纤蛇纹石石棉的纳米效应与生物活性

本文首次从纳米材料与纳米效应角度出发讨论了纤蛇纹石石棉的形态、表面结构、表面性质与生物活性的关系。结果表明,纤蛇纹石石棉属自然界产出的一种特殊的一维纳米丝状矿物,在形态、结构和表现性质等方面表现出纳米材料所具有一般特性,其中,形态上一寸及高表面化学活性构成了它的生物活性特征。纤蛇纹石石棉纤维对动物的危害,既具有一般纤维的危害性,又具有非晶质ＳｉＯ２的危害性。由于纤维的小尺寸效应和高表面活性而使生物     

冻土断裂韧度KIC尺寸效应实验研究

采用三点弯曲试验研究了冻土断裂韧度ＫＩＣ的尺寸效应，应用Ｗｅｉｂｕｌｌ脆性破坏统计理论获得了反映冻土ＫＩＣ尺寸效应的材料常数，即尺寸效应系数α。应用α值进行ＫＩＣ值理论预测，与实测值相比，其最大误差不超过５％。     

岩体结构面力学行为的尺寸效应研究

尺寸效应是岩体结构面力学行为的重要特征。本文列举了结构面力学行为中普遍存在的尺寸效应现象,并由实测统计资料的分析,论证了结构面力学行为的尺寸效应具有分形结构。通过结构面力学行为尺寸效应的机理研究,建立了结构面力学行为尺寸效应分维数和结构面粗糙度系数尺寸效应分维数之间的相关关系,从而简化了结构面力学行为尺寸效应规律的表述,为客观评价岩体结构面力学参数提供最为有效的手段。     

三种典型岩石单轴抗压强度的尺寸效应试验研究

尺寸效应是岩石力学领域研究的难点与热点。本文利用自主研发的大尺寸刚性试验机,开展了最大样品尺寸为400 mm×400 mm×800 mm大理岩、闪长岩和凝灰岩的单轴抗压强度试验,从等高宽比条件下岩石强度的尺寸效应和不同高宽比条件下岩石强度变化两个方面开展了岩石强度尺寸效应研究,结果表明:相同高宽比条件下,岩石强度随样品尺寸的增大呈对数形式减小,且逐渐趋于定值;不同高宽比情况,岩石长宽为200 mm×200 mm,高度分别为200 mm,400 mm,600 mm和800 mm,岩石单轴抗压强度随高宽比的增加表现出先减小后增大的变化规律,对应的破坏形式表现为复杂劈裂、劈裂和剪切破坏。本文试验结果为丰富岩石尺寸效应研究提供了基础数据,同时对实际工程中岩体强度尺寸效应的修正具有一定参考价值。     

基于改进投影覆盖法结构面粗糙度尺寸效应分析

研究结构面粗糙度的尺寸效应特征对全面理解结构面的力学性质有重要的意义。基于此，将随机数应用于投影覆盖法中，改进了投影覆盖法计算结构面分维数时三角形单元划分方法；在分辨率相同情况下，应用改进投影覆盖法计算了两个形貌特征不同的结构面（2 m×2 m）尺寸大小不同时的分维数；探讨了用取自不同区域位置相同尺寸结构面的最大分维数差值来判定结构面合理尺寸的方法。研究结果表明:（1）形貌特征不同的结构面尺寸效应特征不尽相同，一般情况下，随尺寸增大，结构面粗糙度先增大而后减小，即在小尺寸时表现为正尺寸效应，而后为负尺寸效应；（2）对于某一特定结构面，不同尺寸范围选取位置不同，其尺寸效应特征也不尽相同；（3）不同区域位置相同尺寸结构面最大分维数差值随尺寸的增大，其总体趋势为先减小而后逐渐趋于稳定。该研究结果是全面认识结构面粗糙度尺寸效应的有益补充，为确定结构面合理尺寸提供一条新途径。     

