随机应力循环加卸载三轴试验土的变形稳定状态初探

为研究土在随机应力幅值循环加卸载条件下的应力-应变关系,基于土样全表面变形数字图像测量系统,以福建标准砂和硅微粉为研究对象进行一系列三轴试验。据此分析土样在不同随机应力循环加卸载过程的应力-应变行为,判断其是否达到变形稳定状态,同时与等应力幅值循环加卸载和阶梯应力幅值循环加卸载试验进行对比。结果表明:无论是恒定应力幅值、阶梯应力幅值还是随机应力幅值加卸载循环,当循环次数超过一定次数后,土样逐渐趋于变形稳定状态,且变形稳定状态对应的循环次数值不同;土在受到超过历史最大应力幅值时,应力-应变关系会回到初次单调加载的应力-应变曲线;在最大应力值小于破坏应力的条件下,应力加卸载时间过程幅值的随机特征,如幅值大小和分布对土的应力-应变行为,包括变形稳定状态没有影响。

全黏结BFRP锚杆应力应变分布特性现场循环加载试验研究

玄武岩纤维增强聚合物锚杆(BFRP锚杆)强度高、耐腐蚀性好、质轻和环保等特点,在岩土锚固工程领域具有良好的应用价值。全黏结BFRP锚杆循环加载现场拉拔试验发现:BFRP锚杆轴力和滑移位移随循环荷载的增大而增大,随锚固深度的增加而逐渐减小。研究结果为全黏结BFRP锚杆工程设计和结构优化奠定基础。

分级循环荷载作用下冻土动应变幅值的试验研究

通过低温动三轴试验,采用分级加载方式逐级施加动荷载,对不同加载频率、围压和负温条件下青藏冻结黏土和兰州黄土的动应变幅值变化特征进行了试验研究。结果表明,同一级荷载作用下,动应变幅值随振次的增加基本不变,可以采用平均值来反映各级加载下的动应变幅值;不同加载频率、围压和温度条件下,动应变幅值随动应力幅值的变化规律相同,即随着动应力幅值的增加,动应变幅值逐渐增大;动应变幅值随加载频率的增加而减小,但减小的速率逐渐降低,动应变幅值最终趋于一稳定值,对于青藏黏土和兰州黄土,该稳定值均随加载级数的增加而增加;随着围压的增加,青藏黏土的动应变幅值变化不大,而兰州黄土的动应变幅值呈逐渐减小的趋势;动应变幅值随温度的降低而减小。动应力幅值对动应变幅值的影响最大,动荷载振动频率的影响次之,温度的影响第三,围压的影响最小。

应变上限递增的混凝土高压应变循环受力试验

为了建立考虑高应变低周疲劳性能的混凝土受压本构模型,利用全数字化电液伺服式试验机及其位移控制加卸载功能,在已经完成的混凝土棱柱体等应变幅多次重复受压试验(最大应变以不同幅度超过ε0,0ε为与峰值应力对应的应变)的基础上,进一步完成了压应变上限逐步加大的混凝土棱柱体多次重复加卸载试验,获得了其独特的低周疲劳特征及加卸载应力-应变规律.结果表明,有必要根据实测结果对以往假定的卸载-再加载本构模型作出重要调整.

泡沫轻质混凝土单轴循环加卸载试验研究

为研究循环加卸载对泡沫轻质混凝土力学性能的影响,采用微机控制电子万能试验机对湿密度为700 kg/m^3的泡沫轻质混凝土试样开展3组方案的循环加卸载试验,重点研究循环加卸载对其应力-应变曲线、峰值强度、弹性模量的影响。研究结果表明:随着循环加卸载的进行,应力-应变曲线出现不断迁移的现象,且对于3种试验方案,第一次循环加卸载引起的迁移值最大,而后,采用加卸载方案1、方案2,迁移值随着加卸载次数增加而减小,采用加卸载方案3,迁移值随着加卸载次数的增加先减小后增加;对于3种加卸载方案,峰值强度随着加载幅值的增加而增大,且随着循环加卸载次数的增加而增大;对于3种加卸载方案,第1次加卸载对弹性模量影响最大,而后,对于试验方案1、方案2,弹性模量随着循环加卸载次数的增加而增加,而对于试验方案3,弹性模量随着循环加卸载次数的增加而减小。

