颗粒材料双轴试验离散元数值模拟(英文)

为了得到颗粒材料的力学参数与试验条件之间的关系,选取5组粒径范围的颗粒材料,利用离散元方法生成初始试件,并数值模拟了其双轴试验,分析了不同围压对材料弹性模量和强度的影响,以及不同加载速率下材料的弹性模量、泊松比和强度的变化规律。提取了围压为10MPa与加载速率为0.03m.s-1时5组试件的应力-应变曲线,从微观角度给出了荷载作用后试件中的裂缝分布。模拟结果表明:随着围压的增大,5组试件的弹性模量和强度增大,增长趋势相对平缓,但粒径为9.50～13.20mm的试件出现较大波动;加载速率与弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力基本呈二次多项式关系,最小判定系数为0.9009,最大为0.9959;在5组试件中,随着粒径的增大,由应力-应变曲线得到的应力峰值减小。     

砂浆对灌芯混凝土砌块砌体抗剪性能影响试验

对铺浆和无浆两组共24个灌芯混凝土砌块砌体抗剪性能分别进行了试验,对各砌块的抗剪破坏过程进行了观测.根据试验现象及所采集的加载数据,分析了铺浆灌芯混凝土砌块和无浆灌芯混凝土砌块的抗剪破坏机理及破坏形态.用所测得的抗剪强度平均值与砌体规范抗剪强度平均值公式的计算值进行对比,试验值略高于规范公式的计算值.分析表明,水平灰缝处的砂浆对灌芯混凝土砌块砌体的抗剪性能及抗剪强度影响较小,而竖向灰缝处的砂浆有利于改善灌芯混凝土砌块砌体的抗剪受力性能,影响砌体的抗剪破坏形态,进而提高砌体的抗剪强度.     

早期竖向压应力对水平钢筋与砖砌体界面粘结性能的影响

基于配筋砌体在施工过程中水平钢筋实际的受力状态,设计试验装置使配筋砖砌体试件在砂浆凝结硬化前承受早期竖向压应力,通过拉拔试验的方法得到水平钢筋与砖砌体界面的破坏形式和粘结滑移曲线,并建立τ-s曲线粘结参数,对比分析预加早期压应力的配筋砖砌体试件与常规试验的后持荷试件在不同竖向压应力状态下粘结参数指标的变化差异.试验结果...     

黏土脏污对道砟集料的应力-剪胀关系影响

列车循环荷载下，铁路地基层中的黏土颗粒会逐渐侵入道砟层，降低道床承载性能. 通过开展一系列大型直剪试验，对黏土脏污质污染下的受格栅加筋道砟集料和未受格栅加筋道砟集料的强度及变形发展、应力-剪胀关系进行了研究. 试验结果表明:随着脏污程度的增加，道砟集料在剪切过程中强度及法向变形均降低；干净道砟集料的应力比与剪胀比呈一阶线性关系，而黏土污染的道砟集料塑性增强，在剪应力峰值状态下剪胀比更高而抗剪强度发展缓慢，导致应力比与剪胀比呈二阶多项式关系；高法向压力下，道砟集料具有更低的剪胀比；黏土脏污质的存在会减小道砟集料的变形破坏速率，但降低了集料的抗剪强度，而格栅的加筋作用可弥补由于黏土脏污引起的强度降低.      

混合应力状态下隧道混凝土的剪切性能

邻近现有隧道或车站的地下工程开挖可能会引起挖掘扰动区域的应力卸载和剪切变形。然而,此类混合应力状态对隧道混凝土剪切破坏和变形特征的影响尚不明确。为了研究此类混合应力状态对剪切性能的影响,设计了隧道混凝土试件在混合应力状态下的直剪试验。此类混合应力状态的实现包括3个主要步骤:①加载法向应力到初始法向应力(INS);②加载剪向应力到初始剪向应力(ISS);③卸载法向应力并同时再次加载剪向应力直至发生破坏。试验中考虑了INS和ISS的不同组合。结果表明:该混合应力状态对隧道混凝土试件的剪切破坏和变形特征具有显著影响;随着INS的升高,步骤③中的剪向位移(V_u)减小,法向位移(U_u)增大,而随着ISS的升高,V_u下降,U_u仅略微波动;在步骤③中,较大的卸载量(m_u)并不总会产生较大的位移;在当前测试条件下,混合应力状态导致破坏剪向应力的增大和卸载量(m_u)的减少。     

