直接剪切下页岩的各向异性破坏特征和强度预测模型

了解页岩剪切破坏特性对页岩气储层改造和井壁稳定性控制具有重要意义。然而,由于页岩本身的各向异性属性,页岩的剪切破坏行为复杂。本文对6种不同层理倾角(0°、30°、60°、90°、120°和150°)的立方体页岩进行了系统的直接剪切破坏测试,详细分析了在层理弱面影响下页岩的剪切应力–剪切位移、抗剪强度、剪切模量和破坏模式的各向异性特征。结果表明:页岩的剪切破坏表现为典型的非线性渐进破坏特征;页岩平均抗剪强度和剪切模量随层理倾角的增加均呈现“M”型变化趋势;在90°~180°的层理倾角区间,平均抗剪强度的极值差明显大于0°~90°区间,而剪切模量近似关于90°呈对称变化;当层理倾角从0°变化到180°时,页岩剪切各向异性行为呈现非对称演化规律。在层理倾角和直接剪切荷载作用下,页岩的破坏模式有3类:层理倾角为0°时,沿层理面剪切滑移破坏;层理倾角为30°、60°和90°时,表现为穿透层理和基质的剪切滑移破坏;其他倾角下呈现穿透层理和基质的剪切滑移与沿层理的拉伸劈裂相结合的复合破坏。基于试验结果和组构张量,构建了一个可考虑页岩本征各向异性和剪应力诱导各向异性影响的直接剪切破坏准则,其理论预测值与试验结果的平均偏差率低于3%,能够定量表征黏聚力和摩擦系数的各向异性程度,合理评估页岩直接剪切强度对外加法向应力的敏感性,可推广应用于理论表征所有层状岩土材料的直接剪切强度。

基于能量法的海洋黏土循环破坏准则试验研究

海洋黏土循环强度的合理确定对确保海洋结构物全寿命服役期的稳定性有重要意义。针对不同塑性指数IP长江口原状海洋黏土,开展了不同循环应力比CSR条件下的常体积循环单剪试验,结合能量法探究了原状海洋黏土的循环破坏准则。研究结果表明:原状海洋黏土存在门槛循环应力比CSR_(th),当CSR<CSR_(th)时,单圈能量耗散Wi只在较小范围内线性发展,土体不会发生循环破坏;当CSR>CSR^(th)时,Wi随循环振次N的发展曲线因土体结构的严重破坏而出现突变点,并以该点作为破坏点确定了破坏振次Nf和破坏双幅剪应变γ_(DA,f);长江口原状海洋黏土的CSR^(th)随IP增大增长呈现幂函数关系。随着CSR和PI的增大,Wi和γ_(DA,f)均逐渐增大,N_(f)逐渐减小。γ_(DA,f)/IP^(1.5)-CSR-CSR^(th)的数据点分布在一条较窄的范围内,且γ_(DA,f)/IP^(1.5)随CSR-CSR^(th)增长服从线性函数关系,提出了适用于不同海域原状海洋黏土DA,fg的评价方法。

双参数抛物型Mohr强度准则及其材料破坏规律研究

详细推导了双参数抛物型Mohr强度准则的一系列公式。首先,根据简单拉伸和压缩试验推导了该模型参数的公式,讨论了第一主应力和第三主应力之间的关系及破坏模式;然后,定义了摩擦角和破坏角,导出了相应的公式,并且给出了两者之间关系表达式。双参数抛物型Mohr强度准则既可描述剪切破坏模式,又可描述受拉破坏模式,且其对单轴抗压和抗拉强度比没有限制,所推导的破裂角公式可以为今后宏观裂纹开裂方向的计算和破坏模式的确定提供理论基础;而Griffith准则只是双参数抛物型Mohr准则的一种特殊情况。

单层球面网壳结构动力强度破坏的双控准则

针对在地震等强动力荷载作用下单层球面网壳结构的动力强度破坏问题,通过探讨结构的耗能机理,将结构塑性累积耗能与最大变形进行线性组合建立了动力强度破坏的双控准则,并应用动力破坏指数判定结构的动力破坏程度.以一个跨度为40 m的K8,6型单层球面网壳结构为例,应用动力破坏指数进行了强震下的结构动力强度破坏分析,并同结构最大变形和塑性杆件比例等指标进行了对比.结果表明,应用双控准则和动力破坏指数可以有效地进行单层球面网壳结构动力强度破坏的量化分析,并且对于存在局部刚度薄弱的网壳结构结果更加合理.

