再生混凝土压-剪应力下受力性能与破坏准则

为了研究再生混凝土在压剪复合受力下的力学性能,利用真三轴试验机对30组再生混凝土立方体试件分别进行了直接剪切和压剪性能试验,对比了试件破坏形态的差异,分析了再生粗骨料取代率、水灰比及压应力比对剪切强度的影响,选用不同破坏准则对压剪复合作用下的强度进行了分析。结果表明：再生混凝土直剪及压剪复合受力破坏形态与普通混凝土相似,直剪强度随再生粗骨料取代率增大而减小,随水灰比增大而减小;压剪复合受力状态下,再生混凝土的极限剪应力随着压应力比的增大呈增幅逐渐减小的增大趋势;通过方差计算,定量分析了压应力比和再生粗骨料取代率两个因素对压剪复合应力下再生混凝土立方体试件剪切强度的影响程度,发现压应力比对剪切强度的影响更明显。选用不同强度准则对试验数据进行分析,得出基于八面体应力空间的破坏准则与试验结果吻合程度最高,且随着再生粗骨料取代率的增加,该准则的精度也逐渐提高。     

高温后钢纤维混凝土压-剪复合受力研究

为研究高温后钢纤维混凝土压剪复合受力下的力学性能,以压应力比和温度作为参数,对20组钢纤维混凝土分别开展直剪试验和压剪试验,对比分析不同试件的破坏形态,探究了温度和压应力比对剪切强度的影响,并基于3种理论建立了高温后钢纤维混凝土压剪复合应力状态下的破坏准则。结果表明压剪复合受力状态下,混凝土剪切强度主要由接触摩阻力贡献,钢纤维混凝土峰值剪切强度随压应力比增大而增大,随温度升高而降低;随着压应力增大,剪切面上摩阻系数降低,峰值剪切强度增长幅度降低。依据试验数据,对比基于不同理论所建立的高温后钢纤维混凝土压剪破坏准则,考虑精确度和适用性,基于应力不变理论建立的破坏准则效果最好。     

高应力作用界面剪切性质的试验研究

通过在DRS-1型微机高压直残剪试验系统上所进行的不同土质与不同基底的界面剪切特性试验研究表明：高应力作用下不同结构接触面的峰值强度、残余强度与正应力之间符合库伦强度准则：基底性质对标准砂的抗剪峰值强度准则影响较小，但对其抗剪残余强度准则影响较大：混凝土界面下残余抗剪强度准则的选择与法向应力的大小有关，法向应力较低时剪切破坏发生在砂土中，法向应力较高时剪切破坏发生在界面上，而对于其他基底的剪切破坏始终发生在界面上：标准砂在剪切过程中的体积应变-剪切位移关系，呈现出应变硬化现象整体符合双曲线模型，表现为剪缩性。试验数据的直观分析和方差分析表明：对于残余强度和初始剪切刚度，法向应力是第一影响因素，其次是土体的性质，第三是界面的基底性质，剪切速率的影响最小。     

高应力状态砂土界面抗剪强度的试验研究

通过在DRS-1型微机高压直残剪试验系统上所进行的直接剪切试验研究表明高应力作用下砂-砂、混凝土-砂的抗剪峰值强度与正应力、残余强度与正应力之间的关系,符合库伦强度准则(高应力作用下混凝土-砂的剪切特性呈现出软化现象,混凝土-砂的剪切特性呈现出硬化现象.基底对砂土的抗剪峰值强度准则影响较小,但对抗剪残余强度准则影响较大,界面残余抗剪强度准则的选择与法向应力的大小有关,法向应力较低时剪切破坏发生在砂土中,法向应力较高时剪切破坏发生在界面上).     

剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度影响的试验研究

通过自行研制的大型恒刚度桩土界面直剪仪,进行6种剪切速率的黏性土混凝土界面剪切试验,探讨剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度的影响规律。结果表明:在黏性土混凝土界面,超孔隙水压力随着剪切速率的提高而增大;法向应力和剪切速率通过影响超孔隙水压力大小,决定黏性土混凝土界面剪切峰值强度和剪切破坏位移的大小;剪应力剪切位移关系曲线由基本一致变化到一定范围内产生偏离,且法向应力和剪切速率越大偏离越显著,并出现明显的应变软化现象;剪切速率从0.4mm/min增加至5.0mm/min,黏性土混凝土界面抗剪强度减小幅度增大,摩擦系数减小0.1,有效黏着力的变化介于0.81～5.93kPa之间。     

