等幅循环加载与分级循环加载下砂岩声发射Felicity效应试验研究

利用MTS815材料试验机和12 CHs PCI-2声发射信号采集系统,对砂岩在等幅循环加载和分级循环加载条件下损伤破坏全过程的声发射规律进行了研究,探讨了Kaiser效应与Felicity效应,以及Felicity效应声发射中"明显增多"的尺度界定问题。试验结果显示:砂岩在试验中的Kai-ser效应显著,但有一定的局限性;当加载达到或超过其峰值强度的70%后,砂岩应力记忆特性中Felicity效应表现显著,Felicity比的演化显示出3个阶段特征,且总体呈下降的趋势;只要声发射"明显增多"的尺度范围设定合理,则对Felicity比的演化趋势没有影响。

高应力等幅循环加载对橡胶混凝土力学及变形特性的影响

为研究橡胶混凝土在反复荷载条件下的力学及变形特性变化,对5组(橡胶掺量为0%,5%,10%,15%,20%)30个混凝土试件进行50次高应力等幅循环加载和单轴压缩试验,分析不同橡胶掺量的混凝土循环加载前后单轴力学特性变化及循环加载过程中的变形情况。结果表明:随橡胶掺量增加,试件峰值应力、弹性模量随之下降,峰值应变增加;循环加载过程中,橡胶混凝土(RC)的总应变、弹性应变、塑性应变曲线均显著高于普通混凝土(NC),但相对应变极差小于NC,表现出较好的延展性和稳定性;循环加载处理后,NC峰值应力和弹性模量劣化程度最大分别达到11.0%和36.8%,RC对应指标的劣化程度随橡胶掺量增加而减小;采用功效系数分析综合评价各组混凝土力学性能,顺序为RC-1>RC-2>RC-4>RC-3>NC,得到橡胶最佳掺量为5%~10%。研究成果可为橡胶混凝土在工程中的应用提供理论依据。

等幅循环荷载下水工混凝土疲劳寿命分析

通过水工混凝土在承受等幅循环轴向压应力下的疲劳试验得到了大量的疲劳寿命数据 ,并分析了疲劳寿命的分布规律 .结果表明 ,在工程实际中 ,疲劳寿命既服从三参数威布尔分布又服从对数正态分布 ,但以三参数威布尔公布更佳 .同时给出了不同存活率下水工混凝土的S

等幅循环加载岩石变形局部化带位移演化规律

岩石是一种非均质天然工程材料,在工程中往往处于一种循环往复加载状态之中,研究循环加载过程中岩石的变形局部化演化规律,为岩土工程结构的稳定性提供理论支持。将循环加载简化为等幅循环和分级等幅循环2种加载条件,开展红砂岩试件的2种循环加载方式下的实验研究,采用CCD(Charge-Coupled Device)相机对试验过程中试件的变形图像进行采集,基于数字散斑相关方法分析了等幅循环加载过程中试件变形局部化带位移演化规律。分析发现:循环加载全过程中,局部化带位移随加卸载应力呈现波动上升变化;相对于加载应力的变化,位移演化存在时间滞后性,且随着循环次数的增加位移存在明显的累积效应。循环加卸载过程中,局部化带位移顶点相对于加载应力顶点的滞后时间数值于循环前期呈平稳波动、循环后期呈上升波动;局部化带位移底点相对于卸载应力底点的滞后时间数值随循环次数的增加呈现平稳波动。整个循环过程中,当加载或卸载到同一应力水平时,局部化带的位移随着循环次数的增加而增大;每次循环过程中的同一应力水平下,卸载过程的位移数值大于加载过程的位移数值。随着循环次数的增加,局部化带位移存在明显的缓慢演化阶段和加速演化阶段。在试件破坏前,卸载底点处的局部化带位移值明显趋近于加载顶点处的局部化位移值,该局部化带位移演化特征可以作为循环加载过程中岩石试件或结构失稳破坏的一个前兆信息。研究可为循环荷载下的岩土工程材料或结构的失稳破坏提供新的特征力学监测量,即在某一特定应力环境中,当低应力状态的变形量值与相对高应力状态的变形量值都随时间发生增大且低应力对应的变形量值增加速率明显大于高应力对应的变形量值增加速率时,岩土材料或结构将会发生失稳破坏。