岩石、岩体的动力强度与动力破坏准则

就岩石与岩体变形与破坏的时间特性进行了理论研究.研究了岩石及岩体的强度对于应变率的依赖关系及其机理,给出了考虑强度对于应变率依赖关系的莫尔库仑准则,确定了岩体的破坏尺寸与应变率之间的关系.讨论了若干时间性破坏准则,揭示了它们之间的内在联系.最后讨论了动力强度理论的应用.

高温后混凝土三轴压的强度及破坏准则研究

利用大型混凝土静、动三轴试验系统,对经历了200、300、500、600℃高温后的普通混凝土进行了三轴抗压试验,应力比设为0.1∶0.25∶1、0.1∶0.5∶1、0.1∶0.75∶1和0.1∶1∶1,测得了混凝土的强度,并根据试验结果,系统地探讨了应力比和温度对处于常规三轴和真三轴受压下混凝土强度的影响。发现随温度的增加,混凝土三个方向极限抗压强度均相应降低,但在相同温度下,混凝土的极限抗压强度比单轴时增大。建立了三轴压混凝土在高温后的破坏准则。

多轴加载下混凝土细观破坏模拟的强度准则探讨

实际工程结构中混凝土材料大多处于双轴或三轴的复杂应力状态,已有的细观力学数值研究工作大多针对单轴加载问题,对于双轴或者三轴加载条件下混凝土破坏模拟的研究相对较少。复杂受力条件下的混凝土材料破坏模拟中,细观组分强度准则选取的合理与否将成为混凝土破坏模式及宏观力学性能数值研究准确和成功与否的关键。本文旨在探讨单轴强度准则,如最大拉应变准则在多轴加载条件下混凝土破坏过程研究中运用的合理性。鉴于此,首先在细观尺度上建立了混凝土试件的二维随机骨料模型,分别采用弹性损伤本构关系模型及塑性损伤本构关系模型来描述细观组分(即砂浆基质)的力学性能,对双轴加载条件下混凝土的细观破坏过程进行数值模拟,对比了单轴强度准则和多轴强度准则下混凝土试件破坏路径及宏观应力-应变关系的差异。数值结果表明,简单的单轴强度准则难以反映双轴加载下混凝土内部应力状态的复杂性,不宜采用单轴强度准则来描述多轴加载下混凝土的破坏行为。

冻结粉土的动强度特性及其破坏准则

在恒应变速率增长的等应变幅动力模式下，冻结粉土的动强度最初随静有效正应力增大而增加；在后者为７～８ＭＰａ时，动强度达到峰值；以后随着静有效正应力的继续增大，动强度趋于减小。不同应变速率下的动强度包络线呈现相似形式，服从抛物线破坏准则。研究中引进当量动内摩擦角φｅ和当量动内摩擦系数ｔｇφｅ概念，从而使抛物线破坏准则方程与线性破坏准则方程在形式趋于一致。当量动内摩擦角φｅ是一个动态变量，除取决于静有效正应力外，还与土温、应变速率、振频和土类有关，它小于σｓ＝０时的初始动内摩擦角φ０，并随静有效正应力增长而逐渐减小。

饱和砂土的动强度及破坏准则

本文以饱和砂土的振动三轴试验和振动扭剪试验研究为基础,给出了动荷载下土的瞬态有效抗剪强度理论,阐明了土的瞬态有效抗剪强度,包括粘聚力c_t(对于饱和砂土,c_t=0)、内摩阻力σft′tgφd′和动粘滞力ηY_t三部分,建立了瞬态有效抗剪强度的一般表达式。试验表明,饱和砂土的动有效内摩擦角φd′和动粘滞系数η是稳定的土性直,有效摩擦应力空间中亦存在一个稳定的强度破坏面,且与松岗元准则相当一致,从而给出了动荷载下饱和砂土的破坏准则。

