方程的描述则充分借鉴细观损伤力学的研究成果,就可以建立一个宏细观相结合的损伤模型。对于压缩载荷下准脆性材料损伤,通过假设宏观损伤分析和细观损伤分析所得到的有效弹性张量等价,可以求得宏观损伤变量与细观损伤机制相关的表达及其损伤演化方程,进而可以建立宏细观相结合的损伤模型,并以单轴压缩为例表明这种分析方法是可行的。

一种新的弹塑性损伤变量及其应用

提出塑性损伤变量的定义，它由反映微空隙群的材料相对体积膨胀来表征．从理论上导出了塑性损伤变量Ｄｐ 与经典连续损伤力学中弹性损伤变量Ｄｅ＝ １－ Ｅ／Ｅ 之间的关系．根据此关系。

循环冲击下波阻抗定义岩石损伤变量的研究

在动静组合加载试验系统上,对有轴向预应力的岩石进行循环冲击时无法测量其声波波速,以致于不能用声波波速值的变化研究此过程中岩石的损伤演变特性,为此提出了基于岩石波阻抗定义其损伤变量的方法。在理论上证明裂隙岩石的密度和纵波波速间具有良好的正向相关性,在同一损伤过程中,岩石的波阻抗与其纵波波速的相对变化量接近,根据密度和纵波波速都能反映岩石损伤的现实,得出基于岩石波阻抗定义岩石损伤的方法是可行的结论,并给出其定义损伤变量的表达式。根据一维应力波理论,推导出由入射波和反射波或透射波求解波阻抗的表达式。对利用霍布金森压杆装置进行试验时应力波在岩石试件两界面间多次透反射的过程进行了分析,在此基础上,确定了由试验数据计算循环冲击过程中岩石波阻抗的方法。对岩石试件进行了无初始应力的循环冲击试验,测量了岩石在每次冲击后的纵波波速,得出了基于波阻抗和纵波波速定义的损伤变量具有相同的变化趋势的结论,并分析了二者之间有差别的原因。研究结果表明,在入射能大小接近的循环冲击过程中,利用波阻抗定义岩石损伤变量的方法是可行的。

岩石损伤变量及本构方程的新探讨

提出了基准损伤、负损伤、正损伤的概念,基于岩石损伤的CT试验结果,拓展了基于CT数损伤变量的内涵,推广了应变等价原理并给出单轴压缩状态下的损伤本构方程及其算例,最后把所提出的损伤本构方程和一些传统的损伤本构方程进行了分析比较。

化学腐蚀下砂岩三轴细观损伤机理及损伤变量分析

利用 CT 识别技术对化学腐蚀下的砂岩进行了三轴加载全过程的即时扫描试验,得到了在不同级荷载作用下砂岩的压密、微裂纹萌生、扩展和破裂的 CT 图像和 CT 数,分析了砂岩损伤演化的细观机理。同时,建立了一个基于化学腐蚀影响和 CT 数的损伤变量模型。

膨胀土损伤变量不同表征方法评价的试验研究

裂隙性是膨胀土的重要结构特征,裂隙损伤对膨胀土的变形、强度和稳定性有重要影响。岩土体损伤演化理论是当前研究的前沿课题,选择合理的损伤变量决定着损伤模型的正确性。为评价几种损伤变量表征方法的合理性,以南水北调中线工程陶岔引水渠坡的膨胀土为试验研究对象,通过控制净围压和吸力分别为100、50 k Pa下的CT-三轴剪切试验,定量研究了分别基于承载面积、CT数的均值ME和方差SD的损伤变量表征方法的合理性。研究发现,损伤面积相同而损伤部位不同的试样偏应力-应变曲线和强度基本一致;损伤面积和SD可以作为损伤变量表征参数,而ME不适合用来表征膨胀土的损伤变量,虽然ME可以很好地用来定义岩石的损伤变量。试验研究结果可以为建立考虑损伤的膨胀土强度理论和本构模型中损伤变量的选择、定义提供科学依据。

静载荷与循环冲击作用下岩石损伤变量定义方法的选择

选择合理参数定义损伤变量,对研究静载荷与循环冲击组合下岩石的损伤演化特性具有重要的意义.基于动静组合加载实验装置,对岩石开展静载荷与循环冲击组合加载试验,根据试验结果并依据现有定义静载荷作用下岩石或混凝土损伤变量的方法,从能否表征岩石动态疲劳力学性能的演化规律、第1次冲击造成的损伤以及最终的合理损伤等3个角度,对定义岩石损伤变量的参数进行选择研究.结果表明,残余应变和波阻抗可以定义静载荷与循环冲击组合作用下岩石的损伤变量;与波阻抗相比,残余应变计算损伤变量受主观因素影响较大.