岩爆的洞室效应

岩爆是高地应力区地下工程开挖中常见的一种地质灾害。目前岩爆的发生条件多从地应力条件、地层岩性、岩体结构、埋深和地形、地质构造作用、水文地质条件、开挖爆破等因素开展研究。文章提出通过改变洞室断面形态及尺寸预防岩爆发生的思路,在单因素分析条件下,通过有限元软件模拟不同洞室形状和尺寸的开挖,分析探讨同一尺寸、不同洞室形状下的岩爆强度和同一洞室形状、不同尺寸下的岩爆强度。结果表明：岩爆存在洞室形状效应,同一尺寸下,椭圆（谐洞）是对减少岩爆最有利的洞形,半圆直墙形和圆形其次,半圆形最差;岩爆存在洞室尺寸效应,同一洞室形状下的岩爆都随洞室开挖尺寸的增大而增强。同时,通过双曲线和指数函数的拟合表明,岩爆强度不会无限上涨,而是最终趋于一个稳定值。     

岩体断裂粗糙度系数的各向异性研究

本文首次提出了断裂粗糙度系数的各向异性和粗糙度系数尺寸效应的各向异性概念。根据不同成因断裂表面形态的定性分析结果,结合2180个不同方向粗糙度系数实测值的统计结果,系统地阐述了Ⅰ型断裂(节理)和Ⅱ、Ⅲ型断裂(断层)粗糙度系数及粗糙度系数尺寸效应的各向异性规律。     

不同围岩强度下大直径嵌岩钻孔灌注桩 承载力尺寸效应的数值模拟

利用数值模拟的方法,通过模拟20种不同工况得到不同岩体和不同直径的大直径嵌岩钻孔灌注桩的桩侧和桩端阻力尺寸效应系数,分析开挖引起的天兴洲大桥直径达3.4 m嵌岩钻孔灌注桩极限承载力尺寸效应问题。结果表明,（1）围岩强度越小,极限端桩阻力和极限摩阻力尺寸效应越大,尺寸效应系数越小。当围岩强度为1～5 MPa时,围岩在开挖过程中破坏明显,尺寸效应显著;当围岩强度大于10 MPa 时,围岩破坏不明显,尺寸效应明显减弱;（2）相同围岩强度下,桩径越大,极限端桩阻力和极限摩阻力尺寸效应越大,尺寸效应系数越小,相比桩侧阻力,桩端阻力尺寸效应更明显,尺寸效应系数略小。（3）极限端桩阻力和极限摩阻力尺寸效应系数与直径成双曲线函数关系。     

混凝土拉伸断裂过程及尺寸效应的数值模拟

混凝土结构的尺寸效应是近几十年来一个十分重要的研究领域。应用材料破坏过程分析软件MFPA^2D，把混凝土视为水泥沙浆、骨料及两者间的粘结带构成的三相复合材料，对不同尺寸混凝土单边裂纹紧凑拉伸试样的断裂过程及其强度的尺寸效应进行了数值模拟。数值模拟结果与Bazant提出的尺度效应律表现出较好的一致性。     

岩石颗粒破碎的尺寸效应

固体颗粒破碎强度的尺寸效应是一种普遍存在的现象,冰块、岩石颗粒、陶瓷和混凝土块等的破碎强度都表现出随颗粒直径增加而减小的现象,分形模型为解释固体颗粒破碎强度的尺寸效应提供了可行的方法。本文采用Steacy和Sammis分形模型模拟了岩石颗粒压碎特征,分析岩石颗粒破碎后的颗粒分布规律,给出颗粒破碎分维的确定方法,建立颗粒压碎强度与粒径的理论关系,颗粒破碎强度与颗粒粒径的关系用分维D表示为fdD-3。已有的颗粒破碎分布的数据表明,岩石颗粒破碎的分维大约为2.50～2.60,颗粒破碎强度符合用分维表示的尺寸效应。