基于可破碎离散元法的堆石料应力变形及剪胀特性缩尺效应研究

缩尺效应对堆石料应力变形及剪胀特性有显著的影响,当前对其缩尺规律已有诸多认识,但缩尺机理仍不清晰.为进一步揭示堆石料缩尺效应产生机理,基于可破碎离散元法,通过开展不同尺寸试样的数值三轴剪切试验,探讨堆石料力学变形缩尺规律,并从宏、细观层面深入分析试样剪胀特性的缩尺规律,揭示其产生的细观机理.研究表明:试样尺寸越大,抗剪...     

帕色河粉砂岩的三轴强度特性及微观结构研究

为了研究帕色河水库的坝基粉砂岩强度和微观结构特点,对不同粒级的砂岩开展三轴剪切试验和CT扫描试验,旨在获取不同粒级砂岩的强度特征和微结构特征。结果表明,不同粒级砂岩的三轴剪切试验结果有明显差异,细砂岩试样的强度最大,中粒砂岩次之,粗粒砂岩最小,即粉砂岩强度存在"粒度效应";相同粒级的砂岩抗剪强度与固结围压值存在较好的线性关系;由CT扫描试验获得砂岩孔隙的二维截面图像,对图像信息进行统计,发现孔隙度和平均孔隙半径随着颗粒粒径的增大而增加;砂岩强度存在"粒度效应"的原因是:随着砂岩颗粒粒径的减小,其内部的孔隙数量和尺寸均减小,粉砂岩的致密程度有所增加从而使得其强度特性相对提高。     

塑性混凝土三轴受压本构关系试验研究

试验研究了掺黏土和膨润土龄期(540 d)的塑性混凝土三轴受压本构关系。根据定侧压三轴试验拟合不同围压下的塑性混凝土应力-应变曲线,对比发现(σ1=0.4 MPa,σ2=0.6 MPa)、(σ1=0.4 MPa,σ2=0.8 MPa)中高侧向围压下的应力-应变曲线基本一致,中高侧向围压下的应力-应变曲线上升段斜率及峰值压力比(σ1=0.2 MPa,σ2=0.4 MPa)低侧向围压的应力-应变曲线上升段斜率和峰值压力大,此外还提出了塑性混凝土定侧压情况下的峰值割线模量计算公式及三轴受压本构关系模型,为塑性混凝土三轴受压条件下数值仿真分析提供了依据,进一步推动塑性混凝土的工程应用。     

锦屏二级引水隧洞大理岩强度参数研究

高应力环境下,岩体加载强度和卸载强度差别很大,岩体的强度参数是工程设计中很重要的的参数。锦屏二级引水隧洞最高地应力达70MPa,对锦屏二级水电站引水隧洞取得的埋深2000 m左右的大理岩岩样进行单轴和三轴常规试验、卸荷试验、蠕变试验,试验围压最高值达到80MPa。试验结果表明：岩石属于硬脆岩石;大理岩围压效应明显,加载和卸载试验峰值强度随着围压增加而增加;相比常规三轴加载试验卸荷试验岩体黏聚力c 值降低约42.9%,内摩擦角增加约70.2%;岩体的流变属性为“弹-粘弹-粘塑性”,其流变力学模型可用西原模型来表征;流变长期强度凝聚力为0,内摩擦角为36.75.这些结论揭示高应力条件下大理岩的加卸载强度和长期强度,为引水隧洞开挖和支护长期稳定分析提供可靠依据。     

自然湿度及围压作用下的混凝土率效应试验研究

利用大型多功能静动力三轴仪系统地进行了混凝土常规三轴静动态抗压性能试验,分析了混凝土在不同水压(0、2、5、10 MPa、)中受不同加载速率(10~(-5)、10~(-4)、10~(-3)、10~(-2)/s)作用下的力学与变形特性。试验结果表明,混凝土的强度随应变速率的增大而增大,随围压增大而增大;峰值应变总体随应变速率增大而增大,随围压增大变化不明显;弹性模量随加载速率的增加总体呈增大的趋势,与加载环境的相关性较小;混凝土的破坏形态与应变速率及加载环境的相关性均较小。     