常/变法向应力下松砂-混凝土接触面剪切力学性状试验研究

利用Shear Trac-Ⅲ大型直剪仪对松砂-混凝土接触面进行了常/变法向应力作用下的剪切试验,分析了剪切过程中剪应力和剪切面体应变的变化特征,建立了能够反映松砂-混凝土接触面剪切力学性状的数学模型,并给出了模型参数的确定方法。试验结果表明:在常法向应力作用下的剪切试验中,松砂-混凝土接触面的剪应力及体应变与法向应力密切相关;在变法向应力作用下的剪切试验中,松砂-混凝土接触面的抗剪强度与相应的常法向应力的抗剪强度相同,但其体应变小于相应的常法向应力作用下的体应变;在常法向应力作用下,松砂-混凝土接触面的剪应力-剪切位移关系可以用双曲线模型表示;在变法向应力作用下,松砂-混凝土接触面的剪应力-剪切位移关系可以用分段双曲线模型表示。     

高应力下粗砂与混凝土接触面剪切特性影响因素试验研究

利用改装自RMT-150B的直剪试验仪在不同法向应力下进行了含水量为0%、8%、16%、24%的粗砂与具有4种不同粗糙度、强度混凝土基底的接触面直剪试验。试验结果表明:当法向应力等于2MPa时,随接触面粗糙度的增加,达到极限抗剪强度的剪切位移先增加后减小;当法向应力大于2MPa时,达到极限剪切强度的剪切位移基本不再随接触面粗糙度而变化;在法向应力相同的情况下,干砂初始抗剪刚度较湿砂大。依据试验数据回归分析可知:高应力直剪条件下,粗砂与混凝土接触面的剪应力剪切位移关系可用双曲线模型描述。直观分析结果表明:极限抗剪强度受法向应力影响最大,且与应力呈线性相关,其次为接触面粗糙度,含水量的影响略高于混凝土界面强度;初始抗剪刚度随法向应力、接触面粗糙度、基底硬度的增大而增大,接触面初始剪切刚度所受因素影响从大到小依次为法向应力、含水量、接触面粗糙度、基底硬度;颗粒相对破碎受法向应力影响最大,其次为含水量,再次为基底硬度,接触面粗糙度影响最小,并且颗粒相对破碎随法向应力增达而增大,随混凝土粗糙度与基底硬度的增大而减小,随含水量增加存在破碎的破碎峰值。     

节理的剪切力学性质与含三维形貌参数的剪切强度准则比较研究

利用水泥砂浆材料浇注3组不同表面形貌的节理试件,由常法向应力下的直剪试验研究节理的剪切力学性质,并分析法向应力、三维形貌特征对抗剪强度的影响。直剪试验结果表明：峰值剪胀角与法向应力成反变化关系,与粗糙程度呈正变化关系;峰值抗剪强度与法向应力、粗糙程度均呈正变化关系。分析了JRC-JCS准则计算值偏低于试验值的原因,根据试验现象建议采用三维形貌参数、抗拉强度描述节理的剪切强度。对比分析了含三维形貌参数的峰值抗剪强度准则,建议低法向应力水平下采用双曲线形式的峰值剪切强度准则估算岩石节理的峰值抗剪强度。     

应力历史对黏土–混凝土界面剪切特性的影响研究

 采用大型直剪仪,系统研究法向应力历史对黏土–混凝土界面剪切特性的影响。根据制定的加卸荷方案,对3个粗糙度等级(锯齿高为0,1,2 cm)的黏土–混凝土接触界面先加荷至初始法向应力,再卸荷至剪切法向应力进行剪切。从剪应力–剪切位移曲线、界面最大剪应力、剪胀性3个角度对试验结果进行对比分析。分析结果表明：黏土–混凝土界面剪应力–剪切位移曲线仍大体呈双曲线形式,并未出现应变软化现象。初始法向应力越大,相同剪切位移对应剪应力越大;初始法向应力越大对应的界面最大剪应力越大,根据Mohr-Coulomb准则通过线性拟合得出界面强度参数,并引入界面摩擦有效系数和黏聚有效系数。通过数据对比发现,界面黏聚有效系数随着初始法向应力的增大而增大,而摩擦有效系数则随初始法向应力的增大而减小。剪切过程中3个粗糙度等级的黏土–混凝土界面均发生不同程度的剪胀,界面越粗糙,剪胀量越大。同时,应力历史对界面剪胀性规律有明显的影响,未经历法向卸荷的界面剪切过程开始先剪缩然后再剪胀,而经历法向卸荷的界面剪切一开始便呈现剪胀,且初始法向应力越大,剪胀越明显。     

