不同加载速率下玄武岩三点弯断裂性能及破坏形貌的试验研究

对不同加载速率下的玄武岩展开了三点弯断裂试验研究,探讨了荷载-位移曲线变化规律及裂纹扩展机理,分析了试样断裂面粗糙度系数随加载速率及开裂荷载的变化关系。结果发现:当加载速率在0.005～5mm/s范围内增加时,试样的断裂峰值荷载有增大趋势,而最大位移有不同程度减小,荷载-位移曲线的弹性阶段明显突出,上凹阶段与裂纹失稳扩展阶段有所隐退。裂缝扩展高度一定时,开裂荷载随加载速率的增加而增大,且断裂面粗糙度系数与加载速率呈显著的对数函数递减趋势;而加载速率一定时,开裂荷载随裂缝扩展高度的增加而增大。试样不同高度处的开裂荷载与断裂面粗糙度系数呈明显的幂函数递减关系。     

柠条、沙柳根与土及土与土界面摩擦特性

通过直剪试验研究了垂直荷载、土体干密度、土体含水率对柠条根-土界面、沙柳根-土界面以及土-土界面摩擦特性的影响.结果表明:柠条根-土界面、沙柳根-土界面与土-土界面的剪切特性相似,均服从莫尔-库仑理论;柠条根-土界面、沙柳根-土界面的摩擦系数随着土体干密度的增大而增大;土壤含水率对柠条根-土界面、沙柳根-土界面摩擦系数和黏聚力的影响与素土相同,三者的摩擦系数随含水率增加逐渐减小,而黏聚力随着含水率增大呈先增大后减少的变化.在自然生境下主要根系分布层,柠条、沙柳的根-土界面摩擦系数大于土-土界面,尽管根-土界面黏聚力小于土-土界面黏聚力,但是根-土界面的摩擦系数的增大仍使根-土界面抗剪强度大于土-土界面,说明根-土结合面抵抗位移的能力大于土-土界面;2种植物相比,柠条根系抵抗根-土分离的能力优于沙柳.     

植物根土界面摩擦力的影响因素研究

为探索影响林木根系与土壤界面摩擦力的因素,采用施加拔出荷载的方式对林木根系进行单根拔出试验.结果表明:根系与土壤界面的摩擦力随根系直径和埋深的增加而呈线性规律增大;平均摩擦力的大小随土壤含水率的增加呈现先增大后减小的规律;摩擦力随加载速率的增加而减小;不同树种的根系与土壤摩擦力和摩擦系数差异显著,平均摩擦力大小表现为白桦落叶松蒙古栎油松,平均摩擦系数表现为落叶松蒙古栎白桦油松.     

砂土中锚板抗拔性能试验研究

运用自行研制开发的试验装置和数据采集系统,对锚板在砂土中的抗拔性能进行了试验研究。分析了锚板在松砂和密砂两种情况下抗拔力和位移的关系曲线特征,研究了不同埋深率下抗拔力和破坏系数的变化规律,并根据抗拔力与破坏系数随埋深率的变化趋势得到了松砂和密砂状态下的临界埋深率。试验结果表明,密度对砂土中锚板的抗拔性能有非常大的影响,增加砂土的密实度可以大幅度提高锚板的抗拔承载力并显著减小锚板的位移变形。增加锚板的埋置深度同样也可以大幅提高锚板的抗拔承载力,但抗拔承载力的增加幅度受临界埋深率的限制,临界埋深率随密度增加有增大的趋势。该试验结果可为锚板上拔预测模型的建立及设计提供参考依据。     

金属拉扭强度关于材料声速及加载速率最小二乘法的回归模型

为了研究不同加载速率下金属的拉扭强度及其预测方法,利用声发射检测仪及电子拉扭试验机分别对铸铁和中碳钢标准试件进行了声速测定及不同加载速率、加载路径下的拉伸-扭转组合变形试验,得到了各试件材料的声速值及相应加载方案下的载荷-变形曲线;根据平面应力状态及强度理论,推导出了材料拉扭破坏的最大正应力、最大剪应力;利用试验中采集的最大轴力、最大扭矩计算得到了材料的拉扭破坏应力、破坏面方向;基于最小二乘法拟合得到了材料拉扭强度关于材料声速值、拉伸与扭转加载速率的多元回归模型。研究表明:随着拉伸与扭转加载速率的增加,铸铁、碳钢的破坏应力分别呈现总体上升、总体下降的趋势;相同加载速率、不同加载路径下材料的破坏强度各不相同;建立的回归模型能较好地预测给定材料在不同加载速率下的破坏应力,并以此建立塑性及脆性材料的拉扭强度条件。     