离散元团聚体法模拟颗粒破碎的参数影响研究

采用团聚体法开展颗粒材料的压碎数值试验研究,对影响单颗粒破碎材料特性的细观参数进行了系统性的分析,揭示其对单颗粒破碎的细观影响机制,并为选取用于团聚体法颗粒破碎模拟的细观参数提供一定参考。研究中分别对影响颗粒材料特性的细观参数进行敏感性分析。研究表明:子颗粒黏结强度对单颗粒破碎影响显著,颗粒峰值破碎强度随其增加呈线性增长趋势。随子颗粒间摩擦系数增加,黏结键越难发生剪切破坏,单颗粒峰值破碎强度随之增大;局部阻尼系数能够抑制黏结键破坏形成的应力波,从而使团聚体黏结键破坏的空间分布发生改变,因此对团聚体破碎后的碎片尺寸分布和破碎机制有着显著的影响。     

Q3黄土的三轴蠕变试验研究

采用改进的应力型三轴蠕变仪对Q3黄土进行了三轴剪切蠕变试验,对比分析了围压、干密度、含水率的变化对蠕变特性的影响,并通过对试验数据的分析,建立了Q3黄土的经验蠕变模型。试验结果表明：在同等条件下,饱和原状样的蠕变变形量大于重塑土样的蠕变变形量,且两者都大于天然含水状态的原状土样的蠕变变形量。围压越大,蠕变变形量越小;干密度越小、含水率越大,蠕变变形量越大。将模型计算出的结果与试验数据进行对比,两者基本吻合,从而验证了该模型的正确性。     

结构性对西澳残积土抗剪强度影响的试验研究

残积土结构性遭到破坏会导致工程事故,有必要研究其结构性对力学性质的影响。对西澳残积土的原状和重塑土分别进行单剪试验和三轴固结不排水试验,研究结构性对其抗剪强度的影响。试验结果显示:单剪试验中,不论是原状土还是重塑土,产生相同剪应变时,剪应力都是随着竖向应力的增大而增大;由于原状土的结构性较强,在较低的竖向应力作用下,要产生相同的剪应变,原状土比重塑土需要施加更大的剪应力;在较高的竖向应力作用下,原状土的结构性遭到一定程度的破坏,要产生相同的剪应变,需要施加的剪应力比重塑土小。三轴固结不排水试验中,围压较低时,原状土较强的结构性起主导作用,相同轴向应变下的剪应力比重塑土大;围压较高时,原状土的结构性被破坏,而其较大的孔隙起主导作用,在产生相同轴向应变时的剪应力反而比重塑土要小。重塑土在相同的轴向应变ε_a下,剪应力q随着围压的增大而增大;原状土在围压较小时,由于结构性较强,q～ε_a曲线随围压的变化不明显,在围压较大时,原状土的结构性被破坏,呈现和重塑土类似的规律。根据三轴试验结果提出了原状土和重塑土的G_(max)与p′之间的归一化关系式。比较单剪试验和三轴试验得到的抗剪强度,发现单剪试验得到的抗剪强度位于三轴试验得到的有效强度包线和总强度包线之间。最后对工程中类似残积土抗剪强度参数的选取提出建议。     

砒砂岩重塑土力学特性及本构模型试验研究

为研究含水率和围压对砒砂岩重塑土力学特性的影响,采用TSZ-6A全自动静三轴仪进行三轴剪切试验.试验结果表明:随着围压的增大,土体抗剪强度逐渐变大;含水率越大,土体抗剪强度越小,并且两者都近似呈线性变化的趋势.以含水率、围压为影响因素,依据邓肯-张模型建立了砒砂岩重塑土的本构模型.应用该模型对不同含水率、围压下砒砂岩重塑土的应力-应变关系进行预测,预测结果与实测结果接近,表明以含水率、围压为参数建立的预测模型能较好地反映砒砂岩重塑土的本构关系.研究可为砒砂岩土在工程建设中的应用提供基础理论依据.     

动荷载下EPS颗粒混合轻量土的动强度特性试验研究

为研究EPS颗粒混合轻量土的动强度特性,以黄土作为原料土制备试样,对EPS颗粒掺入比为0.14%、0.31%、0.54%、0.86%、1.31%,水泥掺入比为10%、15%、20%的EPS颗粒混合轻量土进行室内动三轴试验。试验结果表明:EPS颗粒混合轻量土在动荷载作用过程中,动应变增长比较平稳,没有出现变形急速陡转的情况,而且压应变明显大于拉应变。选择5%压应变作为破坏标准进行分析。随着围压和水泥掺入比的增大,EPS颗粒混合轻量土动强度增大;随着EPS颗粒掺入比的增大,EPS颗粒混合轻量土动强度减小。相比较于本试验配制的重塑黄土动强度,不同配比的EPS颗粒混合轻量土的动强度增大幅度为20.8%~232.9%。该结论可为EPS颗粒混合轻量土在地基改良方面的应用提供参考和理论支持。     

