黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

基于数字图像测量技术的尾粉砂动三轴试验研究

尾粉砂的动力学特性往往通过室内动三轴试验来进行研究,因此试验数据的精度尤为重要。本文将数字图像测量技术应用于土工动三轴试样的应变测量中。采用Butterworth数字滤波器进行数据降噪处理,并将图像测量获得的整体应变结果与传感器测量的应变结果进行了比较,表明通过图像测量方法测得的数据更能反映试样的真实变形。以某地饱和尾粉砂动三轴试验为例,通过采用该种非接触式测量方法,分别得到试样局部的动位移和动应变,进而得到动模量随动应变的变化规律,并与传感器得到的数据进行比较,结果表明,局部的动模量分布在整体动模量衰减曲线周围,并且在小变形下不同位置处其动模量与整体动模量差别较大,应变较大时,局部动模量趋于整体动模量。     

基于数字图像测量方法的分层试样剪切破坏特性研究

分层试样的强度及变形特征与单一试样有很大的区别,其剪切带的发生、发展过程等相关性质也不相同.本文在传统的三轴压缩仪上引进全表面数字图像测量系统,对分层试样及单一试样分别进行了三轴压缩试验,得到了试样的整体和局部的应力应变关系曲线以及试样全表面的变形信息.结果 表明:在单一试样中夹杂其他试样的情况下,其分层试样对单一试样...     

非饱和土真三轴试验研究进展

研究非饱和土的强度是非饱和土理论及其工程应用的首要问题,但因复杂应力状态下基质吸力的控制技术、量测技术和吸力平衡时间等原因,非饱和土真三轴试验研究的进展迟缓. 在介绍非饱和土刚性真三轴仪、柔性真三轴仪和刚柔复合型真三轴仪的基础上,重点分析已有非饱和土刚性和柔性真三轴试验结果,总结现有非饱和土真三轴仪及其试验研究的不足,同时指出Mohr-Coulomb 强度准则和外接圆Drucker-Prager准则对非饱和土真三轴试验结果的不适用性. 应开展更多不同种类非饱和土的完整真三轴试验研究,特别是非饱和黏性土;应结合非饱和土的应力状态变量和强度特性,建立符合工程实际受力状况的非饱和土真三轴强度准则,完善非饱和土的理论基础.     

循环孔隙水压下混凝土常规三轴压缩损伤破坏特性分析

本文进行了孔隙水压不同循环次数(0次,10次,50次,100次和200次)以及不同应变速率下(10~(-5)/s,10~(-4)/s,10~(-3)/s和10~(-2)/s)混凝土常规三轴压缩试验,分析了混凝土峰值应变的变化规律、应力-应变曲线及损伤特性。结果表明:相同循环次数孔隙水压下,峰值应变随应变速率增加,整体呈现出增加的趋势;而相同应变速率下,峰值应变随孔隙水压循环次数的变化规律并不明显;在中低应变速率(10~(-5)~10~(-3)/s)下,混凝土的损伤变化受孔隙水压循环次数影响较大;当循环次数达到200次时,孔隙水压作用对混凝土产生较大的损伤。通过对循环孔隙水作用下混凝土动态损伤破坏机理的分析可知:混凝土的破坏过程实际上是内部裂纹不断形成、扩展、贯通,材料损伤不断产生、累积的过程;当损伤达到一定程度,混凝土发生宏观破坏,失去承载力。     

一个可区分破坏模式的新应力三轴度参数

三轴应力状态对破坏模式影响很大,但是根据应力三轴度的传统定义难以定量地判断破坏模式。本文根据准脆性断裂和塑性屈服的发生条件,从二者被满足的先后顺序角度,提出了一个新的应力三轴度定义以及临界三轴度这一材料常数。区分破坏模式的判据可简单地表示为:当应力三轴度大于材料的临界三轴度时,则发生准脆性断裂;当应力三轴度小于临界三轴度时,则先发生屈服和塑性变形。通过对平面应力和平面应变状态下椭圆孔孔边应力三轴度的理论分析,提出了有限厚度板中裂尖应力三轴度的数值计算方法,考察了不同板厚下单边裂纹裂尖应力三轴度沿板厚方向的分布特点,并给出了相应的经验公式。     

基于近场动力学理论的混凝土轴拉破坏过程模拟

近场动力学PD(Peridynamics)是一种新兴的基于非局部模型描述材料特性的数值计算方法.该方法假定位于连续体内的粒子通过有限的距离与其他粒子相互作用,通过积分计算在一定近场范围(Horizon)内具有一定影响域的材料点之间的相互作用力,而不论位移场的连续与否,避免了传统的局部微分方程求解在面临不连续问题时的奇异性和现有多尺度算法的复杂性.本文概述了PD方法的基本思想、建模方法和计算体系,给出了用近场动力学方法模拟混凝土在轴向拉伸荷载作用下的计算格式.算例结果表明,PD方法可以很好地刻画和模拟混凝土在轴拉情形下的损伤累积与渐进破坏过程.最后讨论了PD方法在理论、计算和应用等方面有待进一步研究的问题.     