高应变下较高强度混凝土的等应变幅循环试验

为了建立考虑高应变低周疲劳性能的混凝土受压本构规律,本文在以往的的研究工作基础上,利用全数字化电液伺服式试验机及其位移控制加卸载功能完成了最大应变以不同幅度超过ε0(0ε为与峰值应力对应的应变)的较高强度等级混凝土棱柱体的等应变幅多次重复受压试验,获得了其独特的低周疲劳特征及加卸载应力-应变规律.结果表明,其累积损伤特点与普通强度混凝土相似,在此基础上,有必要对以往的本构模型进行修正.

分级加载下冻土动弹性模量的试验研究

基于黏弹性理论,将动态弹性模量的最大值定义为冻土的动模量,通过计算滞回曲线中直线斜率的方法来计算冻土的动模量。通过动三轴试验,对不同频率、围压和负温条件下冻土的动模量随动应变幅的变化规律进行了试验研究,结果表明:在不同频率(0.1～20 Hz)、围压(0.3～2 MPa)和负温(-0.2～-2℃)条件下,青藏黏土的动模量取值范围为393～1749 MPa,兰州黄土的动模量取值范围为101～713 MPa;同一级加载下,动模量随着振次的增加基本不变,可以采用平均值来表征该级加载下的动模量;对于青藏黏土和兰州黄土,不同频率条件下,动模量随动应变幅的增加最终趋于一稳定值,该稳定值随加载频率的增加而增大;不同温度和围压条件下,随着动应变幅的增加,动模量先减小再趋于一个稳定值,该稳定值随围压的变化较复杂,随温度的降低而增大。

水平循环荷载下风电机桩基础离心模型试验研究

在近海风力发电工程中桩基是常用的基础型式,海上风力发电机桩基础一般建立于复杂软土地基、承受着海上风浪、潮流等近似水平向的循环荷载作用,而风力发电机组运行对基础的承载力和变形有严格的要求。因此,研究水平循环荷载下桩土系统变形规律和相互作用机制具有重要的意义。针对典型的近海风机单桩基础,选取典型的饱和砂性土地基,通过离心模型试验的方法研究了水平循环荷载下的风机桩基础的受力变形规律。试验结果表明,水平向循环作用下,桩周围土体中变形主要呈现为挤压或塌陷产生的沉降和水平向变形,变形主要集中在桩周围较小的范围内;变形呈现逐渐累积特性,其大小随着循环次数的增加而增加;桩身弯矩峰值出现在埋深上1/3处,多次循环后的弯矩大小和分布变化不大;桩周围土体中不同位置产生不同的超静孔隙水压力,孔隙水压力发展对土体变形有一定影响。

循环荷载下黏土应变积累积强化模型研究

循环加载历史是影响土的动力特性的一个重要因素。通过对一种原状粉质黏土进行高循环次数单剪试验,研究了黏土体应变随剪应变幅值及循环次数的变化规律,以及由于体应变的累积对黏土动力特性产生的影响。试验结果表明,黏土的体应变随着循环次数的增多和循环剪应变幅值的增大而增大,而土的动力特性则随着体应变的不断累积而出现强化现象,表现为动剪模量增加,阻尼比减小。对累积体应变与动剪模量、阻尼比之间的关系进行了研究,提出了相应的强化关系式。在常用的非线性模型基础上,通过引入动剪模量的强化系数和阻尼比的衰减系数,建立了一种能考虑循环应变历史影响的土动力模型。

高应变状态下混凝土的非等应变幅重复受压性能试验研究

为了建立考虑高应变低周疲劳性能的混凝土受压本构规律,利用全数字化电液伺服式试验机及其位移控制加卸载功能,完成了最大应变以不同幅度超过ε0(ε0为与峰值应力对应的应变)的混凝土棱柱体的等应变幅多次重复受压试验(循环周数分别从624周到8931周),获得了其独特的低周疲劳特征及加卸载应力-应变规律。

