室内环境下UHPC非线性徐变特性研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)非线性徐变阈值与特性,对不同初始龄期加载与应力比的圆柱体UHPC试件开展室内环境下徐变试验,测试试件在加载100 d期间的轴向与环向应变。根据试验结果,计算UHPC在不同应力比下的徐变系数、非线性徐变放大系数与名义泊松比,分析普通混凝土非线性徐变放大系数模型对UHPC的适用性,得到适用于UHPC的非线性徐变放大系数模型。结果表明:UHPC的徐变类似于普通混凝土,但UHPC的非线性徐变特性更显著,其非线性徐变阈值为0.3 f_(c)(f_(c)为混凝土抗压强度);传统的普通混凝土徐变模型高估了UHPC的非线性徐变阈值且低估了非线性徐变放大系数;UHPC的名义泊松比在加载后增长显著,表明非线性徐变与试件内微裂缝扩展有关;本文模型计算结果与试验结果吻合较好,最大相对残差仅9.9%,可用于UHPC非线性徐变计算。

基于应力与时间双阈值的岩石全时态非线性蠕变损伤模型

为了更恰当地描述岩石蠕变损伤过程的非线性变形规律,建立损伤因子与时间的函数,以应力和时间作为控制因素对岩石蠕变阶段进行重新划分,引入瞬时塑性体元件改进Bingham体,串联村山体以及CYJ体分别对蠕变各阶段进行描述,并结合损伤理论对模型中的弹性元件和黏性元件进行处理,建立岩石的一维和三维非线性蠕变损伤模型本构方程。通过室内三轴压缩蠕变分级加载及卸载试验给出岩石蠕变过程中村山体,CYJ体的弹性元件和黏性元件参数演化规律,以及损伤效应的累积发展趋势,并对该过程进行参数识别,对比验证所建立模型的可行性与正确性。研究表明:模型中村山体弹性元件的硬化作用与黏性元件的损伤作用,两者之间的动态演化构成了岩石等速蠕变阶段的变形特点,表现在等时应力–应变曲线中两拐点之间的平衡关系;CYJ体中时间与应力的共同作用促进了黏性元件与岩石自身损伤之间的相互叠加,进一步削弱岩石抵抗变形的能力,从损伤累积发展曲线上可以得到验证,随着应力的增大和时间效应的显现,岩石损伤累积呈现指数增加,岩石的蠕变过程是关于损伤产生→扩散→累积→释放的全过程。在模型参数识别验证中,拟合曲线与试验曲线的相关系数R2达到了0.982,验证了构建的全时态非线性蠕变损伤模型的可行性。采用非线性元件和损伤力学处理相结合的方法来构建岩石的全时态非线性蠕变损伤模型,不仅能够表征整个蠕变过程的损伤演化,而且能够准确描述岩石加速蠕变阶段的非线性变形规律,是对蠕变模型构建方法的一种新的尝试。

基于应力-时间双阈值条件的岩石黏弹塑性蠕变模型

针对传统蠕变模型在衰减蠕变阶段拟合精度不高、无法刻画加速蠕变阶段非线性特征的不足,根据岩石流变试验中黏性系数在不同应力水平和不同蠕变阶段中的变化规律,建立了2种黏性系数随应力水平和时间变化的黏性元件N_(1)、N_(2),将N_(1)替换饱依丁-汤姆逊体中的黏性元件,将N_(2)与包含应力阈值和时间阈值双开关的塑性元件组合得到一个新的黏塑性元件,将其与改进后的饱依丁-汤姆逊体串联,得到一种新的岩石非线性黏弹塑性五元件蠕变模型,并推导至三维应力状态。对提出的蠕变模型进行稳定性及模型参数敏感性分析,从理论上证明了模型的合理性和科学性。阐述了模型各参数的求解方法。基于岩石加速蠕变阶段应变-时间曲线的特点,研究了加速蠕变阶段启动时间的确定方法。采用该模型对工程现场大尺寸软岩压缩流变试验和室内小尺寸饱水硬岩剪切流变试验数据进行拟合验算,计算结果的相关性系数均在0.95以上,说明拟合效果较好,验证了该模型的正确性和适用性。结果表明:根据流变试验各阶段岩石黏性系数随应力及时间的变化规律,采用流变力学理论构建的黏弹塑性蠕变模型物理意义明确,应力、时间双阈值条件下拟合得到的模型参数更准确,能更好地刻画岩石加速蠕变阶段的非线性特征。