基于三轴压缩的脆性煤体力学性质及其本构关系研究

为合理描述分析脆性煤体在三向应力状态下的应力–应变关系,对煤样进行三轴压缩试验。以已发生损伤破坏的微元体数目与总微元体数目之比表征损伤变量,在基于损伤力学理论和煤样内部微元强度服从Weibull分布的基础上,引入Mogi-Coulomb强度准则表征煤样微元强度随机分布的分布变量,建立煤样三维统计损伤本构关系,并分析其适用性。研究结果表明：(1)围压对煤样力学性质影响显著,煤样强度和弹性模量随围压的增高而增大,煤样破坏后的裂隙网络分形维数随围压的增高而减小,损伤程度降低;(2)分析数学简化算法求解模型参数的局限性,采用遗传算法对模型参数进行求解,参数m,F₀,c_n分别反映煤样的脆性程度、平均强度、残余强度;(3)根据本构关系对煤样试验应力–应变曲线进行拟合验证,理论曲线与试验曲线的拟合度均值为94.74%,表明本文所建立的本构模型可用于描述煤样的三维应力–应变关系,能够反映脆性煤体的变形特性。     

基于热–力–损伤本构参数的硬岩脆性评价方法

采用不同方法评价岩石脆性的研究较多,但从本构参数的角度构建脆性指数定量评价岩石脆性的研究鲜有报道。为此,通过理论研究、算例分析和对比验证,探讨利用损伤统计本构参数m和δ构建脆性指数B_m的可行性。结果显示：基于Weibull分布函数建立的岩石热–力–损伤本构模型能较好地表达脆性、塑性、应变软化等多种本构行为,为从本构角度评价岩石脆性奠定了理论基础。选取能有效反映岩石应力–应变曲线总体形状特征的参数m和反映峰后特征的参数δ,建立了脆性指数B_m (B_m=mδ)。不同围压、加载方式和岩性条件下,脆性指数B_m计算结果和试验结果规律一致,有效验证脆性指数B_m的合理性。通过与现有代表性脆性指数对比分析发现,脆性指数B_m能有效体现岩石脆性随围压增加而减小、卸荷应力路径下岩石脆性增强的特征,且对不同硬岩脆性评价均具有较好的适用性。提出的方法为从本构参数的角度评价岩石脆性提供新思路,对丰富岩石脆性分析与评价具有一定裨益。     

基于正态分布的岩石软硬化损伤统计本构模型及其参数确定方法探讨

在现有新型岩石损伤模型研究基础上,首先,利用岩石微元强度服从正态分布的规律与岩石损伤的能量原理建立能反映特定围压下岩石应变软化或硬化变形全过程的损伤统计本构模型;其次,通过研究特定围压下岩石应力应变全曲线的特征及其在不同围压下特征参数(峰值点强度与应变)之间的关系,建立岩石损伤软硬化统计本构模型参数的确定方法,从而建立能充分反映不同围压下岩石应变软硬化变形全过程的统一损伤软硬化统计本构模型,该模型具有参数少、易于确定和能同时反映岩石应变软硬化特性的特点,并且模型参数确定方法揭示了模型参数的物理意义。理论与试验结果的比较分析表明了本文模型的合理性。     

基于强度理论的岩石脆延转化统计损伤本构模型

岩石脆延特性转化过程模拟是现有统计损伤本构模型理论研究的重要内容之一。首先，基于三轴压缩试验资料，分析了围压水平变化对岩石应力特征值及其脆性指标的影响规律，针对M-C强度准则仅能够预测低围压水平岩石应力特征值，提出能够适用于预测围压水平大区间变化条件下新型岩石强度准则；然后，结合统计损伤理论，建立基于强度理论的岩石统计损伤演化模型，进而在考虑残余强度特征的损伤模型基础上，建立岩石脆延转化统计损伤本构模型，并给出参数的确定方法；最后，通过大理岩试验资料分析表明，本文强度准则能够很好地预测大理岩应力特征值的变化规律，本文模型能够很好地模拟大理岩脆延特性转化过程，揭示出现有统计损伤模型无法模拟脆延特性转化的关键因素在于它缺乏适用于围压水平大区间变化条件下岩石强度准则并忽视了应力特征值的预测值偏离程度对模型曲线产生的影响，拓宽了现有统计损伤本构模型理论的应力水平适用性范围。     

