混凝土尺寸效应的动态率相关性试验研究

为了研究应变速率和尺寸对混凝土动态力学特性以及变形规律的影响,对150mm、300mm、450mm的立方体混凝土试件分别进行了10?-5/s、10-4/s、10-3/s、10-2/s四种应变速率下的单轴压缩试验。试验结果表明,相同尺寸的混凝土峰值应力随应变速率的提高而增大;相同应变速率下混凝土的峰值应力、峰值应变均随混凝土尺寸的增大而减小;相同应变速率下, 混凝土的弹性模量随混凝土尺寸的增大而增大;不同尺寸混凝土的峰值应力不能仅根据规范中考虑的折减系数进行换算。     

历经单调荷载历史混凝土动态受压损伤特性的研究

研究了历经不同单调荷载历史后混凝土试件在不同应变速率（10-5/s、10-4/s、10-3/s）下的动态单轴受压试验,对比分析了混凝土应力-应变全曲线,并采用改进后的Weibull统计模型分析了单轴受压损伤特性。试验结果表明：在相同荷载历史下,随着应变速率的提高,混凝土峰值应力及弹性模量明显增加,峰值应变变化不明显;在相同的应变速率下混凝土峰值应力、峰值应变和弹性模量随荷载历史幅值的增加而降低,历经85%的单调荷载历史幅值后,混凝土残余强度降低显著;当单调荷载历史低于某一槛值时,荷载历史对混凝土强度影响较小,但是加载历史高于某一槛值时,混凝土损伤变量随应变速率的提高而增加,混凝土极限抗压强度明显降低。     

循环加载混凝土损伤特性试验研究

为了研究混凝土在循环加载情况下的损伤特性,采用真三轴材料试验机,对 的标准圆柱体混凝土试件在应变速率为10-5/s、10-4/s和10-3/s下进行单轴动态受压试验,研究了在循环加载下混凝土的峰值应力、峰值应变及弹性模量,并选取基于Weibull统计分布改进后的损伤本构模型进行损伤拟合验证。结果表明,在相同循环加载历史的情况下,随着应变速率的提高,其损伤变量值明显降低,其损伤应变槛值逐渐增大。该改进后模型可以有效描述单轴循环加载状态下混凝土的损伤过程。     

定侧压下混凝土双轴动态受压试验研究

利用大型电液伺服多功能动静力三轴仪对边长为300mm的立方体混凝土试件进行了4种侧应力（单轴准静态抗压强度fc的0、6%、12%、18%）和3种应变速率（10-5/s、10-4/s、10-3/s）下的双轴压试验,探讨了不同侧应力和不同加载速率下混凝土的强度特性和变形特性。研究结果表明：侧应力的变化对混凝土的抗压强度和变形影响很大,各侧应力下的最大影响幅值分别达56.53%和99.60%;相对而言,应变速率对混凝土的抗压强度和变形影响效果要弱,各应变速率下的最大影响幅值分别达6.28%和30.17%;随侧应力和应变速率的提高,混凝土的刚度逐渐增强。     

历史荷载作用对混凝土受压动态力学性能的影响

对历经单调加载历史和循环加载历史后的混凝土,进行了应变速率为10-5、10-4、10-3/s下的单轴压缩试验。试验结果表明：（1）历经单调加载历史的混凝土,随着应变速率的提高,峰值应力、峰值应变、弹性模量均增加;（2）历经循环加载历史的混凝土,随着应变速率的提高,峰值应力和峰值应变均增加,而弹性模量则减小;（3）在应变速率为10-5/s时,历经单调加载历史比历经循环加载历史的混凝土的峰值应力和峰值应变大,但弹性模量相差很小;在应变速率为10-3/s时,历经单调加载历史比历经循环加载历史的混凝土的弹性模量大,但峰值应力和峰值应变相差很小。     

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。     

压实黄土三轴湿化变形特性试验研究

采用常规三轴试验研究压实黄土浸水湿化变形特性,分析了不同初始含水率、压实度、围压、主应力差及湿化水头条件下黄土浸水湿化变形特点及原因.结果表明:土样固结稳定后进行浸水湿化再次达稳定状态所需时间随主应力差和初始含水率的增大而增大,随压实度、所加围压及湿化水头的增大而减小;土样湿化轴向应变随主应力差、湿化水头的增大而增大,随围压、初始含水率、压实度的增大而减小;而体变则随湿化水头增大而增大,随主应力差、围压、初始含水率、压实度的增大而减小.     

循环荷载下混凝土耗散能及塑性应变演化动态试验研究

对尺寸为300 mm×300 mm×300 mm立方体混凝土试件进行了4种应变速率下的单轴循环加卸载试验,分析了加卸载过程中混凝土耗散能及塑性应变随加卸载次数之间的关系。结果表明:低应变速率下耗散能随循环次数的增加先增大后减小,高应变速率下耗散能则逐渐增大;耗散能与试件破坏程度密切相关,耗散能越大试件破坏所呈现出的结构面越多,破坏程度越大;在整个循环加卸载过程中混凝土的塑性应变增量较为稳定,与耗散能不呈现明显的正相关性;加卸载循环过程中混凝土塑性应变几乎均匀增加,且与加载速率无关。     