花岗岩的加载速率效应及能量机制研究

加载速率对岩石的力学性质以及变形破坏方式具有重要的影响。基于MTS810电液伺服材料试验系统与PCI-2声发射仪对岩样进行不同加载速率作用下的单轴压缩和声发射试验。研究结果表明：（1）在各级加载速率作用下,岩样单轴压缩应力-应变曲线大致经历了压密、弹性、屈服、破坏四个阶段。岩样峰后曲线在加载速率为0.001~0.01 mm/s时出现台阶型分段跌落状,在加载速率为0.01~0.1 mm/s时呈现光滑、陡峭的连续曲线。（2）岩样峰值强度、弹性模量随加载速率的增加而增大,与加载速率对数均呈现三次多项式拟合关系。峰值应变随加载速率的增加而减小,与加载速率对数呈现线性拟合关系。（3）随着加载速率由0.001mm/s增加至0.1mm/s,岩样吸收的总应变能 具有波动性,可释放的弹性应变能 增幅60.42%,耗散应变能 降幅 66.38%, 增幅43.33%, 降幅66.67%,岩样破裂模式由拉剪破坏逐渐向张拉劈裂破坏过渡,岩样破裂块数增多。（4）加载速率为0.001~0.1 mm/s时,岩样破坏方式有所不同,但破坏为同一类损伤过程。单轴压缩状态下,能量耗散使得岩样损伤致使强度丧失,而能量释放使得岩样宏观破裂面贯通,并向着能量释放的方向张裂或弹射破坏。     

低速冲击下混凝土少筋梁断裂性能

动态加载下,混凝土中钢筋的阻裂性能一直是冲击动力学研究领域的难点之一。利用落锤试验机对含缺口的混凝土少筋梁进行三点弯曲试验,分析了不同加载速率下梁的冲击力、跨中挠度、混凝土起裂应变率和钢筋应变。实验结果表明:在一定加载速率范围内（0.885～1.252 m/s）,混凝土预制裂缝尖端的裂纹起裂应变率、冲击力最大值、跨中挠度峰值与加载速率呈线性增长关系,当加载速率增至1.771 m/s时,增长趋势减弱;冲击力卸载时,钢筋部分弹性变形恢复导致裂纹产生闭合,裂纹嘴张开位移逐渐减小至恒定值,对裂纹嘴张开位移峰值前的部分曲线进行拟合后得到裂纹嘴张开位移率,结果表明裂纹嘴张开位移率随加载速率的提高而线性增大。     

全长锚固锚杆锚固单元力学性能实验研究

锚固单元的传力特性是影响全长锚固锚杆支护能力的重要因素。由于锚固单元界面构成复杂，本文主要考虑锚杆与粘结材料及其界面的力学特性，开展锚固单元界面剪切力学实验研究。实验结果表明，砂浆强度直接影响界面的峰值强度和剪切刚度；采用相同强度砂浆，界面的峰值强度、剪切刚度和残余剪切强度都与法向应力成正比；在相同法向应力作用下，剪切速率增加引起峰值剪切强度增大，但对残余剪切强度影响较小。依据实验剪切应力–位移曲线将锚固单元与岩石间界面的解耦过程分为“峰前–软化–滑移”三阶段，非连续变形分析方法数值模拟结果表明，加载初期的损伤主要受粘结材料抗拉强度的影响，临近峰值阶段与粘结材料张剪混合破裂相关；软化阶段和滑移阶段主要受粘结材料剪切特性和颗粒形状的影响；引入实验所获得的三线滑移模型曲线到全长锚固锚杆模型，模拟拔出数值实验结果表明较快拔出速率将影响锚杆变形能力。     