等幅循环荷载作用下土的动剪模量和阻尼

本文根据我国南方8个场址81个试样的动三轴试验资料,对土在等幅循环荷载作用下,其动模量和阻尼与应变幅值的关系进行了分析研究,并与现场测试结果进行对比。根据分析结果,本文提出一种广义双曲线模型,能更满意地描述各类土的应力应变关系,该模型保持了形式简便,参数物理意义明确等优点。文中还分别对砂土和粘土,给出了模型中参数的统计关系式,这些表达式能明显反映粘性土和非粘性土的特性及其差别。

等幅循环载荷下钢纤维混凝土疲劳寿命分析

本文通过试验研究了钢纤维混凝土承受轴向等幅循环压应力时的疲劳破坏特征，分析了疲劳寿命的分布规律，给出了不同存活率下钢纤维混凝土的Ｓ—Ｎ曲线方程．

等幅循环载荷作用时零件疲劳可靠度尺寸的计算方法

本文根据现有的疲劳理论,提出了等幅循环载荷作用时,零件疲劳可靠度尺寸的计算方法,与常用的方法相比,这种方法计算量小,运用更方便,适用性更强。

多级等幅循环荷载作用下砂岩变形、渗透及声发射特征试验研究

为探明多级等幅循环荷载对岩石变形、损伤及渗透规律的影响,对砂岩试样开展不同围压下的四级等幅循环加卸载三轴试验,试验过程中实时监测渗透和声发射信号。分析多级等幅循环荷载作用过程中围压、循环荷载对试样特征应力、渗透率及声发射b值和RA-AF值的影响。结果表明:(1)与常规三轴加载相比,多级等幅循环加载试验中每级循环荷载下砂岩裂纹体积应变均扩张,循环加载试验岩样的峰值应力下降,随着围压增大,两者峰值应力差值减小。(2)在2种加载条件中渗透率均先下降后上升,循环加卸载作用后岩样基于应变的渗透率损失率(PSL)更小,表明岩石内部宏观变形加剧,随着围压增大,PSL随之增大,表明宏观变形减弱;低围压下各级循环中基于应力的渗透率损失系数(EIP)为负值或数值较小,表明渗透率增加,而高围压下第4级循环中EIP为正值,表明渗透率减小,渗流通道的形成受围压约束的影响加剧。(3)与常规三轴试验相比,多级等幅循环加载声发射b值起伏变化更大;2种加载方式下岩样均以拉伸裂纹为主,但多级等幅循环加载条件下岩样内部产生的剪切裂纹更多,随着围压增大,岩石拉伸裂纹占比逐渐减小,剪切裂纹占比增大。

等幅循环加载岩石非均匀变形演化试验研究

为了研究循环加载条件下岩石的变形演化规律,开展了红砂岩试件的等幅循环加载与分级等幅循环加载试验。采用CCD相机对试验过程中试件的变形图像进行采集,基于数字散斑相关方法分析了等幅循环加载过程中试件的非均匀变形演化规律。分析研究发现:循环加载过程中,随着循环次数的增加,试件的非均匀变形场逐步演化,变形局部化现象愈加明显;非均匀变形在循环加载过程中存在时间滞后和变形累积特征,且分级等幅循环加载过程中其峰值应力的增加会使非均匀变形的滞后特性与累积特征更加明显;在试件发生破坏前,加载顶点和卸载底点的非均匀变形指标数值逐渐接近。研究循环加载作用下岩石的非均匀变形演化规律,可为岩石破坏提供新的前兆信息。

陆地风电空心锥形基础水平循环承载特性研究

通过开展砂土中等幅值和变幅值循环加载模型试验,针对空心锥形基础累积位移、转角和水平刚度进行研究。等幅值加载过程中,空心锥形基础沿加载方向减速移动,最终达到稳定状态;基础尺寸和荷载幅值对累积水平位移和转角影响显著,当荷载幅值δ_(b)为0.2和0.5时,位移量和倾角随底板直径的增大而增大,而当δ_(b)为0.8时,位移量和倾角随底板直径的增大先减小后增大;当δ_(b)为0.2、0.5和0.8时,水平刚度随底板直径的增大分别降低39%、59.7%、43.9%。变幅值加载过程中,空心锥形基础在幅值逐级增加时沿加载方向加速移动,水平刚度随基础底板直径的增大先增大后减小,在幅值逐级递减时沿加载方向减速移动,水平刚度随基础底板直径的增大先减小后增大;位移量和倾角在幅值逐级递增时最大,逐级递减次之,等幅值加载最小。通过对无量纲化累积转角拟合,提出等幅值累积转角计算公式,经验证,计算公式与模型试验结果吻合较好。