果蔬压缩力学性质与细观结构变位的动态响应

研究果蔬的压缩力学性质可为果蔬加工、运输、检测包装等生产环节提供设计参数及工艺优化依据。为此,以几种常见果蔬为研究对象,在INSTRON生物材料性能试验机上搭载了电子显微镜图像采集系统,在进行果蔬试样压缩力学性质试验测试的同时,对压缩变形过程进行了动态图像采集与分析,获得了果蔬的压缩强度极限、弹性模量等力学性质指标。同时,结合电子显微镜采集到的压缩过程果蔬细观结构变形图像,通过观察压缩过程果蔬细胞的变形、微结构变位及渗水等情况,分析了果蔬材料的屈服强度、压缩强度及材料破坏与细观结构变位的关联,了解了果蔬压缩力学性质与压缩过程中细观结构变位的动态响应。     

砒砂岩重塑土强度和应力-应变曲线试验研究

以内蒙古鄂尔多斯市南部准格尔旗作为研究区域,以当地紫红色砒砂岩重塑土为研究对象,使用TSZ-6A全自动静三轴仪,在常温下进行不同冻融循环次数、不同围压下的三轴剪切试验来分析砒砂岩的变形情况.研究结果表明:在每个冻融循环次数的不同围压下,砒砂岩重塑土试样的应力-应变曲线都呈现出应变硬化的特性,并且从应力-应变曲线分布上,大致都经历了3个阶段:近似完全弹性阶段、应变硬化阶段、屈服阶段.为了定量地分析了不同冻融循环次数下砒砂岩的强度参数,引入强度参数劣化系数K_C和K_φ,通过劣化系数曲线拟合得出强度参数劣化趋势函数.通过比较不同冻融循环次数下,砒砂岩重塑土峰值强度与残余强度的大小关系,分析了砒砂岩重塑土的应力-应变曲线软、硬化特性,并引入系数K_q来更直观地分析砒砂岩的变形情况.     

结构面倾角对岩块力学特性影响的离散元模拟

结构面的存在对岩块力学性质具有弱化作用,为揭示硬岩岩样单结构面倾角α大小对其力学性质影响的变化规律,同时检验Jaeger单结构面理论模型的可靠性,基于PFC2D建立了完整岩样及α分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°的双轴模型进行试验。研究表明:1α介于45°~75°时,试样沿结构面滑动,其余均为贯穿结构面的剪切破坏,围压增大使α=75°试样的破坏模式向贯穿结构面剪切发展;2α=60°时,位移场与完整岩样存在明显差别,其破坏模式不受围压影响;3试样微裂纹主要由切向黏结破坏引起,当强度超过峰值后法向黏结破坏逐渐增加,相同围压下贯穿结构面破坏引起的微裂纹数比沿结构面滑动的多;4结构面倾角和围压对试样峰值强度、轴向等效弹性模量和峰值前应变具有明显影响,理论的结构面倾角阈值并不明显存在。     

基于PFC的堆石体尺寸效应研究

采用PFC2D软件,对小浪底坝过渡料进行数值试验研究。通过对不同试样直径D对应的不同最大粒径的过渡料进行双轴试验,分析了试样尺寸对应力一应变一强度特性的影响,研究了室内试验存在的尺寸效应。结果表明,在相同围压下,随着试样尺寸及其对应的最大粒径的增大,初期弹性模量有所增加;同一试样,随着围压的增加,初期弹性模量有所增加,同时代表堆石体体变形能力的指标泊松比随之降低。     

混凝土细观非均匀性的数字图像描述

根据混凝土材料组成随机分布的特点,利用概率分布理论和数字图像技术来描述其细观组成,研制数值计算和图像处理程序,进行数值试验,并从细观层次上分析了混凝土的非均性,为认识混凝土的破坏机理和预测破坏形态提供了一种辅助手段.     