不同骨料级配混凝土的双轴压强度试验和破坏准则

针对某大坝实际工程,用液压伺服静动态三轴试验系统,对某大坝工程不同骨料级配和尺寸的混凝土试件在双向压荷载作用下的变形和强度特性进行了试验研究。试件采用大坝原级配最大骨料粒径为80mm的立方体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为250mm×250mm×250mm、150mm×150mm×150mm、100mm×100mm×100mm。试验过程测得了所有试件两个加载方向的应力和应变以及未加载方向上的变形,探讨了不同级配混凝土的双轴抗压强度、极限变形、应力-应变曲线以及破坏形态的变化规律。试验发现大骨料混凝土在双轴压作用下的极限强度和变形能力要比相应的湿筛小骨料混凝土提高的更多,最后分别在主应力空间和主应变空间建立了不同级配混凝土的破坏准则。

基于非线性破坏准则的岩体剪切强度参数确定方法

剪切强度预测是岩体稳定性分析的重要内容,为了采用Hoek-Brown非线性准则描述岩体的剪切强度参数,利用理论推导和数值拟合的方法,探讨了Hoek-Brown参数到Mohr-Coulomb参数的转换过程,并分析了非线性准则中各个参数对于剪切强度参数的影响。结果表明,通过大量数据拟合回归的方法可确定剪切强度参数与Hoek-Brown准则参数之间的关系;随着地质强度指标GSI的增大,岩体的剪切强度参数c和准均不断增大,黏结力较内摩擦角对于岩体地质强度指标的变化更为敏感;二者随mi的变化幅度均不大,GSI对于岩体强度的影响大于mi。

冻土三轴强度破坏准则的基本形式及其与未冻水含量的相关性

在分析围压作用下冻土强度特征和冻土物理一土学性质某些变化的基础上，认为冻土强度包络线的基本形态可按抛物线分析处理，直线包络线和水平包络线是特定条件下抛物线包络线的特定段冻士强度包络线偏离摩尔一库仑线其中的一个根本原因是，围压作用下孔隙冰部分压融和土的冻结点下降，引起其中未冻水含量增加．通过分析，提出偏离值△Ｔ与未冻水含量变化 Ｗｕ的关系模型。

基于混凝土破坏准则的抗剪强度计算

本文基于混凝土的破坏准则讨论了无腹筋梁的破坏机理,从临界斜裂缝所形成的破坏机构出发,建立了弯矩平衡条件和变形协调条件,推导了无腹筋梁抗剪强度的表达式。该公式不仅适合于包括压剪、斜拉破坏在内的斜截面强度计算,也适合于弯曲破坏的正截面强度计算。因此,是梁的正、斜截面强度的统一表达式。同试验结果比较表明,本文的结论及计算结果均和试验符合良好。

混凝土双轴拉压动态强度及破坏准则试验

目的研究不同应变率和不同侧拉应力对普通混凝土强度的影响,建立普通混凝土的动态拉压强度准则.方法利用大连理工大学自行研制的大型静、动三轴伺服试验系统,对带有螺栓的哑铃形变截面试件和立方体试件,进行了不同侧拉应力和不同应变率下混凝土动态强度试验.结果混凝土动态双轴拉压强度随拉应力的增加而逐渐减小,随着应变率的增加而增加.当应变率为10-2s-1时,单轴抗拉强度增加幅度最小,为8.9%;当侧拉应力为1.4 MPa时增加最大,为32.8%.结论通过数据拟合得到了混凝土动态拉压破坏准则,为分析混凝土在动态拉压应力状态下混凝土结构的数值分析提供了依据.

