含裂隙类岩石材料的局部化渐进破损模型研究

结合含裂隙类岩石材料模型试验观测结果,从含裂隙类岩石材料破坏过程和破坏机制出发,将表征体单元(RVE)划分为弹性区及剪切局部化带两个部分,并把剪切局部化带内的变形过程抽象为胶结强度弱化及摩擦强度增强两个阶段。重点考虑了这两个阶段一前一后发挥作用这一由试验所揭示的结构性破坏本质,同时借助于试样的滑移变形定义与胶结强度弱化相关的破损变量,抓住试样渐进性破坏的特征,进而采用细观链式模型及均匀化方法将破坏过程的细观特征与宏观力学特性相结合,建立含裂隙类岩石材料局部化渐进破损模型的理论公式。最后对已建立的含裂隙类岩石材料局部化渐进破损模型进行试验验证,模型计算结果与M.Yumlu和M.U.Ozbay的试验结果吻合很好,证明所提出模型的正确性。

深部岩石渐进破损本构模型及其应用

深部岩石力学特性的数理描述与深部岩体的灾害控制密切相关。从岩石破坏过程和破坏机制出发,将代表性体元(RVE)划分为弹性区及剪切局部化带两个部分;并把剪切局部化带内的变形过程抽象为胶结强度弱化及摩擦强度增强两个阶段,重点考虑了这两个阶段一前一后发挥作用的破坏本质;同时采用细观链式模型及均匀化方法将破坏过程的细观特征与宏观力学特性相结合,建立了岩石局部化渐进破损本构模型的理论公式。模型计算结果与Yumlu和Ozbay试验结果吻合较好,证明了所提出模型的正确性。通过变化模型中的参数,进一步对深部岩石的局部化渐进破坏特征进行了分析,揭示了试样呈现"尺寸效应"、"形状效应"、应变软化及II型应力-应变曲线的内在原因及影响因素。

多因素作用下天然土体渐进破损强度解析

天然沉积土体一般都具有结构性和初始各向异性。在复杂的应力路径的作用下,天然结构性土体的强度与变形一般与重塑土不同。由于结构性、初始各向异性和复杂的应力路径的共同影响,往往使极限状态设计如何确定天然土体渐进破损的强度及参数变得复杂而困难。给出了关于各向异性的天然结构性土体渐进破损的归一化不排水抗剪强度的解析表达式,并研究了天然结构性土体渐进破损的归一化不排水抗剪强度与各向异性和应力路径等因素的相关性。