不同初始条件下分散性土动强度特性的试验研究

分散性土颗粒较细,透水性较弱,在低含盐量水或纯净水中细颗粒之间的联结力大部分甚至全部消失,在动荷载作用下容易产生超静孔隙水压力,导致强度减小或丧失。通过动扭剪试验,研究分散性土在不同的含水率（10％～22％）、围压（50-150kPa）和干密度（1．35～1．65g／cm。）条件下的动力特性。结果表明：含水率、围压和干密度影响土颗粒间的接触作用,从而影响试样的动强度。试验发现：其他初始条件相同的情况下,试样的含水率越低,其抗剪强度越大;围压越大,其抗剪强度越大;干密度越大,试样的抗剪强度越大;三者中以含水率对试样的动强度的影响最为显著。动强度参数丸和已的值随试样的干密度的增加而增大;在围压相同的情况下,分散性土的动强度随破坏振次的增加而减小。     

基于Hoek-Brown准则的岩石拉-拉剪破坏有限元模拟方法研究

岩石的拉伸、拉伸剪切破坏是工程中常见的破坏类型,基于Hoek-Brown准则研究提出一种模拟岩石拉伸、拉剪破坏的有限元计算方法。首先,结合岩石室内试验数据分析,Hoek-Brown准则可以很好地描述岩石拉伸、拉剪的力学性质。同时,鉴于岩石拉伸、拉剪破坏大都表现出脆性破坏的特征,可采用脆塑性本构模型近似模拟这种变形破坏。接着,推导给出Hoek-Brown准则的脆塑性本构模型有限元实现过程,将其嵌入有限元计算软件ABAQUS中。然后,对室内试验进行有限元模拟,模拟曲线与试验数据拟合良好,证明Hoek-Brown准则的脆塑性本构模型可以正确反映岩石拉伸、拉剪等破坏特征。最后,将所建模型应用于某输水隧洞工程,针对特征断面分析仅采用管片衬砌的可行性,为工程的衬砌设计提供指导。     

3DEC中红砂岩节理模型开发及数值模拟

利用人工劈裂的红砂岩节理进行直剪试验,研究了红砂岩节理三维形貌与节理峰值抗剪强度的关系。基于节理形貌参数提出了劈裂节理峰值抗剪强度模型,采用新模型和Barton强度模型计算了红砂岩节理的峰值抗剪强度,并与试验结果进行对比。分析表明:采用Barton模型计算的误差平方和为0.67;而新模型计算的误差平方和为0.05,能更好地描述岩石节理峰值剪切强度。结合Barton对节理剪切变形的研究和Bandis提出的节理法向双曲线模型,采用C++语言编写了3DEC离散元程序的自定义节理模型。通过节理单轴压缩试验及直剪试验的模拟分析,验证了新节理模型可以合理反映红砂岩节理力学特性。     

冻融循环对鄂尔多斯砒砂岩重塑土样力学性能影响

为了分析内蒙古南部鄂尔多斯市准格尔旗砒砂岩重塑土的力学性能,采用TSZ-6A全自动静三轴仪,在常温下进行不同冻融循环次数的三轴压缩试验,研究冻融对砒砂岩重塑土力学性能的影响.在不同冻融循环次数(0~7次)和不同围压(50~300 kPa)条件下,得到了砒砂岩抗剪强度、内摩擦角和黏聚力、弹性模量的变化规律.结果表明:在相同的冻融循环次数下,随着围压的增大,抗剪强度峰值呈线性增长.在相同的冻融循环次数下,砒砂岩黏聚力均随含水率增大而减小,内摩擦角随着含水率的增加呈现上下波动,因此冻融循环对抗剪强度的影响主要表现在对黏聚力的影响.在饱和含水率之前,弹性模量基本保持不变,含水率和冻融对其弹塑性的影响可以不考虑.达到饱和含水率后,偏应力-应变曲线不再存在直线段,砒砂岩弹性消失,全面进入塑性阶段.此研究可以为鄂尔多斯砒砂岩冻融侵蚀的破坏机理研究以及治理提供基础依据.     

新疆红枣残枝力学特性试验研究

新疆南疆地区因枣树管理每年修剪产生残枝约70万t,针对红枣残枝粉碎后多元化利用的需求,测定了红枣残枝的力学特性(压缩、弯曲和剪切的各项力学参数)和枣枝的物理性质(密度、含水率)。试验结果表明:红枣残枝顺纹压缩、横纹压缩和弯曲的应力-应变曲线图弹性段本构关系均符合胡克定律,剪切破坏为塑性破坏方式;枣枝顺纹压缩抗破坏强度、抗破坏弹性模量和承受外力功均大于横纹压缩,顺纹压缩功与抗压强度之间呈多项式函数正相关,横纹压缩功与抗压强度之间呈指数函数正相关;枣枝密度与抗弯强度、抗剪强度之间均呈多项式函数正相关,含水率与抗弯强度之间呈多项式函数负相关,与抗剪强度之间呈幂函数负相关。研究结果可为红枣残枝粉碎机械的设计和优化提供理论依据和参考。