基于应变局部化的岩样单轴压缩本构模型研究

应变局部化是加载过程岩样内部变形自组织的结果。基于岩样变形局部化的客观存在性,提出以变形局部化带的力学行为描述加载过程,并用参数方程表示岩样单轴压缩本构关系的方法。根据能量守恒原理,建立变形局部化过程的准静态增量平衡方程,推导峰值前后应力–应变曲线的参数方程、变形局部化与峰值应力及应变关系、II类岩石变形行为存在条件以及岩石失稳破坏判据。根据系统失稳临界条件,导出系统应力跌落量的表达式。研究结果表明,若应变局部化带的本构关系软化段曲线存在拐点,则系统发生应力跌落现象,否则发生脆性破坏。基于模型理论,证明II类岩石的破坏是不稳定的或是自持续的,以及常应变率下伺服式加载系统不能得到II类岩石软化段曲线的试验事实。通过对模型中力学参数的对比研究表明,岩石变形破坏不但在软化段具有尺寸效应和II类变形行为,而且硬化段也存在尺寸效应,表现出峰值对应的应变随着试件的增长而变小的规律。     

GSI围岩评级系统下围岩新型统计损伤模型

为了得到受采动干扰、具有一定结构面的巷道围岩的变形破坏机理,采用GSI围岩评级系统对Hoek-Brown准则进行修正来描述岩石微元的强度,通过组成岩石力学性能参数变量的随机性与复杂性,假设岩石材料的力学性能满足对数分布,结合统计损伤力学理论和有效应力原理,建立不同围压作用下的岩石新型统计损伤模型,对岩石的损伤演化规律和应力-应变关系进行研究。结果表明:通过GSI围岩评级系统改进后的破坏准则与试验数据有更好的一致性、更加符合实际;不同种类岩石在不同围压作用下的模型曲线与试验数据拟合程度较高,也说明该本构模型的合理性与正确性;不同围压作用下岩石的损伤演化规律基本呈现S形变化,可以与围岩应力-应变曲线各阶段的破坏变形进行较好地对应与划分,且描述岩石的损伤演化规律与实际围岩的破坏过程基本一致,对实际工程具有指导意义。     

基于全应力–应变曲线及起裂应力的岩石脆性特征评价方法

脆性作为岩石重要的力学指标,准确评价岩石脆性特征对岩体工程稳定性具有重要意义。目前,常用的岩石脆性指数评价方法主要基于岩石压缩过程中峰后应力–应变曲线变化规律,而对岩石峰前应力状态关注较少。综合考量峰后应力跌落速率及起裂应力值至峰值应力值之间的应力增长速率,建立一种基于岩体应力–应变全过程的脆性指数计算方法,更加准确、合理地描述岩体脆性特征。试验结果表明:单轴条件下当全程采用轴向位移控制时,脆性较强的岩石难以准确获得其峰后曲线,容易降低基于峰后应力曲的常规脆性评价方法的准确性,而所建立的脆性指标可根据峰前曲线进行判断,能够准确评价岩石脆性程度。在三轴条件下,该脆性指标更为全面地反映了围压对大理岩脆性的抑制作用。建立的脆性指标基于岩石整个压缩过程的应力状态,能够更加显著地体现不同因素对岩石脆性特征的影响。试验结果很好地验证了该指标的准确性与优越性,研究结果对丰富与完善岩体脆性评价体系具有重要的作用。     

基于统计损伤理论的莫尔–库仑岩石强度判据修正方法之研究

首先，引进基于莫尔–库仑岩石强度判据的岩石微元强度表示方法，从岩石微元强度服从Weibull随机分布的角度出发，基于岩石三轴应力–应变试验曲线建立了特定围压下反映岩石破裂全过程的损伤软化统计本构模型；然后，通过探讨岩石损伤软化统计本构模型参数与围压的关系对模型参数进行了合理修正，从而建立出更加符合实际的岩石三维损伤软化统计本构模型；最后，在此基础上，根据岩石屈服或破坏的概念，重点探讨了利用多元函数求极值的方法建立岩石强度判据的途径，从而对莫尔–库仑岩石强度判据进行了合理修正，修正后的莫尔–库仑岩石强度判据与实测结果及莫尔–库仑岩石强度判据比较表明，其具有明显的优越性。     

冻融循环作用下砂岩的力学特性及细观损伤本构模型研究

针对寒区岩体工程中岩石的冻融问题,选取砂岩为试样,通过进行室内冻融循环试验、扫描电子显微镜观测和三轴压缩试验对砂岩质量损失、微观结构和力学特性进行了分析。然后基于Lemaitre应变等效假设理论,通过引入能够反映岩石冻融破坏过程中的细观冻融损伤变量和力损伤变量来描述岩石材料的劣化程度及损伤演化规律,并采用连续损伤力学理论,建立了冻融与围压耦合作用下岩石的损伤演化方程及细观损伤本构模型。采用理论推导的方法得出所需的模型参数表达式,最后利用冻融岩石的三轴压缩试验数据对该模型的合理性和准确性进行了验证。将试验曲线的峰值点与模型理论曲线的峰值点进行对比,结果表明两者吻合度较好,该损伤本构模型能够较好地反映岩石三轴压缩过程的应力-应变峰值特性,验证了该模型及模型参数确定方法的合理性与可靠性。该模型拓展了岩石在冻融与围压耦合作用下的损伤模型,进一步的揭示了岩石在冻融与围压耦合作用下的损伤机制和破坏规律。     