混凝土多孔砖砌体材料抗剪性能试验研究

通过试验,系统研究了混凝土多孔砖的抗剪性能,提出了混凝土多孔砖砌体材料抗剪强度的计算方法,给出了灰缝的剪应力-剪应变本构关系计算模型,为制定<混凝土砖建筑技术规范>(CECS257:2009)提供了支持.结果表明:混凝土多孔砖砌体的抗剪强度大于同等级下普通砖砌体;抗剪强度随块型的不同而有少许差别;有初始压应力混凝土多孔砖砌体的抗剪强度较无初始压应力的小;有加载历史砖砌体的抗剪强度较无加载历史的大;压-剪复合作用下混凝土多孔砖砌体抗剪强度在一定范围内符合Mohr-Coulomb准则;灰缝剪应力-剪应变曲线的初始斜率较大,当接近破坏应力时,应变迅速增大,曲线接近水平.     

岩石材料的非线性强度与破坏准则研究

将三维应力条件下岩石材料的非线性强度特性,分解为偏平面上的非线性与子午面上的非线性,在偏平面上研究中主应力效应,在子午面上研究静水压力效应,以及中主应力与静水压力的耦合效应。通过八面体面外法线方向与空间滑动面外法线方向二者之间的线性插值,提出统一强度理论的物理模型,每一种材料对应于一个特定的剪切破坏面,进而建立广义非线性强度理论,该理论具有明确的物理模型、清晰的物理概念,4个相互独立的材料参数均具有明确的物理意义,在主应力空间的强度面连续光滑。通过5种岩石材料的真三轴强度试验结果的验证表明,该理论可较好地描述不同类型岩石材料的非线性强度特性。基于广义非线性强度理论提出2种变换应力空间,将广义非线性强度理论分别变换为2个新空间中的Mohr-Coulomb准则和Drucker-Prager准则,通过5种岩石材料的真三轴强度试验结果的验证表明,该理论可以在变换应力空间中以Drucker-Prager准则、Mohr-Coulomb准则的形式应用。     

钢纤维混凝土压剪破坏研究

通过改变压应力和钢纤维掺量,研究了钢纤维混凝土的压剪破坏,结果表明:钢纤维混凝土压剪破坏后具有明显的材料软化特征,可用双线性剪切软化曲线表示;钢纤维混凝土压剪强度与其压应力和钢纤维掺量有关,但该两者的增强效果并不叠加.提出了钢纤维混凝土压剪强度的计算公式,并用有限元方法进行了校核.     

双轴拉压混凝土在冻融循环后的力学性能及破坏准则

北方寒冷地区的大多数混凝土结构物和水坝等处于复杂应力状态,冻融循环对混凝土的力学性能产生不利影响。利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点试验室的大型混凝土静、动三轴试验系统,对经过0,25,50,75次冻融循环的混凝土,进行了0,-0.05,-0.15,-0.25共4种比例加载路径的双轴拉压试验,测得了混凝土的抗压强度和抗拉强度,及2个加载方向的应变,并根据试验结果,系统地探讨了冻融循环后,混凝土在不同拉压比下的双轴拉压强度和变形特性,发现随冻融循环次数的增加,混凝土的抗压强度、抗拉强度明显降低,拉压比对冻融循环后混凝土强度和变形性能有明显的影响。在主应力空间和八面体应力空间建立了同时考虑冻融循环次数和拉压比的冻融循环后混凝土双轴拉压的破坏准则,与试验值符合较好。经分析得出结论,实际工程中,处于双轴拉压应力状态的混凝土结构的抗冻融循环能力低于单轴应力状态的混凝土结构,因此,设计时要引起足够的重视。     

岩石指数型强度准则在主应力空间的特征

 指数型强度准则利用显式函数表示最小主应力和中间主应力对强度的影响,强度准则参数具有明确的力学含义;常规三轴压缩强度表明,随着正应力增大,剪切强度趋于常数,而破裂角趋于45°;但Mohr应力圆与外包络线在切点附近差异较小,且岩石并非均匀各向同性材料,实际破裂角与理论破裂不会完全一致。真三轴试验数据的离散性较大,强度准则参数对拟合偏差的影响并不显著,而以最小拟合偏差确定的参数未必体现岩石的真实力学性质。在研究强度准则在主应力空间内的力学特征之后,建议依据应力趋于无限时中间主应力与最小主应力对强度的影响系数在s2 = s3处相等来确定强度准则参数,由此得到的拟合误差并未显著增大。     

