岩石破裂全程数字化细观损伤力学试验研究

设计基于扫描电镜(SEM)的岩石破裂全过程数字化细观损伤力学试验方案,实现了岩石破裂全过程的显微与宏观实时的数字化监测、控制、记录及分析的岩石力学试验。应用于四川锦屏大理岩预制裂纹试样中进行单轴压缩破坏全程的数字化试验,对微裂纹的萌生、生长及贯通过程进行数字化定量分析,得到试样在受荷过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据,从宏细观角度描述了岩石试样单轴压缩过程中的破坏机制,并分析得出试样单轴受压破坏过程中虽然微裂纹在某些区域集中,但在整个试样中微裂纹的统计分布依然是服从某一指数分布的这一结论。试验研究结果证明了该试验方案的科学性和先进性。

岩石变形劣化全过程细观试验与细观损伤力学模型研究

采用细观试验探究岩石变形劣化全过程是了解岩石变形破坏机制的重要手段。选取四川锦屏二级水电站深埋(2 525 m)隧洞围岩(大理岩),利用岩石变形破坏全过程细观力学试验系统,进行大理岩试样单轴压缩变形破坏全程的数字化试验,在SEM图像数字化处理基础上,对微裂隙的萌生、扩展及贯通过程进行数字化定量分析,统计试样在受压过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据。利用内变量热力学理论和摩擦弯折裂纹模型,分析微裂纹不同阶段的演化规律,建立微裂纹引起的非弹性应变与应力之间的定量关系,得到大理岩应力–应变关系计算曲线,并与试验结果对比,验证了本文理论模型的可靠性,从试验和理论两方面探究岩石试样单轴压缩过程中的破坏机制。

含水状态下膏溶角砾岩破裂全程的细观力学试验研究

利用新型岩石细观力学试验系统,对石家庄—太原铁路专线太行山隧道工程6#斜井的膏溶角砾岩在单轴压缩荷载作用下的岩石细观损伤裂纹扩展直至破裂的全程进行了实时观测,得到了不同含水状态下岩石初始损伤微裂纹的萌生、扩展、连接、贯通直至宏观破裂的数字显微和全场实时图像。从岩石细观损伤机制出发,结合同时获得的应力-应变曲线,将损伤破裂过程分为4个阶段,得到了含水状态下岩石损伤发展演化的初步规律,并给出了应力损伤门槛值,发现水环境影响下造成的初始损伤微裂纹是水对膨胀软岩力学性质产生软化作用的重要因素。

混凝土细观试验方法及力学理论研究综述

介绍了当前常用于混凝土研究的细观试验方法和细观力学理论,并对各方法进行了总结和评价;根据目前的研究现状和局限性,提出了新的研究方向,对未来的研究发展趋势进行了展望。

上海粉质粘土的三轴CT实时细观试验

采用CT实时试验对上海粘性土的三轴应力条件下的特性进行系统的试验研究。研究表明,上海灰色粉质粘土在三轴应力下细观变形基本上分为4个阶段,即微裂纹压密阶段,初期损伤阶段,损伤快速发展阶段和软化破坏阶段。粉质粘土初始状态为不均一的和初始损伤,受力过程中以局部变形为主,灰色粉质粘土的破坏是由于产生局部变形,形成剪切带造成的,裂纹在峰值强度及峰值强度后完全形成的。

非贯通细观裂纹节理介质CT试验的数值模拟及影响参数讨论

对非贯通细观裂纹节理介质CT试验进行了数值模拟,得到6个材料参数对细观损伤的影响。采用灰度作为主要计算参数,考虑预埋裂隙处发生损伤和破裂的准则,采用Fortran语言编制主程序,并利用三维十六节点等参元计算预埋裂隙及其附近单元,以及三维八节点等参元计算远离裂纹处的单元。计算获得了随外荷载增加情况下模型中截面的灰度分布、破裂分布、平均灰度分布和损伤等值线分布等结果。同时,通过与试验结果进行对比,得到一些与试验吻合的各层次破裂与灰度的演化规律,补充了部分试验无法观测到的结果。最后,根据蒙特卡罗概率设计方法分析了6个材料参数对细观损伤的影响,为进一步定量描述节理介质细观破裂和损伤演化规律提供参考依据。

三轴压缩岩石细观损伤扩展特性CT实时检测

利用作者最新研制的与 CT(computerized tomography)机配套的专用加载设备 ,完成了三轴压缩荷载作用下岩石破坏全过程的细观损伤扩展规律的实时 CT检测试验 .得到了在不同荷载作用下岩石中微孔洞被压密、微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏、卸载等各个阶段清晰的 CT图像 .对得到的 CT数、CT图像等数据进行了分析 ,引入了初始损伤影响因子和闭合影响系数 ,定义了一个基于 CT数的新的损伤变量 ,基于岩石细观损伤演化 CT试验的结果 ,给出了岩石应力损伤门槛值 ,将岩石应力应变全过程曲线分为 5段 。

冻结裂隙砂岩单轴压缩损伤特性CT试验

对含有预制双裂纹的冻结裂隙砂岩试样单轴压缩细观损伤破坏机理进行了CT动态试验，得到了裂纹萌生、发展、宏观裂纹形成和破坏等不同阶段的岩石损伤CT图像和CT数。研究结果表明，与无预制裂隙的冻结岩石试样相比，已有预制裂纹对冻结裂隙岩石中新裂纹的起裂侮置及贯通性宏观破坏裂纹的形成具有重要影响。预制裂纹的存在导致冻结裂隙砂岩试样的扩容量大于完整冻结试样破坏时的扩容量。

