冻融环境下红砂岩力学特性试验及损伤分析

将实验研究与损伤力学理论分析相结合,对红砂岩进行饱水状态下的冻融循环试验及不同冻融次数下的力学特性试验,分析了岩石的冻融损伤劣化过程,系统研究了岩石的变形破坏规律及损伤扩展力学特性.研究表明:红砂岩呈现出剥落和断裂的冻融损伤劣化模式;随着冻融次数的增加,岩石的强度及弹性模量急剧降低,并表现出压密性增大、弹性减弱、塑性增强的特征;岩石初始细观结构的缺陷经过损伤的非线性演化,表现出宏观力学性能的劣化.     

海工混凝土环境损伤力学研究进展

海工混凝土结构的安全性与耐久性是值得力学学科关注的重要问题。钢筋混凝土是由素混凝土基体和加强钢筋组成的复合材料。在海水中的氯离子腐蚀下钢筋会发生锈蚀,而在海洋环境的各种化学因素和物理因素作用下会导致素混凝土基体中的微裂纹成核与长大。腐蚀损伤会导致氯离子扩散系数增加,钢筋锈蚀加速,最终导致混凝土结构的安全性与耐久性降低。海工混凝土的损伤由化学因素和物理因素所诱发,化学因素包括碳化和侵蚀性离子（氯离子、硫酸根离子和镁离子）的攻击,而物理因素包括温度、湿度、波浪冲蚀和紫外辐射等。本文介绍了海工混凝土环境损伤力学的研究进展,首先讨论了环境损伤的诱发机理,然后介绍了环境损伤力学的理论模型,包括钢筋坑蚀的概率模型、硫酸盐腐蚀下混凝土损伤演化的模型和断裂韧性演化模型、波浪冲蚀模型等。腐蚀损伤对氯离子扩散的耦合作用也进行了评述,强调了如果不考虑腐蚀损伤的影响,关于氯离子在混凝土中扩散的分析结果有可能是错误的。最后,提出了几个未来需要解决的重要问题。

     

不同化学腐蚀下砂岩冻融力学特性劣化的试验研究

通过研究砂岩试样在酸性Na2SO4溶液、中性Na2SO4溶液和碱性NaOH溶液中浸泡并经历冻融作用后的物理力学特征,分析了砂岩在不同化学溶液中腐蚀30d后及再经历不同冻融循环次数作用后其物理力学特征的变化规律,同时,借助于体视显微镜和SEM扫描电镜对试样微细观结构的损伤劣化进行了观察,并基于孔隙率的变化建立损伤变量来定量的描述试样的损伤劣化程度。试验结果表明：随着冻融循环次数的增加,浸泡在不同化学溶液中砂岩试样的峰值强度及其弹性模量均呈现出指数函数的劣化趋势,而其峰值应变却按指数函数的趋势增加。不同化学溶液下砂岩试样的损伤程度随着冻融循环次数的增加而逐渐加剧,酸性溶液下试样的损伤程度大于中性溶液和碱性溶液下的损伤程度,碱性化学溶液下试样的冻融损伤程度最小。酸性溶液加剧了冻融作用下砂岩试样的损伤劣化程度,而中性至碱性溶液下起冻融损伤程度却得到一定的缓解。化学腐蚀作用与冻融循环作用相互促进、共同影响着砂岩试样的损伤劣化程度。     