超固结饱和黏性土的弹塑性本构模型及三轴试验模拟

针对饱和超固结黏性土现有的下加载面修正剑桥模型破坏应力比为定值,不能反映土体在不同应力状态下强度特性存在差异这一问题,为了更好地反映应力状态变化对破坏应力比的影响,基于三剪统一强度准则确定超固结土的破坏应力比.在此基础上得到了超固结土的弹塑性本构模型,该模型的特点是能够描述土体受力时的中间主应力效应、应力区间效应、拉压差影响.基于该本构模型作了常规三轴压缩条件下超固结饱和黏性土的模拟结果与试验结果对比,结果表明:该模型能够反映不同超固结比下土的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性和规律.利用该本构模型模拟了排水和不排水条件下的真三轴压缩试验,得到了相应的应力-应变特性曲线.     

含水合物沉积物三轴剪切试验与损伤统计分析

天然气水合物开采诱发水合物分解,削弱水合物地层强度,可能导致地层滑动和生产平台倒塌等工程地质灾害,对水合物开采安全性构成严重威胁.深入理解含水合物沉积物力学性质并建立合理的本构关系模型是水合物开采安全性评价的前提条件.在自主研发的含水合物沉积物力学性质测试实验装置上,采用饱和水海砂沉积物气体扩散法制备了含水合物沉积物样品,并开展了系列的排水三轴剪切试验,通过时域反射技术实现了样品中水合物饱和度的实时在线测量;基于复合材料的罗伊斯(Reuss)应力串联模型和沃伊特(Voigt)应变并联模型提出了含水合物沉积物等效弹性模量的细观力学混合律模型,结合损伤统计理论和摩尔-库伦破坏准则改进了含水合物沉积物的本构关系模型.结果表明:随着水合物饱和度的增加和有效围压的减小,应力-应变曲线由应变硬化型变为应变软化型,割线模量和峰值强度均随水合物饱和度与有效围压的增加而提高,黏聚力受水合物饱和度影响明显,而内摩擦角基本不变;提出的等效弹性模量细观力学混合律模型与改进的本构关系模型均具有良好的适用性,模型参数少且物理意义明确.     

聚丙烯纤维对风积沙改性土三轴压缩特性的影响研究

为了研究聚丙烯纤维加固风积沙改性土(95%风积沙+5%水泥)的效果和机制,改善风积沙改性土的脆性破坏特性,将聚丙烯纤维以0.1%、0.2%和0.4%质量百分比掺入到风积沙改性土中,进行固结不排水三轴压缩试验。试验结果表明：风积沙改性土的应力-应变曲线具有弹塑性变形特征,应变初始阶段出现应力陡增的孔隙压密期后有完整的弹性阶段、塑性变形阶段和破坏阶段;聚丙烯纤维的掺入增加了土样的塑性变形能力,提高了残余强度,破裂面因纤维的拖拽牵引而呈现圆弧形,抑制了土样的脆性破坏,增加了其延展性;风积沙改性土的内聚力随着聚丙烯纤维含量的增大而增大,基本呈线性正相关关系,内摩擦角随着聚丙烯纤维含量的增大而减小,整体呈现负相关关系;风积沙改性土的峰值应变随着聚丙烯纤维含量的增大而增大,应力-应变曲线由应变软化转变为应变硬化型,可用双曲线进行有效拟合;同一围压下应力-应变双曲线拟合模型参数b随聚丙烯纤维的含量增大而减小,在同一聚丙烯纤维含量下,模型参数b均随围压的增大而减小。本文研究成果可为风积沙改性土的实际工程应用提供试验参考。     

Plastic surface strain mapping of bent sheets by image correlation

A technique using a single CCD camera, a precision rotation/translation stage, a telecentric zoom lens, and digital image correlation software is described for measuring surface profiles and surface plastic strain distributions of a bent thin sheet. The measurement principles, based on both parallel and pinhole perspective projections, are outlined and the relevant mathematical equations for computing the profiles and displacement fields on a curved surface are presented. The typical optical setup as well as the experimental measurement and digital image correlation analysis procedure are described. The maximum errors in the in-plane and out-of-plane coordinates or displacements are about ±5 and ±25 μm, respectively, and the maximum errors in surface strain mapping are about 0.1% or less based on a series of evaluation tests on flat and curved sample surfaces over a physical field of view of 15.2 × 11.4 mm². As an application example, the shape and surface plastic strain distribution example, the shape and surface plastic strain distributions around a bent apex of a flat 2 mm thick automotive aluminum AA5182-O sheet, which underwent a 90° bend with three bend ratios of 2t, 1t, and 0.6t, are determined using the proposed technique.     