等幅干湿循环条件下膨胀土的低应力抗剪强度特征

为研究膨胀土的真实强度特征,采用室内常规直剪试验,对等幅度干湿循环条件下的重塑膨胀土进行低应力抗剪强度测试,研究重塑膨胀土低应力抗剪强度参数随循环次数、循环幅度的变化关系,并建立包含初始含水率、循环幅度、干湿循环次数为变量的黏聚力非线性特征函数。结果表明:在相同循环幅度和初始控制含水率下,膨胀土的黏聚力随循环次数的增加而衰减;在相同循环次数和初始控制含水率下,膨胀土的黏聚力随循环幅度的增加而衰减;内摩擦角与循环幅度和循环次数之间的关系无法用函数来表达;所建立的非线性黏聚力衰减函数是利用室内简单试验得到的,可用来计算等幅度干湿循环条件下膨胀土的黏聚力。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土等幅受压疲劳变形

对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(HFRC)开展单轴等幅循环受压疲劳变形试验,以探究应力水平对HFRC疲劳破坏形态、疲劳应力-应变曲线、疲劳耗能能力以及极限疲劳变形的影响规律.结果表明:HFRC的疲劳破坏形态为剪切破坏,具有延性破坏特征;HFRC的疲劳累积耗能和极限疲劳变形随着应力水平的降低而增加;建立了考虑存活率的HFRC应力水平-极限疲劳变形方程,能够定量描述HFRC在任意疲劳荷载作用下的极限变形.

建筑结构钢材及其焊缝循环本构模型的实验研究

为研究钢结构的超低周疲劳断裂问题,探究钢材的循环本构关系,使用普通钢Q235B和Q345B共18个标准圆棒试件,采用等幅循环加载,研究试件滞回性能、破坏形态和损伤退化特性,在Chaboche本构模型的基础上,利用实验滞回曲线,标定了Q235B和Q345B钢材本构模型的参数,并利用ABAQUS对实验结果进行有限元模拟.通过混合强化材料实验研究表明,Q345B钢材及其焊缝在低周往复加载时的耗能能力要高于Q235B钢材及其焊缝,采用Chaboche本构模型可以准确地模拟钢材的循环滞回特性,有限元与实验结果比对较吻合,为预测钢材循环往复韧性断裂提供了可行办法.

基于毫小薄片漏斗试样的材料弹塑性循环应力应变关系测试方法研究

为获取毫小尺寸试样疲劳性能,针对厚度为0.5~2.5 mm的薄板材料,该文提出一种应用毫小薄片漏斗试样完成等幅低循环试验的新方法。该方法实现毫小尺寸薄片漏斗试样的设计、加工和加载,提出一种能量分离函数并由此给出毫小薄片漏斗试样循环应力-应变关系的预测模型。针对不同材料完成的有限元分析表明,该模型对不同几何尺寸和不同幂律材料具有良好普适性。以316 L不锈钢为例,完成等直圆棒试样和包括厚度为0.7 mm的6种不同几何尺寸小尺寸薄片漏斗试样的变幅应变对称循环试验,结果表明:基于漏斗薄片小试样的载荷-位移稳定试验曲线,新方法预测的材料循环应力-应变关系与传统等直圆棒试样的试验结果吻合良好。

颗粒破碎对于珊瑚砂液化特性的影响

利用GDS动三轴试验系统,对南海珊瑚砂进行了不同破碎度和不同动剪循环应力比下的等幅循环荷载试验,研究了破碎度,动剪循环应力比对南海珊瑚砂的液化特性的影响。试验结果表明:在一维固结试验条件下,随着固结围压的增大,珊瑚砂破碎度逐渐增大;对不同破碎度的珊瑚砂试样进行GDS动三轴试验,随着振动周次增加,在相同的破碎度下,随着动剪循环应力比的增加,试验孔压的发展速度逐渐加快,在相同的动剪循环应力比下,随着破碎度的增加,试样的孔压发展速度逐渐加快;饱和珊瑚砂动孔压的发展在动剪循环应力比为0.2的条件下的运用改进Booker模型拟合有较好的效果。