水岩化学作用对黑色页岩的化学损伤及力学劣化试验研究

为模拟黑色页岩化学风化中酸性水-页岩化学作用过程,本文对其进行氧化条件下的不同pH值H2SO4溶液的非平衡流动态腐蚀性试验,获得了黑色页岩化学腐蚀前后矿物变化、相对质量损失、次生孔隙率、纵波波速变化及微观结构特征的变化。通过单轴压缩试验,获得黑色页岩在不同浸泡时段的变形和强度特性规律,探讨了酸性水对黑色页岩化学作用的化学损伤和力学劣化的腐蚀效应及机制。研究表明,页岩试件在化学腐蚀后,易溶性矿物成分减小,黏土矿物增加,同时矿物胶结变得松散,矿物边缘变得模糊;页岩试件的相对质量损失与次生孔隙率随pH值减小和浸泡时间的增长而增大,而纵波波速则减小;其力学特性有从脆性破坏向延性破坏转化的趋势,单轴抗压强度和弹性模量有随pH值减小和浸泡时间的增长而减小的趋势。基于次生孔隙率,构建化学损伤变量来描述试件化学-力学损伤演化过程。分析酸性水-页岩化学作用的机理主要为:溶解作用、氧化作用、水解作用及离子交换吸附作用。     

水分及冻融循环对红砂岩物理力学特性的影响

将干燥红砂岩进行饱水及开放系统下的冻融循环实验,并对干燥、饱水及经历一定冻融次数后的试样进行单轴压缩实验,系统地研究了红砂岩的遇水软化性及冻融损伤劣化特性,分析了岩石的弹性模量、强度、应力-应变关系的变化规律。结果表明：在水分的作用下,红砂岩的弹性模量及强度显著降低,且强度受水分影响引起的损伤较弹性模量大;水分及软弱结构面的存在促进了岩石的冻融损伤劣化,并伴随着岩石延脆性性质的改变,最终在冻融循环的作用下完全崩解;在寒区岩体工程设计和施工过程中,必须考虑水分和温度对工程稳定性的影响,采取加强防排水及隔热保温技术等综合防治措施减少冻融灾害。     

含初始损伤岩石的冻融损伤试验研究

在实际工程中,岩石大多是含初始损伤的,分析含初始损伤岩石的力学性能有重要的工程意义.预先统计岩石试块的初始抗压强度,然后根据其抗压强度给岩石试块施加压力.分别施加了极限抗压强度的10％、30％、50％、70％、80％、90％,以形成不同的初始损伤.然后通过低温冻融实验和单轴压缩实验,将岩石在传统循环荷载作用后的损伤与低温冻融损伤进行比较,得出这两种损伤的异同点,建立了岩石材料在不同环境条件下的损伤表达式,研究了初始损伤对岩石冻融的影响,对今后估测含初始损伤岩石的冻融寿命有一定参考价值.     

寒区冻融环境条件下岩石损伤扩展研究探讨

本文借助于岩石材料冻融循环CT扫描实验，对岩石材料在冻融循环条件下损伤扩展特性进行研究，着重探讨了冻融循环次数对岩石材料损伤扩展的影响，并对冻融循环条件下岩石损伤扩展本构关系进行了探讨。     

长期冻融循环引起黄土强度劣化的试验研究

以陕西杨凌地区黄土为研究对象,进行了不同含水率、不同干密度的黄土在不同冻融循环次数作用下的直剪试验,探索出进行黄土反复冻融循环试验的方法和控制标准,探讨了封闭系统下黄土在反复冻融循环作用下的抗剪强度劣化特性规律。试验结果表明:黄土在反复冻融循环作用下,表面破坏比较严重; 随着冻融次数的增加,黄土的黏聚力先减小后增大,最低值发生在10次冻融循环之内; 内摩擦角基本不变; 反复冻融循环作用在3～5次对黄土强度有较大的影响,会导致黄土强度的劣化现象发生,但长期冻融作用则会主要体现在对黄土表面的变形破坏等其他方面。     

钢纤维混凝土的弹塑性损伤模型

根据钢纤维混凝土在反复荷载下的弹性变形规律,从应变等价性原理出发,提出了弹塑性损伤模型;分析了以往用卸载刚度代替变形模量所带来的问题。     

混凝土冻融损伤本构模型研究

基于各向同性连续损伤力学理论,以损伤条件下的弹性模量和泊松比为变量,基于Ottosen理论模型建立了混凝土冻融损伤破坏准则,并以Ottosen本构理论模型为基础,利用建立的冻融损伤破坏准则构建了混凝土冻融损伤本构模型,并编制了本构模型有限元程序,经过试验验证模型计算结果较为准确,为有限元计算和冻融作用后混凝土结构模拟应...     