再生混凝土三向受压试验及强度准则

为了研究再生混凝土的三向受压力学性能,以强度等级、围压值和再生骨料取代率为变化参数,设计24个试件进行常规三向受压试验.试验观察了试件的破坏形态,获取了其峰值应力、峰值应变、应力-应变全过程曲线等重要数据,并提出了三向受压状态下再生混凝土的强度、弹性模量和峰值应变计算式.结果表明:三向受压状态下,再生混凝土表现为剪切型破坏;随着围压值的增大,再生混凝土的弹性模量、峰值应力及峰值应变均显著增大,并且峰点后的应力-应变曲线下降段较平缓,再生混凝土的延性提高.最后利用莫尔-库仑理论探讨了再生混凝土的破坏准则.     

基于统一强度理论的巴西圆盘劈裂强度分析

基于统一强度理论,构建了考虑2个较大主应力相互影响并适用于不同拉压比材料的巴西圆盘试验应力分析的统一劈裂破坏强度准则,通过参数变化得到常用的多种强度准则推导结果;为了验证理论公式,对C35商品混凝土试件进行了巴西圆盘劈裂试验,在试验研究基础上对统一强度准则演化出的多种强度准则计算结果进行对比分析。结果表明:材料的拉压比和中间切应力及相应作用面上正应力组合的加权参数对材料劈裂抗拉强度影响很大,最大拉应变强度理论和最大拉应力强度理论计算得到的劈裂强度分别为上、下限值,其他强度理论得到的值在两者之间,从而验证了统一强度理论对巴西圆盘劈裂试验分析的可靠性和适用性。     

孔隙水压力-围压作用下砂岩力学特性的试验研究

利用MTS815岩石力学测试系统进行两类三轴压缩对比试验:一类是非充水条件下不同围压时的三轴压缩试验;一类是充水条件且围压保持恒定时不同孔隙水压力作用下的三轴压缩试验。基于莫尔-库仑准则,分析非充水条件下,不同围压σ3作用对细砂岩的峰值破坏强度σ1max及其对应的轴向应变ε1max、剪切强度τ和正应力σ等参数的影响;充水条件下,围压σ3恒定时不同孔隙水压力P作用对细砂岩的峰值破坏强度σ1max及其对应的轴向应变ε1max、有效峰值破坏强度σ1′max、有效围压3σ′、有效剪切强度τ′和有效正应力σ′等参数的影响。研究结果表明:(1)充水条件下,随着有效围压σ3′的增加,有效峰值破坏强度σ1′max呈增大的趋势,但在相同围压条件下随孔隙水压力P的增加有效峰值破坏强度σ1′max呈逐渐减小的趋势;(2)非充水条件下的τ-σ曲线和充水条件下的τ′-σ′曲线既可采用一元二次方程拟合,也可采用线性方程拟合,其相应强度曲线均能较好地符合莫尔-库仑准则;(3)有效剪切强度折减系数K可以较好地表征孔隙水压力P对有效剪切强度τ′的影响。     

钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的计算

用剪压区复合应力状态下的强度准则推导了钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力的表达式。用所收集到的159根受单点或两点集中荷载作用、8点、12点及均布荷载作用和多点不对称集中荷载作用的梁的试验数据作了验证,表明了良好的吻合性。     

大骨料混凝土在动态三轴拉压压应力状态下的强度

采用大型混凝土静、动态三轴液压伺服试验系统,比较了大骨料混凝土试件和湿筛二级配混凝土试件在动态三轴拉压压应力状态下的强度特征.结果表明:2种试件的破坏均为典型的拉伸破坏,裂缝垂直于拉应力方向;动态抗拉强度随应变率的增大而增大,随压应力的增大而减小;抗拉强度增长系数与应变率比的对数呈线性关系;大骨料混凝土试件的动态抗拉强度及其对应变率的敏感性均比湿筛二级配混凝土试件的要小.在八面体应力空间中建立了破坏准则,为大体积结构的非线性分析和抗震设计提供了试验依据.