考虑空隙压密特征的岩石弹塑性损伤增量本构模型

岩石的变形破坏全过程包括压密–弹性–塑性–损伤多个阶段,现有的基于经典弹塑性理论与损伤力学同时考虑岩石压密变形机制的本构模型研究较少。将岩石抽象为岩石骨架与岩石空隙2部分,依据空隙变形机制计算非线性压密变形,基于Drucker-Prager准则分析塑性变形特性,采用体积变形描述损伤演化规律,在经典弹塑性损伤理论框架下建立岩石压密–弹塑性损伤增量型本构模型及其积分算法。将岩石总变形视为压密、弹性与塑性3个部分,考虑空隙部分无法承受剪力且各方向变形无相互影响的特征,通过应力、应变张量谱分解在主应力方向上计算总应变。数值积分方法为基于Drucker-Prager准则的主应力方向回映算法,采用压密弹性预测方法计算预测应力,以分析迭代步中压密应变增量对总应变增量的影响。压密–弹塑性损伤本构模型与算法充分考虑空隙非线性变形机制与压密变形特性,共涉及压密、弹性、塑性、损伤4类10个参数,适用于长期服役过程中外部环境作用下空隙占比逐渐增加,骨架强度逐渐减小的工程岩体。应用模型研究干湿、冻融循环2种典型外部环境对岩石特性的影响,结果表明模型能够很好地模拟外部作用后工程岩体变形破坏的全过程,具有一定的理论...     

强震作用下平板网架的非线性反应分析

分析了平板网架在强地震作用下的非线性反应,对网架的破坏机理进行探索,编制程序进行算例分析,得出了平板网架在强地震作用下趋于脆性破坏的特点,从而得出了一些对实践有益的结论。     

FRP筋受弯构件正截面承载力极限状态的设计

提出FRP筋的抗弯设计强度的确定方法,阐述了FRP筋增强混凝土受弯构件的设计方法和设计所需的注意事项。     

三角支撑形式托换结构的试验研究与分析

通过试验,研究了当托换结构的支撑体系发生变化时对结构造成的影响,比较分析了四角支撑形式和三角支撑形式托换结构承载力和破坏形式的不同,得出三角支撑时易发生对角线对折的脆性破坏,而该受力形式对承台极为不利的结论。     

多层砖混结构抗震设计的几点建议

砖混结构是由粘土砖和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的脆性结构,其抗拉和抗剪能力均较低,在强烈地震作用下,易于发生脆性的剪切破坏,从而导致房屋的破坏和倒塌。本文结合实践,阐述了多层砖混结构设计过程中需要注意的几个抗震概念。     

建筑钢结构的脆性破坏及防止

介绍了在日本等国家,地震引起建筑钢结构脆性破坏的主要因素,以及在设计、施工和钢材等方面所采取的防止措施。这些措施将有助于今后防止建筑钢结构的脆性破坏．     

混凝土脆性破坏的再认识

文章在分析材料脆性断裂起因的基础上,提出了脆性与脆性破坏两种不同的概念,并对砼脆性的评定提出了新的看法,此外还对砼直接拉伸试验提出了更为简便可靠的实施设想。     

脆性岩石冲击损伤模型研究

探讨了脆性岩石动态损伤演化规律;基于实验结果,通过引入损伤能量耗散率的波衰减系数的关系,运用能量法则建立了动态损伤演化方程;构造了一个反映岩石冲击压缩、拉伸损伤的理论模型。     

岩石脆性破裂的重正化研究及数值模拟

针对脆性岩石细观强度非均匀、离散性特征 ,利用重正化群理论建立了岩石临界破坏重正化模型 ,系统研究了岩石宏观临界强度和细观强度的定量关系 ,采用条件概率方法处理模型中细观单元间的应力转移 ,从而求得岩石临界破裂时的临界概率P ,着重研究了岩石均质度与岩石峰值强度的理论关系。此外 ,利用岩石破裂过程分析程序 (RFPA)模拟了岩石单轴压缩下细观破裂演化至宏观破裂的全过程。研究结果表明 ,数值模拟和重正化群得到的岩石峰值强度十分吻合     

复合绝缘子芯棒脆断原因分析

分析了河南省2起220kV输电线路复合绝缘子芯棒断裂掉串的原因。断串均发生在绝缘子的高压端,端口垂直于芯棒轴线,断口大部分光滑平整;产品采用内锲式连接工艺、室温硫化硅橡胶封堵和普通芯棒;发生断串的档距都接近700 m,属于大档距。结合拉力抽检实验,提出220kV以上输电线路,应采用压接式复合绝缘子,其端部采用高温硫化硅橡胶、多层密封工艺,采用耐酸芯棒;对于大跨越线路段,全部采用双悬垂串、"V"形串或"八"字形串绝缘子,并尽可能采用双独立挂点。