基于主应变场的混凝土全表面开裂特征实时测量与分析

测量裂纹的扩展过程对于揭示混凝土结构的破坏机理和评价其力学性能十分重要. 本文提出了一种基于混凝土表面变形场的裂纹定位和宽度测量方法, 首先基于多相机数字图像相关方法得到混凝土试件表面的高分辨变形场, 发现开裂引起的位移梯度使裂纹附近的虚主应变场明显区别于未开裂处, 且主应变场在裂纹法线方向近似高斯分布. 借鉴在激光条纹中心线定位中广泛采用的Steger算法思想, 提出了基于主应变场的裂纹定位方法, 并将裂纹两侧位于法线上的面内位移向量做差沿裂纹法线方向上的投影为Ⅰ型裂纹宽度, 沿裂纹切线方向上的投影为Ⅱ型裂纹宽度, 最终得到了裂纹每一点的位置和宽度. 利用高精度平移台设计了模拟裂纹扩展的实验, 以验证Ⅰ型裂纹宽度的测量精度. 实验结果表明: 裂纹宽度的测量误差在0.010 ~ 0.017像素之间, 与理论预测相符; 测量误差的标准差在0.006 ~ 0.008像素之间, 测量结果比较稳定. 在同等分辨率下, 本文方法的测量精度优于基于图像的裂纹测量方法. 本文提出的方法可以全自动、实时地测量裂纹扩展, 为混凝土实验提供了一种可靠、精确的全场裂纹测量手段.

     

Deformation analysis of laser spectra based on S-R decomposition theorem

ＭｏｄｅｒｎｏｐｔｉｃａｌｔｈｅｏｒｙｈａｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｆａｒｆｉｅｌｄｏｒＦｒａｕｈｏｆｅｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｓｉｄｅｎｔｉｃａｌｔｏｔｈｅＦｏｕｒｉｅｒｓｐｅｃｔｒａａｎａｌｙｚｅｒ．ＩｎｔｈｅＦｏｕｒｉｅｒｓｐｅｃｔｒａｌａｎａｌｙｚｅｒｔｈｅＦｏｕｒｉｅｒｓｐｅｃｔｒａｏｒｔｈｅＦｒａｕｎｈｏｆｅｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆａｎｉｍａｇｅｉｓｆｏｒｍｅｄｏｎｔｈｅｂａｃｋｆｏｃａｌｐｌａｎｅｗｈｅｎａｌａｓｅｒｂｅａｍｉｓｄｉｒｅｃｔｅｄ…     

完全与不完全叉形分岔实验

介绍一种可演示完全与不完全叉形分彷的实验装置，并分析其机理。本文对非线性动力学实验设计有一定启示作用。     

图像相关法在高分子材料拉伸性能研究中的应用

本文对聚碳酸酯(PC)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)的合金(PC/ABS)高分子材料不同环境温度下的拉伸性能进行了试验研究。根据图像相关分析法编制了图像法位移测量分析软件,并对该分析软件的适用性进行了分析。系统研究了PC/ABS高分子材料拉伸试验时三个方向的位移场和应变场。根据测得的位移场研究了该高分子材料拉伸过程中应变和应变率的变化以及应力应变变化规律,并对试验结果进行了详细分析。结果表明,文中采用的图像法位移测量系统具有较高的测试精度;拉伸过程中,试件厚度方向的收缩变形大于宽度方向的收缩变形;颈缩过程区具有非常高的应变率,颈缩后的平直颈缩区的应变率快速下降到一个很低的应变率继续缓慢变形;尽管载荷位移曲线出现了较大的载荷下降现象,PC/ABS拉伸时的真应力应变曲线没有明显的应力下降现象出现,因此,载荷下降现象主要由颈缩时的截面减小引起;高分子材料PC/ABS的屈服应力随环境温度的升高而降低。     

氢对体心立方金属裂纹尖端变形过程的影响

利用扫描电镜(SEM)原位拉伸,观察了 Fe-3％Si 单晶体裂尖的变形和断裂过程。用网格法加计算机处理系统测出了裂纹尖端的应变场及氢对应变分布的影响。发现在Ⅰ型载荷下,主裂纹尖端应变呈不对称分布,形变带内应变梯度很大。形变带内应变分布为: ε_(yy)=f(x)exp(-Ar).氢不改变裂纹尖端塑性变形特征,但能明显促进裂纹尖端局部塑性变形的非均匀增加。     

采用显微网格法研究韧性材料平面应力状态下裂尖附近的应变场

用显微网格数字图象处理方法,测量了韧性材料平面应力条件下Ｉ型单边裂纹尖端附近的应变场。实验结果表明：在裂尖两侧存在与裂纹方向夹角约为５０°的大变形带。最大应变位于离裂尖一定距离的大变形带上,随着载荷增加,最大应变的位置逐渐靠近裂纹尖端。应变峰值轨迹线在裂纹顶端呈放射状,载荷增加时,应变峰值的轨迹线位置并不改变。     

压力场中光纤应变测量方法研究

本文对压力场环境下的光纤应变测量方法进行了研究,在理论上分析了由于测试环境的压力变化产生虚假应变的原因,提出了采用补偿的方法消除虚假应变。通过具有补偿功能的马赫－泽得干涉系统对应变场进行了测量,证明了补偿法的可靠性,为光纤应变测量方法向实用化转变进行了有益的探讨。