冻融循环后湿筛混凝土强度试验与破坏准则研究

采用快速冻融法,对湿筛混凝土试件进行了冻融循环。利用大型动三轴试验机,对冻融循环后的湿筛混凝土试件进行单轴压和4种应力比的双轴压试验,观察试件的破坏形态和表面裂缝分布情况,测得双轴主压方向的极限强度,剖析了冻融循环次数和应力比对极限强度的影响规律。试验结果表明:随冻融循环次数的增加,湿筛混凝土的双轴压极限强度呈非线性降低;在冻融循环次数相同的情况下,双轴压极限强度相对于其单轴强度均有所提高,而提高幅度取决于应力比。提出了带有冻融循环次数和应力比参数的修正湿筛混凝土破坏准则公式,可为寒冷地区的海洋工程、水工结构强度分析和寿命预测提供理论依据。

循环应力作用下饱和软黏土的不固结不排水强度与破坏准则

通过循环三轴与循环扭剪试验,研究了饱和软黏土不固结不排水循环强度的变化。结果表明:当循环破坏次数给定后,饱和软黏土的不固结不排水循环强度取决于土单元受到的静剪(偏)应力,与其受到的围压无关;当作用在土单元上的静剪(偏)应力比从0.3变化至0.6时,饱和软黏土循环强度也逐渐增大。进一步,通过分析循环扭剪试验确定的循环剪切强度与循环三轴试验确定的循环压缩强度之间的关系,阐明了循环应力作用下饱和软黏土不固结不排水强度满足Mises破坏准则。依据本文研究结论,可以通过特定试验建立描述一般应力状态饱和软黏土单元不固结不排水循环强度的变化关系。

脆性材料的均强度破坏准则

在大量工程陶瓷和玻璃力学性能研究的基础上,针对脆性材料的强度特点,提出一个新的强度准则——均强度准则.指出了脆性材料存在一个固有特征——破坏发生区,并导出了相应的解析表达式.应用该理论解释了弯曲强度的尺寸效应,给出了不同尺寸试件弯曲强度的关系式.并通过一系列实验以及格里菲斯的经典实验验证了均强度准则的正确性和可行性.为工程陶瓷等脆性材料的力学性能评价提供了一个有效的破坏准则.

岩样三轴压缩的破坏形式和Coulomb强度准则

尽管岩样轴向承载能力与围压成线性关系 ,但岩样在围压下轴向压缩破坏的断面 ,并不能由Coulomb准则准确预示。截面倾角在 45°± 2附近时 ,基于粘聚力和内摩擦力的承载能力变化不大 ,实际破坏面的方位与岩样内部层理、缺陷等有关。砂岩具有明显的颗粒 ,岩样破裂面通常含有部分圆锥面 ,并不完全是平面 ,而石灰岩、煤的颗粒细微 ,破裂面则多是平面。对高径比为 2的圆柱岩样 ,在围压影响系数大于 4或内摩擦角达到 3 6 87°之后 ,倾角 45°± 2的平面将起止于岩样的端面 ,而不是侧面 ,难以利用Coulomb准则分析岩样的承载特性。

沥青混合料强度试验方法及破坏准则研究评述

复杂应力状态下沥青混合料强度特性研究,是一个重要且困难的问题,关键是选择合适的强度试验方法。基于此,该文对常用的沥青混合料强度试验方法进行了分析和评述,认为有必要创新三轴试验设备,开展复杂应力状态下沥青混合料破坏准则研究。

湿筛二级配大坝混凝土动态双轴拉压强度与破坏准则

目的研究湿筛混凝土在双轴动态等比例拉压荷载作用下的动态力学特性,建立湿筛混凝土双轴动态拉压强度准则.方法利用大型液压伺服静、动态三轴试验设备,对长宽高为150 mm×150 mm×300 mm湿筛二级配大坝混凝土棱柱体试件进行等比例双轴动态拉压加载试验,应变速率取10^(-5)~10^(-2)s^(-1).结果湿筛混凝土的动态强度提高效应无法抵消双轴拉压作用的强度降低效应,双轴动态拉压强度普遍低于单轴静态强度;湿筛混凝土双轴拉压强度的动态增长幅度与水工大骨料混凝土相当,均远高于相同条件下的普通混凝土.结论通过对试验数据的拟合,得到湿筛混凝土双轴动态拉压强度准则,为大体积混凝土结构进行非线性分析、探索动态强度机理提供数据支持和依据.