不同类型岩石加载破坏的微震和电荷感应信号特征研究

根据岩石变形破坏过程中有微震信号和电荷感应信号产生,利用岩石变形破裂过程微震和电荷感应监测系统,对不同类型岩石在单轴压缩和加卸载下变形破裂过程进行实时同步监测以获取微震和电荷感应信号特征。试验结果表明:不同类型岩石在变形破裂过程中有微震和电荷感应信号产生,微震和电荷感应信号是低频信号,信号频谱主要集中在40 Hz以下,随着岩石强度的增大,岩石变形破裂过程中的微震和电荷感应信号事件数增大且信号强度也增大;岩石变形破裂过程中微震和电荷的产生机理不同,微震信号是由于岩体裂纹扩展释放弹性应变能而引起的振动波,而电荷主要有微破裂、摩擦作用、压电效应等综合作用产生;对比不同类型岩石变形破裂过程的微震和电荷感应信号并对各信号进行相关性分析,研究发现,岩石在失稳破坏时存在着丰富的微震和电荷感应信号,且各信号具有高相关性,此阶段可作为最危险预警区。     

循环荷载作用下饱和黏土刚度衰减特性研究

海上风电基础设计中必须考虑海底土体在循环荷载作用下的软化效应,利用GDS动三轴仪进行不同围压、不同循环应力比和不同循环次数下土体的动三轴实验。将各因素进行归一化处理,采用回归方法分析土体剪切模量的衰减与这三者之间的关系,得出相应的计算模型并用相关数据验证,发现两者吻合较好。更多还原     

循环荷载作用下岩石损伤试验研究

针对循环荷载作用下的岩石损伤特性,对岩石进行循环加卸载试验,基于加卸载响应比探究岩石损伤演化规律,得出如下结论:在分级循环加卸载过程中,试件在1级加卸载时损伤量很大,进入2级加卸载之后,损伤量相对较小,且增加缓慢,而围压越大损伤量均值增加也越缓慢,而其破坏也越加彻底。试件在1级加卸载过程中方差最大,其后的加卸载中方差曲线逐渐趋于水平。在试件破坏后期,方差会有回弹。在加卸载过程中试件会出现膨胀—收缩—膨胀的循环。     

浅基础在水平荷载与力矩荷载作用下的承载能力

联合采用swipe加载模式和固定位移比加载模式,通过数值模拟,对条形浅基础在水平与力矩荷载作用下的承载性能进行了比较系统地分析,主要探讨了埋深、地基土不排水强度的各向异性对于复合加载条件下浅基础破坏包络面的影响,揭示了地基在水平和力矩荷载的不同组合条件下的失稳破坏机理。计算结果表明:当浅基础埋深与宽度之比大于0.5时,基础的破坏包络面出现比较显著的倾斜,而且不满足前人建议的包络面方程;在归一化荷载平面内,埋深对于包络面的形状有较大影响,而在给定埋深情况下,其形状与地基土强度的各向异性无关。     

浅基础在水平荷载与力矩荷载作用下承载性能研究

联合采用swipe加载模式和固定位移比加载模式, 通过数值模拟，对条形浅基础在水平与力矩荷载作用下的承载性能进行了比较系统的分析, 主要探讨了埋深、地基土不排水强度的各向异性对于复合加载条件下浅基础破坏包络面的影响, 揭示了地基在水平和力矩荷载的不同组合条件下的失稳破坏机理。计算结果表明: 当浅基础埋深与宽度之比大于0.5时, 基础的破坏包络面出现比较显著的倾斜, 而且不满足前人建议的包络面方程; 在归一化荷载平面内, 埋深对于包络面的形状有较大影响, 而在给定埋深情况下, 其形状与地基土强度的各向异性无关。     