基于损伤变量的煤柱合理留设试验研究

针对煤矿山保护煤柱留设问题,开展了不同宽高比的煤柱单轴压缩试验,引入损伤变量及损伤统计本构模型,探讨全应力-应变过程中损伤变量与应变之间的关系。采用定量分析方法,得出煤柱尺寸与损伤变量之间的演化规律,即损伤变量受煤柱宽高影响显著,随着宽度增大,高度减小,损伤变量值减小,峰值应力增大;在煤柱受力至破坏状态的过程中,当宽高比为2时,煤柱损伤变量所受影响较小。综合考虑破坏峰值和损伤变量之间的关系,煤柱留设宽高比等于2为留设煤柱的最佳比例,其对煤矿开采的保护作用较好。损伤变量随应变的增加呈初始损伤阶段、损伤线性增加段和损伤平稳段,但总体上损伤变量与应变之间呈非线性正指数关系。

低周疲劳过程损伤变量的复合分析法和三阶段损伤演化模型

采用疲劳损伤力学的方法分析Ni Cr Mo V钢核电汽轮机低压焊接转子1︰1模拟件接头低周疲劳过程,针对损伤变量表征方法中的弹性模量法和应力幅值法应用的局限性,并考虑循环前期循环软化造成的材料的损伤,提出适用于循环软化材料的低周疲劳全过程损伤变量表征的复合分析法,提高了疲劳过程各阶段材料损伤测量的准确性;提出低周疲劳损伤过程的三阶段损伤模型,将焊接接头的疲劳损伤过程分为应力松弛、微空洞和微裂纹的萌生和扩展以及宏观裂纹的萌生和扩展三个阶段,并用于分析焊接接头的低周疲劳损伤过程。试验结果表明,在Ni Cr Mo V钢汽轮机低压焊接转子接头的低周疲劳损伤过程分析中,采用复合分析法表征损伤变量较弹性模量法和应力幅值法更为合理,且三阶段疲劳损伤模型能很好地反映疲劳损伤过程。

岩石材料损伤变量与CT数间的关系分析

本文在岩石损伤ＣＴ扫描实验结果的基础上，将岩石材料损伤ＣＴ数和岩石损伤变量联系起来．建立了用损伤ＣＴ数表达岩石材料损伤变量的公式，并和Ｂｅｌｉｏｎ、Ｌｅｍａｉｔｒｅ用材料密度表达的损伤变量公式进行计算分析比较．

关于表征微裂纹型损伤的损伤变量的提出

本文分析了损伤变量的传统定义及其测量方法存在的问题，提出了以受损材料单位体积中所有微裂纹在某面上的投影面积的和作为表征材料在该面法向由这些微裂纹导致的损伤状态的损伤变量。

金属塑性应变条件下损伤变量的宏细观测量与计算

利用超声波测量技术测定了金属材料的一些基本参量 ,利用这些基本参量和传统意义上的损伤定义 ,从宏观、细观角度导出了不同的损伤变量表示式。它在保持损伤变量定义的一致性基础上 ,使材料的非线性特征与其缺陷建立了一定的联系 ,并可进行定量计算。处理后的试验数据表明 ,损伤变量D均随塑性应变量的增大而增大 ,且用基体应变和空穴体积率表示的细观损伤变量敏感程度最高。文中还利用A .C .

节理岩体损伤变量确定的分形方法

针对节理岩体损伤张量采用统计概率模型确定存在问题，首先建立了岩体结构分维与波速的关系方程，验证了采用分维数进行岩体质量评价的可行性，然后提出了采用室内岩块波速值与岩体结构分维确定节理岩体损伤变量的分形方法。

