力学实验室网络信息平台的组建

力学实验室信息组成对安全性、交互性要求高,合理组建网络信息平台是实现其信息交流网络化的关键.本文介绍了以校园网为基础组建内联网(Intranet)的方案.实践表明,使用该方案组建力学实验室的信息平台,解决了资源共享与信息安全的问题,是一个行之有效的网络信息平台组建方案.

岩石变形破坏过程中的能量耗散分析

岩石作为一种复杂的非均质地质材料,其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。岩石在变形破坏过程中始终不断地与外界交换着物质和能量,是一个能量耗散的损伤演化过程。采用损伤演化方程可以从宏观上描述损伤变量以及与其相伴的广义热力学力——损伤能量释放率的变化规律。进一步通过细观损伤力学的研究,可以揭示岩石变形破坏过程中能量耗散的内在机制。围绕这一基于能量耗散的岩石力学研究思路及其相关进展,最终将建立基于损伤演化及能量耗散的宏-细-微观多层次耦合的岩石力学体系,这有助于更准确地解决岩石工程领域中更多的力学分析问题。

冲击载荷下孔隙岩石能量耗散的实验研究

利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)进行了不同孔隙率人造岩石的冲击实验,分析了岩石冲击过程中能量耗散特性,探讨了孔隙率对岩石能量耗散的影响及岩石临界破坏时能量耗散情况。实验结果表明,冲击载荷作用下孔隙率对岩石能量耗散起着重要作用。在相同的冲击速度下,随着孔隙率的增加,岩石耗散的能量增加;岩石临界破坏所耗散的能量随着孔隙率的增加而减小。岩石能量耗散在一定程度上反映了岩石内部的损伤破坏情况。

高强高性能混凝土的高温力学性能和爆裂机理研究

作为一种新型高技术混凝土,高强高性能混凝土的高温性能是混凝土研究工作一项重要课题。系统地阐述了国内外关于高强高性能混凝土高温性能的研究现状,重点包括其高温作用下的物理力学性能、高温爆裂、爆裂机理及其预防措施等。

温度压力耦合作用下的岩石屈服破坏研究

以深部开采为背景,讨论了温度和压力对深部岩石变形和破坏规律的影响。将岩石的屈服破坏过程视为能量释放和能量耗散的过程,根据最小耗能原理导出了温度和压力耦合作用下的深部岩石屈服破坏准则。该准则具有明确的物理意义,即当岩石的塑性耗散能及温度梯度引起热传导的耗散能累积耗散到一定程度时,岩石就会发生破坏失稳。

活性粉末混凝土的制备技术与力学性能研究

利用低成本天然掺合料、在标准成型工艺和热水养护条件下制备出高性能的活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete）。通过详细地测试RPC立方体抗压强度、圆柱体轴心抗压强度、劈拉强度、弯折强度、弹性模量，对这些物理量随钢纤维体积掺量变化的规律进行分析。研究表明，在同时满足高性能、和易性和经济要求的前提下，钢纤维体积掺量宜控制在1％～2％。给出了RPC强度和弹性模量随钢纤维体积掺量变化的经验表达式。

实验室数据库管理的设计与实现

随着高校体制改革的深入，高校实验室亟需规范管理、提高效率，实现实验室信息资源的数字化、网络化管理成为实验室管理的发展趋势。在实验室信息化的建设中，开发合理的实验室管理信息系统(LIMS)是当前的研究重点。本文介绍了基于分布式关系型数据库的实验室管理信息系统。该系统有效地将实验室各种信息数据及其关系保存在实验室服务器上，并具有良好的操作发表主安全性。经过实践表明，数据库管理是一种科学高效的实验室管理方式。

爆炸荷载作用下煤岩巷道底板破坏的数值分析

以中国西南某煤矿爆破底板透水事故为背景,利用 ANSYS/LS-DYNA 程序简要分析了爆炸发生时岩层中的应力波传递与巷道混凝土底板的破坏过程,给出了煤岩巷道底板破坏时耦合装药的临界药量,分析了饱和岩石和干燥岩石界面位置对混凝土底板破坏的影响。