干湿循环条件下粉质黏土在循环荷载作用下的动力特性试验研究

利用改进的可控制吸力式非饱和土C.K.C循环三轴仪,对反复干湿循环条件下的粉质黏土进行了动三轴试验研究,探讨了其在饱和条件下干湿循环对累积塑性应变与振次关系以及对动强度特性的影响,同时分析了不同基质吸力下反复干湿循环后的动强度特性。研究表明:干湿循环对粉质黏土的变形特性有明显影响,相同动应力及振次条件下干湿循环试样的累积塑性应变小于原始试样;干湿循环后土体的临界循环动应力以及动强度明显增大;反复干湿循环后,粉质黏土的临界循环动应力和动强度随基质吸力的增加而增大,但其随基质吸力增加而增长的速率随基质吸力的增加而减小。干湿循环前后土体的电镜扫描(SEM)试验发现,干湿循环使得土颗粒排列更加紧密,干湿循环过程中试样内部并未出现微裂缝。     

冲击荷载作用下混凝土重力坝破坏特性分析

冲击荷载作用下混凝土重力坝破坏特性较静荷载作用下要复杂得多。采用钢板均匀冲击模拟水下循环冲击波对混凝土重力坝的作用,试验遵循几何和重力相似准则,对模型重力坝进行均匀冲击破坏特性研究,得到模型坝体的动力破坏特性,并对裂缝位置和扩展情况进行定位和追踪。试验结果表明:当坝体遭受循环均匀冲击荷载时,上游坝面坝体最大动应变不再在坝踵处,而是位于坝体中部;坝头部位是抗冲击的薄弱部位,最先出现开裂破坏;坝体破坏模式包括贯穿性断裂、碎裂、层裂和抛掷等。试验结果可为大坝的运行管理、防爆抗振设防及安全评价提供理论依据和技术支持。     

循环荷载作用下软土中吸力锚变形过程拟动力算法

针对静荷载与循环荷载共同作用下软土中张紧式吸力锚的变形失稳过程进行了研究,通过拟动力有限元法模拟了静荷载和循环荷载共同作用下模型锚变形过程,验证了拟动力算法的可行性。分析过程中采用考虑循环荷载作用历史的等效线性黏弹性计算模型描述饱和软黏土不排水循环动力响应,依据蠕变理论描述土单元的循环累积应变响应。基于ABAQUS有限元软件,借助拟动力黏弹塑性模型提出了一种既能描述土体循环动力响应又能获得土体变形循环累积过程的拟动力算法。通过编制脚本程序PYTHON,将计算土体循环动力响应的过程与分析土体变形累积的过程连接起来,使计算机自动完成整个拟动力有限元算法的分析过程,最终实现了不通过详细跟踪循环荷载作用历史即可获得软土中吸力锚在循环荷载作用下变形逐渐循环累积至失稳过程的拟动力算法。     

荷载与干湿循环耦合作用下水工混凝土毛细吸水性能分析

为探讨水工混凝土受荷载与干湿循环耦合作用下的毛细吸水性能,以0%、10%、20%、30%应力水平对混凝土试件持续施加荷载,并观测干湿循环吸水过程中1次、4次、8次时不同应力水平下的管内水位变化,绘制前300min吸水过程中的累计曲线。试验表明：干湿循环次数与各个阶段的吸水率以及试件累计吸水量呈负相关,相同循环次数时随应力水平的增加混凝土初始吸水率Sl存在阈值,并且干湿循环次数越多则阈值越小;随干湿循环次数的增加初始吸水率Sl与后期吸水率S2之差逐渐减少,相关回归模型可以较好地反映多因素耦合作用下混凝土毛细吸水性能变化趋势,为延长水工结构服役年限提供一定支持。     