冻融循环对云贵高原尾矿土力学性质的影响

为研究尾矿力学指标在冻融循环过程中的弱化规律，基于冻融尾矿土的常规三轴固结不排水剪切试验，对冻融前后尾矿土的各项力学指标进行了分析. 首先对尾矿土试样进行开放条件下的冻融试验，设置0、1、5、10、15次冻融；然后对不同冻融次数下的尾矿土进行常规三轴固结不排水剪切试验，设置50、100、200、300 kPa 4组围压；最后基于试验结果，对抗剪强度、峰值抗剪强度及弹性模量等力学指标进行分析. 研究表明:冻融对尾矿土的力学性质影响显著，随着冻融次数的增加，其应力-应变关系曲线由应变软化型逐渐向加工硬化型发展；破坏形式由脆性剪切破坏转变为延性破坏，剪切过程中孔压负增长的趋势逐渐减弱至消失；抗剪强度指标、峰值抗剪强度及弹性模量逐渐降低，其中，尾矿土受第1次冻融的扰动最大，表现为有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低了30.55%和6.33%；峰值抗剪强度下降比的平均值达42.66%，弹性模量下降比的平均值达33.61%；10次冻融后尾矿土的力学指标趋于稳定，从第10次到第15次冻融，有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低2.94%和0.37%；峰值抗剪强度下降比的平均值和平均弹性模量下降比的平均值分别为2.53%和4.03%，建议采用冻融10次的力学指标作为工程设计的依据.      

大理岩真三轴单面卸荷条件下加卸载试验研究

为了准确地评价巷（隧）道开挖面附近围岩的稳定性,采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统对大理岩岩样进行第三主应力单面卸荷加、卸载试验研究. 通过高应力巷（隧）道开挖围岩失稳机理分析,采用不同应力加卸路径模拟能量积聚型和应力集中型两种物理工程破坏模型,进一步分析两种破坏模型的应力-应变曲线规律、破坏特征和强度特征. 研究结果表明:随着卸荷面应力的减小出现扩容现象,主要破坏面在临空面附近,随着轴压的升高,劈裂破坏范围增大,卸荷临界值也增大;随着围压增高,屈服点和峰值点增大,并且屈服点和峰值之间的曲线斜率较为平缓,破坏由局部张拉-劈裂-剪切复合性破坏发展成整体劈裂破坏;同围压条件下卸荷破坏强度是加载破坏强度的80%,岩体卸荷比加载更容易破坏,进而修正了广义Hoek-Brown强度准则.      

岩质边坡物理模型试验相似材料研究

岩质边坡物理模型试验中相似材料的选取与制作,通常只是考虑密度、粘聚力、内摩擦角和弹性模量参数在数值上的相似关系,并未考虑相似材料是否能够再现复杂应力条件下岩石的强度和变形特性. 为了解决这一问题,通过统计分析汶川地震所诱发滑坡的地层岩性,选取其中常见的石英岩和砂岩作为沉积岩原型;确定相似材料制备的主要控制指标以及试样成型方法,并分别采用两种常用的地质模型相似材料制备方法,在实验室制备其三轴压缩试验标准试样;开展两种相似材料标准试样的三轴压缩试验,研究其在不同围压条件下的应力应变特性与破坏模式. 试验结果表明:不同围压条件下,实验室制备的两种相似材料标准试样在剪切破坏之前的应力应变曲线变化规律同实际的岩石原型相符,表现为线弹性关系;相似材料标准试样所受围压与其单轴抗压强度的比值不同的情况下,试样剪切破坏时所受偏应力与其单轴抗压强度的比值与实际岩石原型三轴试验中的比值相近,但相似材料试样的破坏应变均小于实际岩石原型的破坏应变.      

含水率对砖砌体抗剪强度的影响

通过含水率对砖砌体抗剪强度影响规律的试验,分别测出不同砖砌体试件整体含水率、砖的含水率和砂浆缝砂浆的含水率与抗剪强度之间的关系,得到砖砌体试件随浸泡时间含水率的变化规律,给出了考虑含水率的砖砌体抗剪强度计算公式.通过试验可以看出,含水率对砖砌体抗剪强度有着重要影响,有关规范中应予以考虑.     