冻融循环作用下再生混凝土砖砌体通缝受剪试验研究

本文报导了对冻融循环作用下96个再生混凝土砖砌体抗剪试件进行的沿通缝抗剪试验。研究涉及冻融循环对再生混凝土砖砌体抗剪力学性能的影响,对比分析不同胶结材料试件的破坏形态及其抗剪强度,揭示冻融损伤对再生混凝土砖砌体抗剪强度的影响规律,并从微观角度探讨砂浆孔隙变化对砖砌体抗剪承载力的影响,建立再生混凝土砖砌体抗剪强度冻融损伤衰减模型。结果表明:砖砌体抗剪强度受冻融环境影响非常明显,其抗剪强度随冻融循环次数的增加而降低,降低的速度呈现出先慢后快的趋势;粉煤灰的加入有助于改善冻融环境下砖砌体的抗剪能力;对于石灰砂浆抗剪试件,初期的抗剪能力及冻融后的抗剪能力均下降;建立了考虑冻融损伤影响的砖砌体抗剪强度衰减模型,试验数据与计算结果吻合较好。     

冻融和循环载荷作用下对饱和砂岩损伤机理的研究

为研究寒冷地区饱和砂岩的冻融损伤机理,采用DMA450伺服压机,在静载100N、动载80N、波动频率5~200Hz、温度-40~40℃的条件下,进行了饱和砂岩在不同频率正弦波单轴载荷作用下杨氏模量随温度变化的实验研究,获得滞(粘)弹性的弛豫衰减,以及有衰减引起的砂岩样品微结构变化情况。结果表明:饱和砂岩的杨氏模量和弹性波速度随温度升高而降低,随频率提高而增大;-40~20℃温度范围是冻融损伤最严重的区域。同时,在三种低频条件下(1.6Hz、2.8Hz和5.0Hz)用共振法在0℃获得相变衰减峰,反映了饱和砂岩的冻胀融缩效应,其产生的应力导致了饱和砂岩的损伤。从机理来看,前者是微观缺陷的演变,长期积累会导致破坏;后者是一种物理风化作用造成的宏观损伤。本文结果可为研究寒冷地区饱和岩石冻融损伤的机理及规律提供一定的参考。     

砼受压全过程损伤的实验研究

本文利用ＭＴＳ公司８１５．０２型电液伺服实验系统对砼进行了等应变速率和单调和循环复受试验，测定了砼单调受压全过程的声发射特性和反复受压时砼弹性模量的变化，经研究发现与声光射相应的损伤能相对比和弹性模量的衰减比均可以表征砼的损伤发展程度，且具有较好的一致性，文中还根据试验结果，给出所定义损伤随应变变化的关系表达式。     

冻融后钢筋再生混凝土粘结性能研究

为了进一步了解冻融环境下再生混凝土的抗拉性能及钢筋与再生混凝土的粘结性能,以100％再生粗骨科取代天然碎石制作了再生混凝土劈裂抗拉试件以及以钢筋直径12mm、16mm和20mm为变动因素的钢筋再生混凝土中心拔出试件.采用快冻法将劈裂抗拉试件和中心拔出试件进行冻融循环后分别进行劈裂和拉拔试验,研究冻融循环下再生混凝土劈裂抗拉性能及钢筋与再生混凝土间粘结性能的变化规律.在总结试验结果的基础上,提出了遭受冻融后再生混凝土劈裂抗拉强度及钢筋与再生混凝土间粘结强度的计算表达式,可为我国冻融环境下再生混凝土结构的耐久性设计提供有益的参考.     