循环加载条件下土的应力路径本构模型

土的应力应变关系与应力路径密切相关,充分接近的两条加载路径所产生的变形基本相同,因此可将任意应力路径转化为与其充分接近且易于计算变形的应力路径,从而获得变形。在此基础上,本文通过定义两个应力状态的参量,分别描述等应力比循环加载和等平均应力循环加载条件下土的塑性变形规律,以及两者的相互影响,并给出一个新的加卸载准则,在不增加任何土性参数的条件下,将现有的土的应力路径本构模型扩展应用于循环加载条件,建立了循环加载条件下土的应力路径本构模型。通过与试验结果的比较表明,本文提出的循环加载模型可较合理地反映土在往复荷载作用下的变形特性。模型简单易用,只含5个土性参数,并具有明确的物理意义。     

循环加卸载下混凝土滞回环特性研究

通过开展不同侧压下的混凝土循环加卸载试验,分析了侧压、应变速率对应力应变全曲线中滞回环面积的影响,提出了一种基于应力应变全曲线的简便滞回环面积统计法,建立了滞回环面积与循环次数之间的关系。结果发现,混凝土单位体积耗散能随着循环次数的增加先增后减,单位体积耗散能最大值与峰值应变有密切联系;在循环加卸载过程中混凝土的单位体积耗散能具有明显的侧压敏感性。利用Weibull统计分布模型对混凝土在循环加卸载过程中单位体积耗散能随循环次数的变化关系进行了拟合分析。计算结果表明:不同侧压下循环加卸载曲线滞回环面积与循环次数服从双参数Weibull模型分布。     

循环加卸载下花岗岩强度变形及声发射特征

为了研究花岗岩在循环荷载作用下的强度、变形及声发射特征,采用MTS815岩石力学试验机开展了单轴和三轴循环加卸载试验。结果表明:三轴循环压缩下偏应力-轴向应变曲线的上凹现象和滞回环的迁移现象相比于单轴不太明显;峰值强度和峰值应变与围压间呈现良好的线性增长关系;单轴循环加卸载下,试样表现出柱状劈裂破坏,而在三轴循环加卸载下,试样则具有明显的剪切破坏特征;前5次的循环下加载、卸载段的弹性模量和泊松比都随着循环次数的增大而增大,而在最后一次加载段弹性模量有所降低;三轴循环下试样在最后一次加卸载破坏时产生的声发射振铃计数要明显少于单轴循环。此外,在单轴循环下,每一次加卸载阶段对应的损伤-时间曲线都会出现平台,而三轴下对应的损伤-时间曲线并未出现明显的平台,表明岩样损伤保持平缓增长。     

混凝土单轴循环加卸载试验及声发射特性

利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴试验系统和SAEU2S声发射信号采集系统, 研究了单轴循环荷载作用下混凝土强度变化及声发射特征。结果表明:混凝土在单轴循环荷载作用下,其抗压强度与回弹值的比值随应变速率的增加而增大,通过线性拟合发现混凝土抗压强度与回弹值的比值率效应表现明显;混凝土在单轴循环加卸载过程中,声发射定位研究揭示了混凝土开裂位置及发展状况,并将混凝土变形分为4个阶段进行研究,结合每个阶段声发射累积定位数情况,分析了混凝土损伤变化;对循环加卸载过程中声发射累积定位数的分析发现,卸载后再次至最大历史应力水平前大量声发射信号产生说明混凝土不满足Kaiser效应;基于声发射定位数与应力随时间变化关系的研究认为,混凝土强度与应力水平有关,与内部结构也有关。     

轴向循环加载卸载条件下饱和软土变形特性试验研究

研究循环加卸载条件下软黏土的强度和变形特性具有一定的工程实践价值。利用自行改进和研制的连续加载一维K_0固结仪对饱和软土进行轴向循环加卸载试验。结果表明:各级卸载应力-应变曲线是双曲线,再加载曲线应力-应变关系在上级卸载载荷之前为双曲线,超过卸载载荷为直线,呈现不断硬化的现象,试样产生塑性变形和弹性变形,且塑性变形和弹性变形分别与卸载等级呈线性关系;以原有双曲线本构关系为基础,利用各级加载轴向最大应力和初始切线模量,卸载曲线的轴向最大应变和初始割线模量,引入新的模型参数,从而建立轴向循环加卸载的本构方程,并验证了其可靠性。对各级塑性滞回能进行了计算,随着卸载应力水平的增大,塑性滞回能不断增大,且通过拟合加卸载过程中消耗的塑性滞回能与卸载应力水平呈良好的二次曲线关系。     