基于性能演变理论的混凝土细观损伤特性研究

为研究混凝土性能演变过程中的损伤特性,借助细观力学随机骨料模型,将化学-热-力耦合的性能演变模型引入混凝土损伤特性研究中,直观反映早龄期混凝土的材料性能和损伤参数随其内部水化反应的演变过程.结合连接宏-细观热力学特性的均匀化方法,对硬化过程中混凝土三相介质的材料参数进行率定,并且在细观层次上实现早龄期混凝土单轴拉伸试验的数值模拟.结果表明,水化度的空间分布差异性对早龄期混凝土力学参数的取值存在显著影响;采用的水化度损伤模型能够直观反映早龄期混凝土试件在单轴拉伸试验中裂缝萌生、扩展直至贯通的全过程,可以为早龄期混凝土结构的拉伸损伤断裂过程分析提供有力的数值工具.

中国力学学会第五届细观力学及其应用研讨会在我校召开

由中国力学学会主办,西南交通大学与四川省力学学会联合承办的"第五届细观力学及其应用研讨会"于1999年11月初在我校召开。全国10多所高校和科研院所的20余名代表参加了会议。会议的主题是交流和研讨近年来细观力学试验技术与计算方法方面的研究、工程应用的成果以及介绍力学学科的发展前沿。主要包括:材料和结构变形、损伤与断裂的细观过程。

黄土剪切损伤演化及其力学特性的CT-三轴试验研究

利用应力控制式CT-三轴仪研究了非饱和Q3原状黄土与扰动黄土三轴剪切变形特性,并利用CT技术对其内部结构变化进行了无损量测,得到内部结构演化的CT图像和相应的CT数据,从细观上解释了结构性黄土三轴剪切破坏细观结构演化规律。结果表明:随围压的增大,黄土三轴剪切偏应力轴应变关系曲线由弱软化型逐渐转变为弱硬化型,原状黄土的体应变无论是剪缩还是剪胀均大于扰动黄土。剪切变形呈应变弱软化型黄土平均CT数与轴向应变关系曲线先经历一个小幅增长后逐渐减小。剪切变形呈应变弱硬化型黄土平均CT数与轴向应变关系曲线在剪切初期快速增长,随后在剪切过程中缓慢增长。扰动黄土剪切破坏过程中试样中部相比全区剪切破损较小,裂纹主要在试样外围衍生;原状黄土胶结区表现为逐渐破损,空洞区由于周围土颗粒的滑移而逐渐被压密。CT技术使土的细观结构研究达到定量阶段,为建立土的结构演化方程和结构性本构模型提供了试验基础。

岩石细观损伤扩展规律的CT实时试验

利用最新研制的与CT机配套的专用加载设备 ,进行了三轴 (单轴 )荷载作用下岩石材料破坏全过程的细观损伤扩展规律的实时CT(computerizedtomography)试验 .得到了在不同荷载作用下岩石材料中微孔洞被压密→微裂纹萌生→分叉→发展→断裂→破坏→卸载等各个阶段清晰的CT图像 .对得到的CT数等数据进行了分析 ,引入了初始损伤影响因子 ,定义了一个基于CT数的新的损伤变量 ,得到了损伤扩展的初步规律 .

混凝土梁受弯破坏的三维细观数值试验

为了在细观层次上研究混凝土梁的损伤断裂机理,将混凝土视为由骨料、水泥砂浆和界面组成的三相复合材料。基于三维随机骨料随机力学参数模型,建立了2个混凝土梁湿筛试件的数值模型;模型MX1模拟骨料的随机分布,模型MX2在MX1的基础上模拟混凝土各相材料参数的随机性,通过这2个模型的抗弯数值试验,展现了混凝土梁损伤断裂和裂缝萌生与扩展的渐进过程。结果表明:数值试验得到的混凝土梁弯拉强度与真实试验测得的弯拉强度较为接近;由于骨料分布的随机性,混凝土裂纹起裂和扩展表现出显著的不规则性和不连续性;受材料参数随机分布的影响,模型MX2较MX1承载力略有降低,变形稍有增加。

硅粉掺量对再生骨料混凝土单轴压缩性能的影响研究

再生骨料混凝土已经逐渐成为工程应用的热点,为了进一步提高再生骨料混凝土的实用性,针对水灰比为0.49的再生骨料混凝土开展了硅粉掺量分别为0%、3%、6%、9%、12%的单轴压缩试验,分析了硅粉掺量对再生骨料混凝土的抗压强度、弹性模量和峰值应变的影响。试验结果表明:随着硅粉掺量的增加,再生骨料混凝土的抗压强度与弹性模量均呈先增加后减小的趋势,峰值应变的变化规律则与之相反。通过对试验结果的分析,建立了考虑硅粉掺量影响的损伤本构模型,分析了硅粉掺量对再生骨料混凝土本构模型5个特征参数E0、εa、εh、εb、H的影响规律发现:随着硅粉掺量的增加,这5个参数呈现不同的变化趋势,与试件的强度和延性的变化规律具有一致性;其中9%硅粉掺量的混凝土试件的强度最高,延性最小,在硅粉掺量与再生骨料混凝土的5个特征参数关系曲线中,9%硅粉掺量处是曲线的拐点。在此基础上,构建了硅粉掺量与混凝土特征损伤参数的演化方程,探讨了硅粉掺量对再生骨料混凝土损伤演化机制的影响规律。