不同应力路径下钢块的塑性阶段应力分析

本文以长方体钢块为研究对象,在三种不同的加载路径下加载位移到同一状态,根据Mises准则和普朗特-罗伊斯本构关系对其应力状态进行了相关理论计算。并利用有限元软件ANSYS模拟分析三种路径下钢块的受力状态,最后将理论计算与数值分析结果进行比较,结论是钢块在多向拉伸或压缩时的承载极限比单向拉伸或压缩的承载极限大。     

砌体结构体外预应力抗震加固计算方法研究

利用砌体剪-压复合受力的相关性所带来的抗剪潜力,提出了采用体外预应力法对砌体结构进行抗震加固。通过整体张拉通长设于砌体墙外部两侧全高范围内的预应力筋对墙体施压,改善了结构自身内在的抗震性能。据库仑强度理论,以典型的四层砌体教学楼结构为例,讨论了该种抗震加固设计的简化计算方法。同时,考虑到结构各楼层各位置墙体受压状况的不同,提出了采用＂预应力分级键＂对预应力筋进行分级张拉的策略,实现了按照各墙体所需来施加对应大小的压应力,从而将原结构的有利因素充分调动起来为抗震加固服务,必要时还需设置柔性斜拉杆。     

三向应力下典型岩石破坏预警及峰后特性

为探讨岩石在三向应力下的变形、破坏规律及其峰后本构模型,对不同围压下石灰岩和砂岩进行了三 轴压缩全过程试验,分析了2种典型岩石的变形、破坏规律和峰前、峰后承载能力与变形之间的关系,在此基础 上建立了岩石的本构模型.研究结果表明:石灰岩在低围压下易于发生失稳破坏,在高围压下较难发生失稳破 坏,围压的增大对岩爆有一定抑制作用;同种岩石峰值应力时对应的环向应变不随围压的改变而改变,近似为一 定值,可以将其作为岩石破坏的一个预警指标;石灰岩的剪胀效应发生在破坏后,而砂岩在轴向应力达到其峰值 的70%左右时就开始出现剪胀;岩石峰后应力与其承载能力相等,由侧向变形控制,随侧向变形增大逐渐衰减 至残余强度;基于本构模型的计算结果与三轴压缩试验结果吻合较好.      

集中荷载作用下部分预应力混凝土箱形截面约束梁抗剪强度试验研究

本文应用变角桁架模型和软化斜压力场理论,对所做的12片部分预应力混凝土箱形截面约束梁在弯矩-剪力作用下的抗剪强度进行了分析。着重研究了抗剪强度随剪跨比、预应力值和配箍率变化的规律。并引入了随剪跨比变化的系数K以反映集中荷载作用下的竖向压应力Δσ,对抗剪强度的影响。理论分析和试验结果进行了比较,符合程度较好。     

服役温度对BFRP/铝合金粘接接头静态失效的影响

在车辆轻量化设计过程中, 为了预测BFRP/铝合金粘接接头在服役温度下的静态失效行为, 加工了处于拉应力、剪应力与拉剪组合应力状态的粘接接头, 根据车辆服役温度特点, 选取-40℃、-10℃、20℃、50℃、80℃五个温度测点, 通过准静态拉伸试验, 得到不同应力状态下接头失效强度随温度的变化规律, 分析了粘接接头失效形式和失效准则; 基于粘接接头在不同温度下的拉、剪应力, 建立了接头的二次应力失效准则方程, 对不同温度下的接头强度进行失效预测。分析结果表明: 粘接接头的失效强度受温度的影响明显, 随温度升高, 失效强度减小; 粘接接头中剪应力和拉应力的不同占比也会对接头失效强度造成一定的影响, 随着剪应力比例增大, 温度升高使接头失效强度下降更明显; 相比于低温-40℃, 高温80℃时的拉伸接头与剪切接头失效强度的下降幅度分别为47.77%与61.49%;随着温度升高, 粘接剂的失效应力和杨氏模量逐渐减小, 而失效应变逐渐增大, 说明温度很大程度上影响了粘接剂的力学性能; 粘接接头失效形式为内聚和纤维撕裂的混合失效, 拉应力作用下接头更容易发生纤维撕裂, 并且随温度升高, 纤维撕裂面积减小, 因此, 为了防止纤维撕裂, 需要避免粘接接头受拉应力作用; 粘接接头在不同温度下的二次应力失效准则曲线拟合精度均在0.957以上, 并绘制了失效准则响应曲面, 直观反映了粘接接头失效强度在车辆服役温度下的变化规律。      