循环荷载下滨海风积砂孔压发展规律试验研究

利用GDS动三轴试验系统,在不同的基准应变下对福建漳浦滨海风积砂施加不同幅值的等幅循环应变荷载,分析了滨海风积砂在循环应变作用下的孔压发展规律。试验结果表明:滨海风积砂的孔压在初始段迅速增长,之后循环应变幅值不同,孔压有不同的动力响应。小幅值作用下,过渡段大致为"S"发展趋势,后期试样结构崩溃,孔压值迅速达到围压值。密实砂抗液化能力随着基准应变的增大和循环应变幅值的减小而增大,但是中密砂受基准应变的影响很小。根据实验数据建立孔压增长对数模型,模拟结果与试验结果一致性较好。

侧限约束下回填砂分级加卸载力学响应

在公路路基和水利堤防工程中时常出现因回填砂压实不密造成局部沉陷的破坏问题.为降低此类破坏发生的可能性,利用三维应力-应变测试技术,开展轴对称条件下回填砂压实过程的力学响应研究.结合数值分析软件,对采集到的原始数据进行矩阵求解,并对循环荷载作用下的应力、应变、静止土压力系数以及应力-应变路径进行分析.试验结果表明,对于回填砂来说,压实次数并非越多越好,而是存在一个最优压实次数值;在试验初始阶段,随着循环次数增加,静止土压力系数增大,即砂土内部水平方向密实度增大;当循环次数大于6时,静止土压力系数不再增加.在一维竖向荷载作用下,荷载法向面内有效正应力响应落后于荷载平行面内有效正应力响应,建议压实过程中控制压实速率,做到有效竖向压实和水平向挤压.分析应力路径和应变路径可知,不同加载吨位和压实方式(不同形式荷载)会影响应力路径,进而影响应变形变.研究结果可为砂土作为填方材料的力学性能提供借鉴,也为实际工程中原位三维应力-应变研究提供参考.

应变累积对黏土动剪模量和阻尼比影响的试验研究

通过对比试验,研究了分级循环加载试验中的应变积累现象,分析其对土动剪模量和阻尼比的影响,并指出:由于剪切应变的积累,分级循环加载试验得出的滞回曲线随着加载级数的增加,而沿着剪应变轴逐渐发生平移,但其形状特性并未发生变化。讨论了分级加载试验数据处理的方法,试验结果表明:先前的较小幅值荷载作用下产生的累积应变对后继较大幅值荷载下测得的动剪模量和阻尼比影响较小。最后,分析了分级循环加载试验方法的意义。

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。

超深钻岩芯地质环境真三轴试验装置研制及应用

为研究超深部岩芯的变形与破裂行为,研制了超深钻岩芯地质环境真三轴试验装置。该装置主要用于测试超深钻岩芯加工的试样(25 mm×25 mm×50 mm)在真三轴应力下的全应力-应变行为、循环加卸载破裂行为和时效变形行为,解决了试样变形测量不准确、加载系统低刚度、高油压与作动器压力互相干涉等技术难题。利用该装置完成了山东黄金集团三山岛金矿西岭副井工勘孔岩芯真三轴应力下力学行为的测试,发现:循环加卸载弱化了试样的脆性破裂特征,诱导3个方向的变形表现出各向异性;分级蠕变试验中,试样3个方向的变形均表现出初始蠕变、稳态蠕变、加速蠕变,且3个方向的蠕变速率均随偏应力的增加近似线性增加。

考虑温度和加载影响的离子型中间膜拉伸力学性能

为研究温度和加载影响的离子型中间膜的拉伸力学性能,在低应变率范围内对其进行了-40℃~80℃的单调拉伸试验以及室温下的循环加卸载拉伸试验。基于试验结果,确定了离子型中间膜的力学性能特征指标。结果表明,随着应变率的升高和温度的降低,其强度普遍提高,但极限应变有所降低;断后试件有约80%的不可恢复变形;循环加卸载拉伸曲线的包络线与其相同条件下的单调拉伸试验曲线基本一致,随卸载应变的升高,其加卸载耗能能力提高,而割线卸载模量先减小后增大。基于试验结果,给出了低应变率下的G’Sell本构关系。在此基础上,根据割线卸载模量的变化,提出了加卸载应力-应变的变模量模型,对比模型预测关系曲线与试验曲线,两者吻合较好。