孔隙岩石的SHPB试验研究

利用分离式Hopkinson压杆装置测量砂岩的动态力学特性,分析冲击过程和砂岩能量耗散过程,进一步讨论孔隙率对人造岩能量耗散的影响。试验结果表明:利用一维应力波理论得到动载下砂岩的应力–应变关系曲线,有助于在数值模拟计算中选择合适的模型和参数;由于砂岩中存在大量的缺陷(微裂隙、空洞和孔隙等),故在冲击载荷作用下具有明显的压剪破坏形式;孔隙率对冲击载荷作用下岩石能量耗散起着重要作用;在冲击载荷作用下,随着岩石孔隙率的增加,岩石耗散的能量也增加。

钢纤维活性粉末混凝土的高温爆裂试验研究

制备了纤维率为0、1%和2%三种钢纤维掺量的活性粉末混凝土(RPC)试件,利用自行设计的加温装置测试了高温条件下RPC试件的爆裂行为。试验结果表明:在试验条件下,当试件中心温度为250℃左右时,活性粉末混凝土会发生爆裂,与素RPC试件以及高强混凝土相比,掺加钢纤维未能显著提高试件的爆裂温度,但可以降低试件爆裂的破坏程度,钢纤维掺量2%时,这种降低作用更加明显。表明高温条件下钢纤维较好发挥了增韧作用,有效抑制了裂纹的扩展和试件的开裂。

混凝土断裂及亚临界扩展的细观机制

通过模型和三点弯曲断裂SEM试验,详细研究了混凝土断裂全过程及亚临界扩展的细观机理。结果表明:混凝土断裂是一个复杂的不规则过程,存在明显的亚临界扩展现象。混凝土亚临界扩展路径是曲折的,并非经典断裂力学假定的平直路径,混凝土亚临界扩展和临界失稳扩展呈现分形特征。用起裂断裂韧性iICK和分形等效断裂韧性feICK,来描述混凝土抵抗初裂和临界失稳扩展的能力。给出了考虑亚临界扩展弯折效应的混凝土亚临界扩展长度、混凝土起裂断裂韧性iICK和分形等效断裂韧性feICK,的计算表达式。计算表明:混凝土失稳断裂时的分形等效断裂韧性feICK ,与混凝土亚临界扩展的分维数D成正比。

混凝土亚临界裂纹扩展的分形效应

通过三点弯曲断裂SEM试验,获得了混凝土断裂全过程的扫描电镜图像.采用分形几何方法对裂纹扩展路径进行了考查,并对获得的数据点进行了回归分析和回归结果的相关性检验,论证了裂纹亚临界扩展的分形性质,得到了细观裂纹路径的分形维数D.此外,还探讨了分维D与断裂能GF之间的关系.

活性粉末混凝土的研究与应用

从活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)的制备原理、制备方法、物理力学性能以及工程应用等方面,概要地介绍了RPC混凝土材料的最新研究进展及工程应用。

钢筋混凝土盾构衬砌结构的三维数值分析

结合地铁盾构隧道工程实例,应用三维有限元模型和ANSYS程序分析了上部和周围土体荷载作用下钢筋混凝土衬砌的应力、应变分布与开裂规律。模型考虑了衬砌与周围土体的共同作用、土体和钢筋混凝土材料的弹塑性性质,通过刚度折减考虑了管片接头不连续性对衬砌应力、应变与开裂性质的影响。

盾构隧道衬砌结构应力与变形的三维数值模拟与模型试验研究

结合广州地铁三号线盾构隧道工程实例,提出钢筋混凝土衬砌结构三维非线性有限元计算模型,应用非线性有限元程序ANSYS分析了上部和周围土体荷载作用下衬砌的应力场与变形情况。结构计算模型采用三维实体单元,考虑了衬砌与周围土体的共同作用、土体和钢筋混凝土材料的非线性性质,通过模型刚度折减考虑了管片接头的不连续性对衬砌应力和变形性质的影响。为验证数值分析结果,进行了衬砌结构的相似模型试验。给出了衬砌结构的应力场、应变场、结构整体位移以及裂纹的分布图。