拉格朗日元与虚拟裂缝模型耦合方法及准脆性材料拉伸试验模拟

利用自主开发的拉格朗日元与虚拟裂缝模型耦合的连续-非连续方法,模拟了拉伸位移控制加载条件下正方形岩样的变形-开裂过程,推导了位移控制加载条件下矩形岩样的载荷-位移曲线峰后斜率的解析式,其依赖于岩样的几何尺寸和力学参数(弹性模量、泊松比、抗拉强度和断裂能),还模拟了压缩位移控制加载条件下巴西圆盘岩样的变形-开裂过程。结果表明:对于正方形岩样,随着加载的进行,最大主应力分布较为均匀,呈先上升后下降趋势,直至真实裂缝出现;岩样端部的载荷、允许开裂位置上节点的法向力和法向张开度随时间或时步数目的演变规律均呈现3个相对应的阶段;不同网格尺寸的结果基本不具有网格依赖性。对于圆盘岩样,无论网格疏密,裂缝带均由圆盘中心向圆盘两端扩展,直至贯穿圆盘;随着单元数目的增加,裂缝带宽度有减小趋势;网格疏密对计算得到的抗拉强度几乎没有影响。     

土遗址楠竹锚固界面传力过程研究

竹木锚固技术近年来被广泛应用于土遗址文物加固保护中,但其锚固界面传力机理尚不明确,严重制约着锚固技术的科学化、规模化应用.相关研究成果已经证实了合理的锚固界面粘结-滑移模型对锚固系统性能预测的重要性,本文在此基础上以楠竹-改性泥浆-夯土锚固系统为例,基于考虑完全脱粘现象的三线型粘结-滑移模型开展了锚固界面传力全过程研究.首先将锚固界面传力全过程分为6个连续阶段,分别对各阶段对应的界面应力、应变分布与演化过程进行理论解析,推导了锚杆轴向变形、界面滑移量、界面剪应力、界面剪应变等参数的封闭解,同时给出了极限锚固力与有效锚固长度的计算方法.在此基础上,通过识别载荷-位移曲线特征点对粘结-滑移模型参数进行了标定.最后采用两个土遗址原位拉拔试验对理论解析模型的合理性进行了对比验证,同时着重分析了锚固长度与锚杆轴向刚度两个因素对锚固性能的影响规律.本文提出的解析模型对存在完全脱粘现象的锚固界面传力过程分析具有广泛适用性,能够为土遗址锚固工程设计提供参考与指导.      

离心模型试验边界效应分析

通过对模型土进行加卸载的离心模型试验，分析边界摩擦力对土体变形的影响。由试验可以得到土层表面的弹性变形曲线，根据模型土体的位移边界条件，假设土层的位移函数，运用最小势能原理，求出边界磨擦力的大小，以及离心机加载过程中，在惯性力场和边界摩擦力作用下，模型土体的位移计算公式。通过试验和计算认为，在离心模型试验中，边界摩擦力对粘性土体的位移场有很大影响，应采取一定的措施减小摩擦力。     

油松根系的轴向疲劳性能研究

初次室内模拟自然界导致土壤侵蚀的循环荷载作用,研究油松根系的轴向疲劳性能.结果表明：油松根系100次和1 000次疲劳后的抗拉力和抗拉强度均大于疲劳前根系单调轴向抗拉力和抗拉强度;油松根系轴向循环应力-应变滞回曲线表现出明显的周期循环特征,“滞回环”最初阶段为较饱满的“梭形”,具有较好的塑形变形和耗能能力,其间距较大,表现为“稀疏型”排列;随着循环次数的增加,“滞回环”间距越来越小,表现为“密集型”排列,趋于稳定;“滞回环”的加载段和卸载段均可用二次函数拟合,拟合曲线参数A、B、C除较小直径波动较大外,其余各根径的函数参数变化平稳;根系的疲劳轴向应变包括弹性变形和塑性变形两部分,以第20次循环为界限,总应变可划分为两个阶段：应变迅速增长阶段和应变缓慢增长阶段.     

考虑桩土共同作用的钻孔灌注桩承载性状分析

以盖州北海渔民回迁楼工程为依托,选取其中的C14 号楼为研究对象,对其中两根试桩进行现场静载试验,并获得了Q-S 曲线、侧摩阻力随深度变化曲线、桩身轴力随深度变化曲线及桩土接触面相对位移随深度变化曲线. 然后根据现场勘查资料及有限元参数选取的经验值建立单桩模型,利用大型有限元分析软件ADINA 对单桩进行分析,并根据模拟数据及实测数据利用MATLAB 绘制了各项主要承载特性的对比曲线,一方面验证模型及参数的合理性,另一方面研究桩长对单桩各项主要承载特性的影响. 最后利用单桩验证过的模型及参数建立群桩模型,分析群桩的各项主要承载特性与桩长及桩间距的关系.     