单轴压缩条件下混凝土细观损伤演化机理的CT试验研究

混凝土是一种非均质的材料,在细观层次上将混凝土看作由骨料、砂浆和两者之间的界面组成的三相复合材料.本文在对混凝土进行单轴压缩试验的基础上,根据CT扫描图像反映的细观破损过程,分析了基于CT数平均值变化规律的特点;将混凝土材料的损伤过程进行了分段,提出了损伤变量的提取方法.随后结合试验得到的宏观应力应变曲线,经过拟合得到...     

沙漠砂混凝土动态力学性能实验研究

采用直锥变截面式Φ74mm分离式霍普金森压杆,对不同替代率沙漠砂混凝土进行冲击压缩实验,得到了不同替代率沙漠砂混凝土在不同应变率下的应力应变曲线。分析应变率对沙漠砂混凝土峰值应力、峰值应变和比能量影响,揭示了沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土峰值应力影响规律,并对沙漠砂混凝土动态破坏模式进行研究。研究表明:随着应变率增加,沙漠砂混凝土峰值应力、强度增强因子、比能量和峰值应变逐渐增大;在同一应变率下,随着替代率增加,沙漠砂混凝土峰值应力逐渐减小。本文研究结果可为沙漠砂在工程中的应用提供指导和借鉴。     

混凝土与纤维混凝土的劈裂试验及损伤描述

描述工程材料在服役期间所受到的损伤，是评估其可靠度、耐久性等指标的重要依据，本文根据混凝土与纤维混凝土劈裂试验的结果，对一些损伤模型存在的问题进行的探讨认为：对于混凝土复合材料，卸载曲线的斜率受到粗骨料和纤维等因素的干扰，卸载刚度的衰减不能精确描述损伤的演化，并且，针对不同的极限状态，损伤描述应该有不同的形式，针对损伤对混凝土抗渗性能的影响问题，本文提出了损伤描述表达式。     

表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面粘结应力模型的试验与理论研究

为研究寒冷地区饱和砂岩的冻融损伤机理,采用DMA450伺服压机,在静载100N、动载80N、波动频率5～200Hz、温度-40～40℃的条件下,进行了饱和砂岩在不同频率正弦波单轴载荷作用下杨氏模量随温度变化的实验研究,获得滞(粘)弹性的弛豫衰减,以及有衰减引起的砂岩样品微结构变化情况。结果表明：饱和砂岩的杨氏模量和弹性波速度随温度升高而降低,随频率提高而增大; -40～20℃温度范围是冻融损伤最严重的区域。同时,在三种低频条件下(1.6Hz、2.8Hz和5.0Hz)用共振法在0℃获得相变衰减峰,反映了饱和砂岩的冻胀融缩效应,其产生的应力导致了饱和砂岩的损伤。从机理来看,前者是微观缺陷的演变,长期积累会导致破坏;后者是一种物理风化作用造成的宏观损伤。本文结果可为研究寒冷地区饱和岩石冻融损伤的机理及规律提供一定的参考。     

冻融循环下预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的耐久性研究

预应力CFRP加固混凝土结构技术由于具有显著优势,越来越多地被应用在桥梁加固中,本文针对冻融循环作用下预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的耐久性能进行了实验研究。通过12片加固梁试件的实验研究了不同次数冻融循环作用下预应力CFRP板加固梁的破坏形态和承载性能,分析了混凝土强度等级、冻融循环次数、CFRP初始应力水平等因素对加固梁耐久性能的影响。实验结果表明:经历冻融循环后试件的开裂荷载和极限承载能力都有了不同程度的下降,冻融侵蚀对CFRP加固混凝土结构产生了明显的不利影响;随着冻融循环次数的增加,加固试件的破坏模式逐渐由混凝土保护层剥离转变为界面剥离的破坏形态;冻融循环作用对预应力加固试件的整体不利影响要大于非预应力试件;混凝土强度为C60的预应力CFRP加固试件在冻融侵蚀作用下的退化要较强度为C30的加固试件显著。