煤矿开采中的岩层应力分布与变形移动的DDA模拟

应用DDA数值方法模拟分析了深部煤矿开采中上覆岩层的应力场变化和变形移动规律,并与相似物理模型试验进行了对比。结果表明:DDA法可以有效地模拟出上覆岩层的应力场变化趋势和变化范围、不连续块体的变形和位移、岩层垮落和“离层”现象。数值模拟结果与模型实验结果相吻合。

深采煤层巷道平动式冲击失稳三维模型研究

在LippmannH关于冲击地压基本理论的基础上,建立了深采煤层巷道平动式冲击失稳三维准静态模型,模型可适用于顶底板为岩石的煤巷或半煤巷中发生煤层整体冲击失稳的机理分析。该模型考虑了煤层内部滑动摩擦对煤层突出的阻碍作用,分析了煤层整体突出前临界状态下的应力分布情况,得出了更合理的煤层突出范围度量指标及煤层整体突出倾向性的判定方法。结合赵各庄矿实际生产情况,分析了深部开采条件下煤层巷道动力失稳灾害的发生机理以及突出区域相关几何量之间的关系。

应力波作用下岩石类孔隙介质变形破坏与能量耗散机制的数值模拟研究

通过CT扫描、X射线衍射和物理实验等方法获取了天然砂岩的孔隙结构参数、矿物组成和物理力学性质,研制了具有与天然砂岩相同的孔隙结构特征和基体性质、但孔隙率不同的岩石类孔隙介质的物理模型.利用孔隙介质物理模型的CT扫描图像和MIMICS构建了具有不同孔隙率的孔隙结构三维有限元模型.通过设定应力波动理论假设的条件模拟了孔隙介质SHPB冲击破坏过程,分析了波动应力作用下岩石类孔隙介质的动力学响应、应力传递模式和变形破坏机制.研究表明:利用孔隙介质三维有限元模型可以直观定量地分析应力波传播过程中岩石类介质内部孔隙和基体的应力、应变状态及变形破坏机制.一定压强和波速的应力波传播过程中,孔隙率低于15%的岩石介质内部的孔隙未发生明显变形,变形主要体现为孔隙周边基体的微塑性(剪切变形)和开裂(横向拉应变),以及孔隙周边开裂区域的相互连通.剪应力使基体单元产生微塑性,拉应力使基体单元开裂.孔隙周边基体单元的破坏及相互贯通主要是由于基体单元的横向拉应力或拉应变超过材料的极限值.模拟得到的孔隙介质的应力波传播规律、变形与破坏模式以及能量耗散性质与物理模型的实验结果相吻合.本文研究为解析岩石类孔隙介质的复杂多变动力学响应的内在机制、应力传递模式、变形破坏与致灾机理提供了参考.

爆炸波在岩体巷道中传播和能量耗散的数值分析

从工程实际出发,利用ANSYS/LS-DYNA程序数值分析了爆炸发生时岩层与巷道混凝土板中应力波传播与能量耗散过程,给出了上层岩石的损伤演化规律,分析了不同爆源位置对巷道混凝土板的破坏及其总能量的影响.数值计算表明,在爆炸近区,应力波衰减较快;封闭爆炸情况下,岩石破碎区范围为1.1～3.6倍药包半径,损伤区范围为3.6～10.0倍药包半径;随着爆源到混凝土板距离的减小,混凝土板吸收的能量逐渐减小.该计算结果对工程爆破具有一定的参考价值.

扫描电镜下的数字散斑相关方法及其应用

对数字散斑相关方法(digital speckle correlation method,DSCM)在扫描电镜(scanningelectron microscope,SEM)下的应用进行了研究。将DSCM与带电液伺服试验系统的SEM结合起来,对二者结合的过程进行了分析,实现了SEM下细微观变形场的测量,扩展了DSCM和SEM的应用范围。为了定量地把握SEM在扫描图像时放大倍数的不稳定性、非线性和内部噪声对DSCM的影响,还对SEM下的DSCM精度和误差进行了实验分析。统计结果表明,SEM下应用DSCM进行变形场的测量,其位移测量误差最大可达2像素,其精度可以满足一般变形场测量的需要。作为应用实例,对混凝土试件在SEM下的断裂行为进行了研究,得到了混凝土试件表面随着载荷的变化而变化的表面细观变形场。