超高性能砂浆砌体短柱轴压试验

为改善砌体柱的受力性能,提出了采用新型超高性能砂浆(UHPM)的砌体柱(UMC),以烧结砖和混凝土砖为研究对象,分别进行了2组UMC的轴压试验,通过与传统砂浆砌体柱(MC)进行对比,探讨了UMC轴压受力机理与破坏模式,评估了现行规范关于砌体轴压承载力计算公式对UMC的适用性,提出了UMC轴压承载力预测公式.研究结果表明...     

蒸压灰砂砖砌体基本力学性能试验

通过对蒸压灰砂砖砌体进行抗压强度、抗剪强度和弯曲抗拉强度试验等基本力学性能试验后,取得了试验数据,为编制湖南省工程建设地方标准<蒸压灰砂砖建筑技术规程>提供了试验依据.同时,通过对试验数据、试验现象进行试验和理论分析,得出了结论:在抗压试验中,随着砂浆强度的增大,砌体的开裂荷载与极限荷载接近;除沿通缝弯曲抗拉强度试验平均值明显低于规范值外,其他各项强度试验平均值均大于规范值;砂浆与砌块的强度存在着最优组合的特点;蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉强度试验值与规范值之间存在着较大差别.     

超高性能混凝土深梁受剪性能

为促进超高性能混凝土(UHPC)深梁的应用, 进行了4根以混凝土强度为主要参数的UHPC深梁受剪性能试验, 并开展了C40和C80混凝土深梁的对比试验; 分析了UHPC深梁的荷载-挠度曲线、破坏模式、钢筋应变、裂缝形态与极限荷载; 为探讨现有普通混凝土深梁受剪承载力计算方法是否可用于UHPC深梁, 应用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)对6根深梁试件进行了抗剪强度计算。研究结果表明: 混凝土强度越大, 在相同荷载下深梁的刚度越大, 在深梁开裂前的弹性阶段, UHPC试件刚度随钢纤维掺量的增大略有增大; 与C40和C80混凝土深梁一样, UHPC深梁裂缝包括弯剪裂缝和腹剪裂缝, 当荷载分别为13%~22%和18%~34%极限荷载时, 两类裂缝先后出现; UHPC深梁在加载全过程中梁、拱受力机制共存, 加载前期梁受力机制起主导作用, 后期则拱受力机制起主导作用; UHPC深梁裂缝多而密, 发生剪压破坏, 在支座上端反拱区不产生裂缝, 而C40和C80混凝土深梁出现斜压破坏, 且在支座上端反拱区产生裂缝; 试验梁受剪承载力随混凝土强度的增大约呈指数式增大, 混凝土强度从C40增大到C80、C190时, 其受剪承载力分别增大了30.76%和201.92%;采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中方法计算的UHPC深梁受剪承载力与试验值比值的均值为0.89, 均方差为0.15, 在没有更精确的计算方法之前, 该计算方法暂时可用。      

CFRP网格修复后多层砌体结构墙体的抗震性能

为了研究碳纤维增强复合材料（CFRP）网格加固砌体结构的破坏机理及加固效果,通过拟静力试验将一片3层砌体开洞墙体加载至破坏,在破坏集中区域单面粘贴CFRP网格进行加固之后再次进行拟静力试验,以最小加固量为指标对加固前后墙体的抗震性能进行了对比分析,并提出了相应的加固建议. 研究结果表明:采用CFRP网格修复可以有效地阻止和延缓墙体受剪斜裂缝的出现及开展,从而提升了墙体的抗震性能,若以抗剪承载力完全恢复为指标,建议最小修复面积为22%;修复后墙体的破坏模式与修复位置相关,本试验以CFRP网格剥离及窗间墙破坏为主,破坏由低至高逐层发生,同层墙肢范围内,由未修复区向修复区发展;考虑窗间墙破坏易引起结构整体破坏和倒塌,因此应优先修复剪力较大层的窗间墙区域,并提供必要的加强措施.