安阳膨胀岩重塑样三轴加卸荷试验研究

对取自河南安阳不同深度处的膨胀岩重塑样进行了三轴加载和卸荷试验。结果表明:加载过程中,随着围压的增大,试样的应力应变曲线形态由应变软化型逐渐向应变硬化型转变,峰值强度以及残余强度随围压的增加呈线性增大。不同卸荷量卸荷时,试样的残余强度与卸荷量呈线性正相关,相关系数在0.9左右;峰值强度和弹性模量Eur与卸荷量呈线性负相关,相关系数在0.95左右。循环加卸荷过程中,试样表现出明显的应变软化性质,试样弹性模量Eur随着循环加卸荷次数的增加而增大,且增加幅度越来越小,最终增加幅度趋近于0,稳定弹性模量Eur比初始弹模增加10%左右。因此,在膨胀岩渠道开挖、蓄水及水位降落时,应该考虑其对膨胀岩渠道稳定性的影响。     

热循环作用下大理岩力学特性试验研究

采用TAW-3000型三轴伺服多场耦合试验系统,对细粒大理岩试样进行不同围压下经历不同热循环次数的三轴压缩试验,分析对比不同条件下大理岩的峰值强度、峰值应变、弹性模量的变化规律。由室温以10℃/min的速率加热至400℃后恒温4 h,再缓慢恢复至室温,这称为一次热循环。热循环次数设为0次、1次、2次、4次、8次5级,围压设为0、5、10、15、20、25、30 MPa 7级。研究结果表明,经历了热循环作用岩样的物理力学性质发生明显劣化,峰值应力、弹性模量均有不同程度的降低,并且热循环次数越高,降低幅度越大;峰值应变随着热循环次数增大而增大,但增大速率逐渐降低。     

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。     

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。     

自然状态和水饱和状态混凝土动态损伤的对比分析

为了研究自然状态和水饱和状态混凝土的强度及动态损伤特性,进行了不同应变速率下（10-5/s、10-4/s、10-3/s、10-2/s）单轴受压试验,并构建损伤模型对比分析了自然状态和饱和水状态混凝土的动态损伤。结果表明：在高应变速率下,水饱和状态混凝土损伤值明显增大,强度增加幅度较自然混凝土状态的高;低应变速率范围内,自然状态混凝土强度增加幅度较水饱和状态混凝土的低,应变速率为10-5/s时自然状态混凝土损伤值最大。     

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.     

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.     

基于宏细观耦合的塑性混凝土力学特性模拟研究

为揭示塑性混凝土细观破坏机理,基于PFC-FLAC3D耦合建立了柔性膜边界三轴试验模型,深入分析了塑性混凝土在围压效应和尺寸效应下的细观变形破坏特征,采用多元非线性公式定量描述了塑性混凝土宏观单轴力学强度-围压-三轴力学强度的经验函数关系,并结合室内试验结果验证了经验公式的准确性。研究结果表明：围压越大,对内部颗粒运动约束越强,低围压下的剪切带形态更明显。高围压有利于提高结构整体性,弱化抗压强度的尺寸效应。随着尺寸增加,试样中部侧向鼓胀变形减小,斜截面贯通连接的颗粒减少,导致X形剪切面特征逐渐减弱。最后,采用多元非线性拟合方法定量描述了单轴力学强度-围压-三轴力学强度联合关系,为后续研究提供理论基础。     

耕作层土壤在动载作用下的力学特性

利用日本产ＤＴＣ－３０６土壤动态三轴仪对东北地区黑壤土在不同围压和加载速率情况下，测得一组主应力差σ１－σ３与轴向应变ε的关系曲线，并利用所测的曲线对准静态情况下被广泛用于土壤与机具相互作用的有限元分析的Ｄｕｎｃａｎ－Ｃｈａｎｇ双曲线模型进行修正，得出了考虑加载速率影响的修正Ｄｕｎｃａｎ－Ｃｈａｎｇ模型。     

河道淤泥气泡混合轻质土动力特性及本构模型研究

河道淤泥气泡混合轻质土（FMLSS）是一种较新颖的疏浚淤泥在工程领域废物再利用方式。利用室内动三轴试验分析了不同的围压、含水率、水泥掺入量和气泡含量条件下FMLSS动应力应变骨干曲线的变化规律。结果表明,FMLSS动应力应变骨干曲线呈现先线性增加然后逐渐趋稳的规律,符合双曲线模型;相比围压、含水率和气泡含量的影响,水泥掺入量对FMLSS动应力应变关系的影响更显著。考虑到FMLSS力学性质的复杂性,对原有Hardin-Drnevich模型进行改进,提出修正系数k及其函数表达,再由拟合曲线反推求出k值并对其变化规律进行分析,发现k值随围压、水泥掺入量和气泡含量的增加而减小,随含水率的增加而增大。根据拟合结果对k值函数中的待定系数进一步优化,最后建立起符合FMLSS动力特性的修正Hardin-Drnevich模型,为其稳定分析、灾变预测及工程应用提供支撑。     

基于三轴剪切试验的原状黄土结构性研究

利用常规三轴剪切试验对陕西杨凌原状黄土的结构性进行研究。基于邓肯-张双曲线模型,对邵生俊提出的结构性参数进行改造,这样就避免了计算时人工插值求参数的繁琐和不准确性,以及克服了该公式在ε1=0和ε1=15%时没有意义的缺点。然后以此改造后的结构性参数为基础分析围压和含水率对黄土结构性的影响。结果表明:非饱和原状黄土的结构性参数随应变增大先降低后趋于稳定。在相同的含水率下,围压越小,结构性参数越大;在相同的围压下,含水率越低,结构性参数越大。最后,在原状黄土的应力应变关系中引入结构性参数后该曲线表现出了较好的归一性,说明了此结构性参数的合理性和可靠性。     

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。