高强度钢材在±10%大应变下的循环加载试验

为实现高强度结构钢材拉压大应变循环加载试验,避免受压失稳,采用了标距与直径比为1.13的特小标距试件。有限元分析结果表明,在此标距范围内,钢材屈服后应力、应变仍是均匀的。标准尺寸试件与特小标距试件的单调拉伸试验结果对比表明,为去除大应变范围内试件面积变化影响而采用真实应力-真实应变表达钢材力学行为是必要和有效的。针对屈服强度达到510MPa的国产高强度结构钢材,采用了循环拉伸、等幅升幅、等幅降幅和等幅交替4种不同的循环加载制度,使最大循环应变幅达到了±10%。试验获得了大应变范围内钢材的应力-应变关系及滞回特性,结果显示,大应变范围内循环加载时钢材的应力强化将有显著趋缓现象,与常用的双折线模型有显著不同。

Mn18Cr18N钢室温拉压循环加载力学行为和微观组织演变机理

通过室温拉压循环加载试验,研究了Mn18Cr18N钢在±0.005~±0.10应变幅范围内的循环加载力学行为和微观组织演变。采用光学显微镜和透射电子显微镜观察了Mn18Cr18N钢包括金相组织、位错形态以及形变孪晶等亚结构在内的微观组织演变。研究结果表明,Mn18Cr18N钢在拉压循环加载中,循环力学特性和应变幅有关,随着循环应变幅的增大,Mn18Cr18N钢的循环应力幅呈现增大趋势。在应变幅为±0.10时,Mn18Cr18N钢经过1个周期循环加载后,流变应力为988.1 MPa,为0.2%初始屈服强度的1.6倍,这说明采用大应变幅循环加载提高了Mn18Cr18N钢的累积塑性应变,从而显著提高了强度。在较低应变幅(±0.005~±0.01)条件下,Mn18Cr18N钢的变形主要以平面滑移为主,位错重排和其他滑移系的激活是造成Mn18Cr18N钢循环软化的主要原因。应变幅较大时,高位错增殖使基体内应力升高,局部区域滑移困难,孪生机制被激活,Mn18Cr18N钢总体上呈现循环强化特性。

胶结钙质土的室内试验研究进展

天然胶结钙质土是广泛分布于热带及亚热带海洋中由生物碎屑经碳酸钙胶结或固结而形成的碳酸盐岩类。其独特的工程性质常常给岩土工程设计与施工带来麻烦,也正因此引起了研究者的兴趣并对其开展了较为全面的试验研究工作。针对天然胶结钙质土、人工胶结钙质土的室内试验以及人工胶结钙质土试样的制备等3方面取得的研究进展进行总结回顾,汇总了胶结钙质土的基本应力-应变行为以及围压、初始密度及胶结度等主要参数的影响规律,指出了研究中尚存在的问题,并对胶结钙质土的进一步的研究工作进行了展望。该工作必将对此领域的研究具有借鉴和指导意义。

LYP100钢材大应变下滞回性能

对LYP100钢材进行了单调拉伸试验和大应变下的循环加载试验,为了防止试件受压失稳,循环加载采用标距直径比为1.25的试件。循环加载一共做了4类共计7种加载制度,试验结果表明LYP100钢材具有十分明显的强化特征,表现为随动强化和各向同性强化的混合。通过对不同加载制度结果的对比,LYP100钢材的强化特征表现为同应变幅相关,这在目前的Chaboche模型中并未体现,需要对材料模型进行修改。此外,该文在Chaboche模型的基础上针对等幅加载的试验结果做了参数标定,采用标定后的结果进行计算,计算的结果表明Chaboche模型存在无法考虑应力强化同应变幅相关的缺陷。