基于能量法的混凝土循环加卸载动态损伤特性

为了从能量法的角度研究混凝土循环加卸载下的损伤演化特性,利用大型动静力三轴仪对边长为150 mm的立方体混凝土试件,进行不同侧应力、不同应变速率的循环加卸载试验。用改进的Najar能量法,确定了一种新的损伤变量计算方法,对比分析了改进后的混凝土损伤演化曲线与试验所得混凝土应力-应变包络曲线,将修正后的Weibull-Lognormal损伤本构模型对试验数据进行拟合分析。结果表明:新的损伤变量计算方法简单,物理意义明确;改进后的混凝土循环加卸载损伤演化曲线可以分为三个阶段,损伤不变阶段、损伤加速发展阶段、损伤稳定发展阶段;选用的塑性变形公式与试验结果拟合较好;经过修正后的混凝土损伤本构模型能较好地模拟混凝土循环加卸载条件下的应力-应变包络曲线。     

3DEC中节理法向循环加卸载模型开发

节理在循环加卸载作用下,其法向变形表现出了很强的非线性,Bandis根据室内试验成果,提出了用双曲线方程来表征节理法向应力与闭合量的非线性关系。鉴于目前3DEC程序在模拟节理非线性变形特征中的不足,结合3DEC提供的接口,对Bandis节理模型进行了二次开发,并给出了运用C++开发3DEC节理模型的步骤。同时,通过内部FISH语言开展了节理在循环加卸载条件下的单轴压缩数值试验,并与室内试验及理论结果进行对比。结果表明：开发的Bandis模型能较好地表征出循环加卸载条件下节理法向应力与法向闭合量之间的非线性关系;数值试验计算结果与理论值完全吻合,验证了所开发模型的正确性。研究成果为循环荷载下岩质边坡的稳定分析提供了基础。     

循环荷载作用下重塑饱和粉黏土的刚度弱化特性研究

以东海大桥海上风电场项目为课题背景,通过动三轴系统对重塑饱和粉质黏土开展一系列长期不排水循环加载三轴试验,分别考虑围压、动应力比和频率3种因素,特别是对高频(f5 Hz)下土体的动力弱化特性进行了研究。试验结果表明:累积塑性应变与累积孔压随着循环次数的增加而增大并且趋于稳定,呈现出应变软化和孔压软化现象。割线动变形刚度模量和割线动弹性刚度模量则随着循环次数的增加,先急剧降低然后趋于稳定,从而表现出刚度弱化现象。进一步研究了割线动弹性刚度模量与循环应变幅值的关系,割线动弹性刚度模量的衰减趋势受动应力比和频率的影响不大,与围压有关,围压越大,割线动弹性刚度模量衰减趋势越慢,衰减稳定幅值越低。     

冻融劣化混凝土循环加卸载外包络线及能量演化

对历经不同冻融循环次数的混凝土进行了不同应变速率的单轴循环加卸载试验,分析了试验所得应力-应变曲线外包络线的特征,定义了单轴循环加卸载的耗散能、弹性应变能和塑性应变能,研究了这3种能量与冻融循环次数和循环加卸载次数之间的关系。结果表明:混凝土应力-应变曲线外包络线整体上呈先升后降的趋势;随着冻融循环次数的增多,混凝土的峰值应力逐渐减小而峰值应变逐渐增大;应变速率不影响应力-应变外包络曲线的形状;冻融循环影响混凝土的率敏感性;随循环加卸载次数的增加,混凝土的耗散能、弹性应变能和塑性应变能整体上均呈先增后减的变化规律;冻融循环削弱了混凝土的脆性;外力做功90%的能量用于不可逆转的变化过程。