结构性软黏土损伤变量与扰动度的相关性研究

取样与施工过程会对天然沉积结构性软黏土产生扰动,使土体的工程性质发生演化,一些学者分别以扰动度和损伤变量两个特征参数对该问题进行了较为深入的研究,但扰动度与描述土体应力状态的损伤变量之间的相关性目前仍未明晰。为此,以连云港天然沉积结构性软黏土进行不同应力路径下快速加载试验模拟土体应力损伤,对损伤后土体进行固结试验和无侧限抗压强度试验,结合张孟喜提出的损伤变量以及两种常用的扰动度(变形和强度)的定义,评价了损伤后土体的损伤变量和扰动度,探讨二者间关系。结果表明,损伤后土体压缩曲线屈服前的斜率并未产生明显改变,即损伤变量与按变形定义的扰动度间关系不明显;而损伤变量与以强度定义的扰动度之间存在线性递增关系,说明了当土体沿着某一路径加载时,越接近破坏线,其损伤程度越高,土体的强度也随之降低。

损伤变量在煤层底板开采破坏深度计算中的应用

针对煤层底板破坏深度的计算很少考虑实际存在的采动损伤的现状,以某矿A组煤开采为背景,提出一种基于数值模拟与理论计算的底板岩层损伤变量,进而确定底板破坏深度的方法。通过在该矿工作面巷道特定位置施工井下钻孔,采用并行电法探测技术验证该方法的有效性。结果表明:底板应力在推进至断层附近时达到峰值19.70 MPa,底板岩层等效损伤变量D'=0.79;基于损伤变量计算得出的底板岩层的最大破坏深度为20.27 m,对比井下实测结果,其准确率达到93.32%。研究结果为快速准确地确定底板采动破坏深度提供了一个新思路。

一维损伤变量的合理定义方法

针对利用"弹性模量衰减法"定义损伤变量是否合理这一问题,借助有效应力的概念以及应变等效假设,从本质上阐述了一维情况下材料损伤变量应该以何种弹性模量来定义。指出从应变等效假设的角度准确度量材料的损伤程度必须首先确定材料的无损伤参考工作状态;将直线形式的应力-应变关系作为无损伤材料的参考工作状态是没有根据的。按照弹性损伤和弹塑性损伤两种状况推导出损伤变量的合理定义,证明卸载模量的退化可以作为弹塑性材料损伤变量的定义。同时,结合所提出的混凝土受压损伤本构方程,验证弹性应变等效假设,并给出一维损伤本构模型的合理建立方法。

单轴压缩条件下尾砂胶结充填体的损伤变量与比能演化

为探究充填体单轴压缩过程中损伤变量D、比能演化及二者间的关系,以大冶铁矿灰砂比1∶6的充填体为研究对象,开展了单轴压缩及声发射监测试验,计算损伤变量D、总比能U、弹性比能Ue及耗散比能Ud。结果表明,充填体的损伤过程可划分为初始损伤(OA′)、损伤稳定发展(A′B′)、损伤快速发展(B′C′)和损伤破坏(C′点以后段)4个阶段,分别对应压密(OA)、弹性(AB)、屈服(BC)和破坏后(C点以后段)等阶段。损伤变量D在OA段、AB段、BC段和C点以后段分别呈快速增长、缓慢增长、急剧增长、缓慢增长;总比能U和弹性比能Ud不断增大,且增长速率逐渐加快,耗散比能Ue先增大后减小。OA′段,U、Ue和Ud均缓慢增长;A′B′段,U、Ue增长较快,Ud增长较慢;B′C′段,U、Ud快速增长,而Ue增长速率逐渐下降;C′点以后段,U、Ud先快速增长后急剧增长,且Ud增长速率更高,而Ue先缓慢下降后急剧下降。试验充填体Ud随D呈指数增长。

非贯通节理岩体损伤变量计算方法研究

作为岩体组成部分的非贯通节理对岩体力学特性有着重要影响,然而几乎目前所有的岩体损伤变量计算方法都仅考虑节理几何参数对岩体力学特性的影响。对含单组非贯通节理的岩体力学特性进行研究,提出一个能够同时考虑节理几何及强度参数对岩体力学特性影响的新的岩体损伤变量计算方法。首先,采用弹性余能等效假设代替Lemaitre应变等效假设研究由节理引起的岩体各向异性损伤,并基于断裂力学中单个节理引起的附加应变能增量与损伤力学应变能释放量相关联的观点,推导出由单条节理引起的损伤变量计算公式。其次,根据断裂力学理论获得了单轴压缩下单条节理尖端应力强度因子(SIF)K_Ⅰ、K_Ⅱ的计算公式。最后,通过考虑节理间的相互作用给出了单组单排或多排节理尖端应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ的计算公式,得到了单组节理引起的岩体损伤变量计算公式,并与已有试验结果的对比分析证明了该公式的合理性。