动力荷载长期作用下冻土振陷模型试验研究

基于低温动三轴试验资料,研究了青藏铁路北麓河粉质黏土在往返长期加荷作用下的变形特征。在不同温度、动应力幅、频率、围压条件下考察冻土轴向残余应变与振次的试验关系曲线,建立了冻土振陷模型,并讨论了模型参数及其影响因素。研究表明,(1)模型参数受拟合所采用的振次水平影响较大,参数B(黏塑流蠕变率)随振次的增加而迅速减小,参数C(蠕变衰减系数)随振次的增加而迅速增大;(2)除迅速破坏的试件外,当振次达到一定临界值以后,B、C两参数都逐渐趋于稳定;相同振次水平下B、C参数均随温度升高、动应力幅值增大、围压增高而增大,随频率的增加而减少,且频率大于6Hz时对参数影响很小。此项研究对于合理预测动力荷载长期作用下由冻土残余变形而产生的沉降量具有重要意义,且为冻土动力学研究积累基础试验成果。

疲劳荷载下大理岩累积损伤过程的应变速率响应

通过不同围压下4种应力比进行应力控制的大理岩等幅循环加卸载三轴压缩试验,探索疲劳荷载作用下岩石累积损伤过程中的应变速率响应特征。结果表明:①在低围压或高应力比条件下岩样易发生疲劳破坏。随循环次数增加,发生疲劳破坏岩样的弹性模量呈急速下降趋势,未发生疲劳破坏岩样的弹性模量小幅波动后趋稳。②加载过程中岩样轴向应变速率随应变发展呈"U"型演化趋势,体变速率随体变发展呈反"L"型演化趋势,临近破坏时轴向应变速率和体变速率均大幅增加。卸载过程中轴向应变速率呈倒"S"型演化规律,体变速率呈"U"型演化趋势。③每次加载的初始和终了应变速率各自均与其对应的残余应变呈线性正相关关系,当次加载的初始应变速率可反映岩样在之前疲劳作用下的累积损伤程度。④新建立的归一化初始应变速率和损伤因子有明显的线性关系,系数K随围压增大或应力比值减小而减小。未破坏岩样在后期循环加载时的归一化初始应变速率和损伤因子曲线出现"弯钩"型回缩现象。

灰岩岩样等幅和分级循环加卸载过程中电阻率响应规律研究

为研究受载过程中特别是循环加卸载作用下岩石电阻率变化规律,对单轴等幅循环加卸载和分级循环加卸载条件下岩石破坏过程中的电阻率响应特征进行研究。试验结果表明,岩石电阻率变化与荷载变化或试件内微裂隙发展密切相关。等幅循环加卸载过程中,加载时随着荷载的增加,岩石的电阻率总体上呈下降的变化趋势;第1次加载循环与其他4次加载循环明显不同,在加载初期存在快速下降阶段;卸载时,试样电阻率会逐渐恢复;5次加载循环中,完全卸载(载荷0 k N)和完全加载(载荷40 k N)时,不同循环电阻率不同,第一次最大,以后逐次减小。分级循环加卸载与等幅循环加卸载存在一些相同的规律,不同之处在于:5次加载循环中,完全卸载(载荷0 k N)和完全加载(载荷取第一级完全加载时荷载35 k N)时,不同循环电阻率也不同,前3次循环电阻率依次减小,后2次循环逐次略有增加;破坏加载时,加载初期也存在快速下降阶段。对2种循环加卸载过程中电阻率变化规律采用循环加载下微裂隙闭合机制进行了解释。试验研究表明,电阻率变化可以较好地表征单轴等幅循环加卸载和分级循环加卸载过程中试件内微裂隙发展情况。

饱和南京细砂孔压增量模型的普适性研究

循环荷载作用下饱和砂土的孔压增长规律是土动力学的核心内容之一。基于笔者在给定相对密度、均等固结条件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验结果建立的孔压增量模型,进一步进行了不同相对密度、不同固结比务件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验,将上述均等固结的孔压增量模型拓展为适用于不同相对密度、均等和非均等固结条件的孔压增量模型。采用拓展后的孔压增量模型对试验结果进行分析的结果表明:通过该孔压增量模型预测验证试验的孔压与验证试验测试的孔压具有较好的一致性,说明该孔压增量模型具有普适性。