裂隙介质静动应力条件下的破坏模式与局部化渐进破损模型研究

裂隙岩体动力稳定性问题相当突出。已有大量关于节理裂隙几何特征对岩体静变形、静强度性质影响的室内模型试验研究,然而对岩体动力特征的研究至今大都还是针对完整岩石样的室内试验进行的。针对岩体工程中最常见的非贯通裂隙岩体(而不是完整岩样)及岩体工程中特有的动荷特征,对静、动荷载作用下裂隙岩体代表性体元RVE的破坏模式与变形、强度特性开展了系统的室内模型试验研究,从细观上分析了其破坏机理,从宏观上提出了适用于工程实际的模型与公式。主要内容如下:(1)首先,本文将非贯通裂隙岩体的代表性体元RVE作为一种“结构性”材料,从结构体(岩桥)本身的破坏模式出发,采用量纲分析选择与砂岩相似的模型材料,通过预埋抽条法在室内制作不同空间展布条件的闭合雁行、共面裂隙石膏模型试样,借助于MTS单轴静力、动力(应变速率为10-5～10-1·s-1)加载和数码设备观测,对含裂隙试样的预制裂隙表面分支裂纹扩展、贯通过程进行了实时观测、分析,系统总结了静载作用下裂隙扩展、贯通方式及强度随裂隙空间展布位置的变化规律,进一步对动载作用下岩桥的破坏模式进行了新的探索,弥补了动载作用下非贯通裂隙岩体破坏模式研究的空白。(2)直接通过对静、动荷载下含裂隙试样分支裂纹扩展长度、贯通方式及强度增幅的对比分析,论证了速率效应的裂隙数目相关性,揭示了分支裂纹扩展的惯性效应是导致含裂隙类岩石脆性材料中低加载速率下强度增大的主要原因,这一新解释来源于试验观测数据,较其他的对速率效应的解释更直接、合理,借助于这一解释,进而揭示了地震荷载下易出现II型剪切断裂的又一原因。(3)通过对含裂隙试样破坏过程的观测,并借助于滑移型裂纹模型对几个典型问题的分析,归纳、总结出裂隙岩体的破坏特征呈现局部化的渐进破损,且将局部化带内这一渐进破损过程抽象为:胶结强度丧失(拉伸型裂纹起裂、扩展),而后摩擦强度(裂纹贯通后剪切滑移)发挥作用。(4)基于对含裂隙类岩石材料细观破坏特征的分析,从脆性材料胶结强度丧失–摩擦强度发挥作用的破坏实质出发,通过将试样划分为弹性区及剪切局部化带,同时考虑材料内部不均质性引起的渐进破坏,建立了能模拟软化(损伤软化、减压软化)、硬化过程且具有明确物理意义的局部化渐进破损模型,并得以验证。该模型揭示了强度参数随变形的真实演化过程,借助该模型得到的强度参数随不可逆应变的演化规律,可以巧妙地从细观本质上描述含裂隙类岩石脆性材料峰值后期的宏观软化过程。(5)最后,在所提出的细观渐进破损模型的基础上,从工程实用的宏观角度入手,推导了裂隙岩体的宏观等效弹性模量,借助于已建立的含规则分布裂隙试样的破裂面倾角、剪胀角与裂隙空间展布位置的关系,引入剪胀角对摩擦强度的贡献,推导了可应用于裂隙岩体的局部化渐进破损宏观模型,并进一步将其推广到非贯通裂隙岩体的宏观剪切强度模型中,同时进行了相关验证。

考虑剪胀性的含结构面软岩渐进破损规律研究

含结构面软岩是一种典型的非均匀介质,在岩土破损力学的理论框架内,将含结构面软岩抽象为胶结元(结构体)和摩擦元(结构带),胶结元应力应变关系满足广义虎克定律,摩擦元在满足Mohr-Coulomb准则基础上,确定了塑性剪应变为内变量,基于非关联流动法则获取了摩擦元的剪胀角参数,并引入剪胀比表征摩擦元剪胀规律。考虑软岩剪胀特性,建议了一个能反映含结构面软岩的应变软化过程的增量型二元介质本构模型。对含结构面的粉砂质泥岩进行4种低围压三轴试验,将试验结果与MATLAB中模型增量计算结果对比。结果表明,所提出的本构模型能合理地描述含软弱结构面软岩不同阶段的应力应变特性。

层状纤维圆柱壳轴向压缩破损实验研究

通过对端部引发缺陷层状纤维复合材料圆柱壳在轴向准静态和冲击压缩下的实验研究，分析其渐进压缩破损模式和破坏模式的形成机理．研究此类结构的缓冲性能．实验研究表明随着纤维铺设角度的改变其破损模式的主导形式与分层扩展强度、环向断裂强度和纤维与基体脱胶裂纹相关．

受轴向压缩GFRP圆柱壳渐进失效行为分析

对层状纤维复合材料ＧＦＲＰ圆柱壳受轴向压缩下的失效模式进行准静态下试验研究。研究此类薄壁结构的缓冲性能，分析其渐进压缩破损模式和整体破坏模式的形成机理。结果表明随着纤维铺设角度的改变其压缩失效模式发生变化，并影响结构的能量吸收能力、其破损模式的主导形式与分层扩展强度、环向断裂强度和纤维与基体脱胶裂纹相关。