低含水率砂土和饱和砂土场地爆炸成坑特性实验

爆坑是土中爆炸荷载作用下的主要响应形式,基于大型爆炸实验场地,开展了一系列低含水率砂土和饱和砂土中的爆炸成坑现场实验,研究了药量、埋深及含水率等因素对土中爆坑效应的影响。研究结果显示:根据药包的比例埋深,低含水率砂土场地的最终爆坑形态可以分为隐爆、塌陷型漏斗坑和抛掷型爆坑3类,发生封闭爆炸的临界比例埋深为2.3 m/kg1/3;形成抛掷型爆坑的条件为比例埋深小于1.5 m/kg1/3;当比例埋深为1.5~2.3 m/kg1/3时,形成塌陷型漏斗坑。土中孔隙水压力的增大导致坑壁周围土体发生了液化流动、坍塌,最终造成爆坑横向尺寸的扩大。相同爆源条件下,饱和砂土场地形成的坑面直径比低含水率砂土场地提高了25%~35%,饱和砂土场地发生封闭爆炸的极限比例埋深可达2.5 m/kg1/3。     

弹塑性微凸体侧向接触相互作用能耗

传统的结合面研究多基于光滑刚性平面与等效粗糙表面接触假设,忽略了结合面上微凸体侧向接触及相邻微凸体之间的相互作用,这导致理论模型与实际结合面存在较大出入.针对承受法向静、动态力的机械结合面,从微观上研究了微凸体侧向接触及相互作用的接触能耗.将法向静、动态力分解为法向分力和切向分力,获取弹性/弹塑性/塑性阶段考虑微凸体侧接触及相互作用的加、卸载法向分力-变形和切向分力-位移的关系.通过力的合成定理,从而获取加、卸载法向合力与总变形之间的关系,由于法向分力产生的塑性变形及切向分力产生的摩擦,导致加载、卸载法向合力-总变形曲线存在迟滞回线.通过对一个加、卸载周期内的法向合力-总变形曲线积分,获得一个周期的微凸体接触能耗,包括应变能耗及摩擦能耗.仿真分析表明:微凸体在3个阶段的能耗均随变形的增大而非线性增大.微凸体侧向接触角度越大,能耗越大,且在弹性阶段最为明显.在弹性阶段,仅存在侧向的摩擦能耗,故结合面在低载荷作用下必须采用双粗糙表面假设.在塑性阶段,由于微凸体接触能耗为应变能耗,且接触角对其能耗影响甚微,故结合面在大载荷作用下可采用单平面假设对其进行研究.相对于KE和Etsion模型,本文提出的模型与Bartier的实验结果更吻合.     

含受弯根键的根式沉井承载性能分析

根据荷载传递法及Winkler地基梁理论,考虑根键弯曲及重叠折减效应,推导了含受弯根键的根式沉井承载性能的弹性解答,计算值在弹性范围内与实测值接近.给出了竖向位移和轴力随深度的分布曲线,并分析了根键的受力性状以及各部分土反力的分担比例等.结果表明,根式沉井的承载性能明显优于传统沉井基础,可应用于工程建设中,但根键的弯曲效应会降低基础的承载性能,故在设计中应提高根键的抗弯刚度.     

牛膝关节软骨的摩擦行为研究

采用UMT．2型微观多功能测试系统，在试验环境为牛血清，法向加载应力0．8MPa，加载时间从5s到60min变化条件下分别测定了牛膝关节软骨在静态加载和滑行时的法向位移以及滑行时的摩擦系数．结果表明：上、下软骨间的法向位移与加载时间呈非线性增加；滑行时法向位移影响软骨间摩擦系数，启动摩擦系数高于平坦滑行过程中的摩擦系数；滑行速率对软骨摩擦系数的影响较小，加载时间越长，法向位移越大，所对应的启动摩擦系数越大；加载时法向位移和滑行时启动摩擦系数具有类似的变化趋势．     

接触面损伤演化过程的数值模型

结合接触面在细观尺度上的非均匀性及其损伤演化规律,提出了一种可以考虑接触面损伤演化过程的数值模型.数值模拟得到的剪切应力-剪切位移关系表明:随着剪切位移的增加,接触面上产生的损伤单元导致曲线斜率逐渐降低;当接触面被完全剪断后,模型中的剪切应力出现了一定程度的下降,此后的剪应力在摩擦力的作用下基本保持不变.模型所能承受的...