基于Weibull统计理论的混凝土率型损伤本构模型研究

为研究混凝土在股役期间的材料特性,进行了不同应变速率下(10^-5,10^-4,10^-3和10^-2/s)的混凝土单轴受压试验,分析了混凝土材料基本力学特性,试验结果表明:随着应变速率的提高,峰值应力和初始弹性模量呈现增大的趋势,峰值应力的变化规律并不明显。基于Weibull和Lognormal统计分布理论,以及Lemaitre应变等效原理,引入应变速率因素,构建出混凝土材料分段式率型单轴受压损伤本构模型。依据试验数据,确定了所建立的率型损伤本构模型参数;给出了不同速率下混凝土单轴受压应力-应变和损伤变化规律曲线。结果表明:建立的混凝土率型本构模型能够反映不同应变速率下混凝土单轴受压损伤全过程。     

湿陷性黄土的结构性参数本构模型

本文通过黄土的三轴剪切试验,基于综合结构势的概念,建立了一个能够反映湿陷性黄土含水状态、应力状态和应变状态影响的结构性参数数学表达式。将结构性参数引入剪应力剪应变关系分析中,得到了考虑黄土结构性的应力应变关系。试验揭示了湿陷性黄土具有剪缩剪胀性,表明应力比与剪缩剪胀应变比之间具有良好的线性关系;固结围压越大,剪缩剪胀临界点的应力比越大,含水率越大,剪缩剪胀临界点的应力比越小。最终,建立了反映黄土结构性变化、应力应变软化与硬化、剪缩剪胀变形特性的本构模型。通过本构关系描述湿陷性黄土的应力应变发展过程,得到了与试验结果一致的变化曲线。     

黄土湿载结构性本构模型的数值实现

在已提出的黄土湿载结构性本构模型的基础上,通过对天然黄土应力应变特性的数值模拟及数值模拟结果与黄土的试验结果对比,分析了结构性黄土的应力应变关系特征。研究结果表明:所提出的黄土湿载结构性本构模型在描述饱和重塑黄土的力学特性方面与修正剑桥模型具有相同的特性;模型仍然能够模拟具有不同含水率的重塑黄土的宏观力学反应;更重要是所建议的模型在模拟天然结构性黄土的力学特性方面,相对于剑桥模型及修正剑桥模型,具有明显的优势,更能对实验室所试验的天然结构性黄土的宏观力学特性给出准确的描述。通过黄土常规三轴实验室试测结果的对比分析,论证了所提出的黄土的湿载结构性本构模型的合理性和准确性。     

基于ＦＬＡＣ3Ｄ黄土的湿载结构性本构模型二次开发

结构性是黄土的典型特性。为了模拟黄土的结构性特性,将笔者所建立的黄土湿载结构性本构模型应用于工程实践,基于通用商业软件ＦＬＡＣ3Ｄ平台,运用Ｃ＋＋语言程序,在ＦＬＡＣ3Ｄ中通过ＵＤＭ进行了二次开发;并将黄土湿载结构性本构模型数值化,验证了数值开发程序的稳定性。结果证明,所建立的黄土湿载结构性本构模型参数稳定,通过ＵＤＭ进行二次开发嵌入ＦＬＡＣ3Ｄ可行。     

水泥土单轴应力条件下Weibull分布本构模型研究

根据水泥土单轴抗压试验结果,将水泥土应力～应变关系视为连续随机的过程,且随机变量的函数服从于Weibull分布,并引入广义虎克定律建立了水泥土Weibull分布本构模型,解决了各种增量非线性弹性模型不能反映水泥土软化问题。本文讨论了水泥土Weibull分布模型参数特征,同时给出了水泥土Weibull分布本构模型参数的求解方法,并与试验结果进行验证,揭示了该模型的合理性,表明该模型较其他模型简便,具有广泛应用价值。     

黄土结构性分析及新认识

通过对黄土结构性及其对黄土力学特性影响的深入分析,认为黄土颗粒之间的力有联结力和摩擦力两种。联结力属于短程力,包括化学胶结力、土颗粒间的分子引力、薄膜水和毛细管水产生的吸力,这些力形成了黄土的联结结构强度。摩擦力属于远程力,是土体受力时土颗粒之间有相互错动、移位、重新排列的运动或趋势时才产生的阻止土体变形的力,包括颗粒之间的摩擦力和咬合力,这种力形成了黄土的摩擦结构强度。黄土的结构强度就是由联结结构强度和摩擦结构强度组成的。提出了黄土联结结构强度、摩擦结构强度、压密强度等的定量化概念。     

基于改进Harris函数的砂岩损伤本构模型研究

岩石损伤量在岩石损伤的过程中是个动态变化量,通过改进Harris函数,建立了在三维应力作用下岩石损伤本构模型,并通过砂岩的三轴试验确定了模型参数,定性分析了围压、临界损伤值、峰值应变三者间的关系。研究结果表明:①基于改进的Harris函数所建立的砂岩损伤本构模型曲线与实测曲线拟合较好,有良好的适用性;②同一种岩石在不同围压下,临界损伤值不是固定值,它从侧面反映出岩石自身的力学性能与岩石所处的三维应力状态有关;③围压增大,临界损伤值也相应地增大,证明围压对岩石的破坏有抑制作用。分析结果对研究三维应力状态下岩石的损伤破坏机理有一定借鉴意义。     

基于畸变能理论的岩石损伤本构模型研究

加-卸载岩石损伤本构模型是预测压气储能硐室长期稳定性的关键,气压对围岩的作用力是反复变化的,目前能适用的本构模型较少,因此,提出一种能够描述分等级加-卸载的岩石损伤本构模型。根据岩石微元强度服从畸变能理论和Weibull 随机分布,建立了一种能够描述分等级加-卸载的岩石损伤本构模型。 通过试验对本构模型进行验证,并结合岩石单轴分等级加-卸载试验数据, 对分等级加-卸载的岩石损伤本构参数进行敏感性分析,确定参数的具体物理意义及参数演化与分等级加-卸载的关系。分等级加-卸载的岩石损伤本构模型参数物理意义明确,便于拟合,能够较好地符合工程实际情况。     

基于损伤演化的半均质砂岩本构模型研究

为了对受载岩体破坏过程的损伤演化规律进行探究,利用三轴试验仪对半均质砂岩进行三轴压缩试验,并布置声发射(AE)监测仪,对砂岩变形破坏全过程进行试验研究。分析了不同围压下砂岩三轴压缩各阶段的声发射特征,提出了基于AE事件点数的损伤变量,分别假设损伤演化方程服从韦伯分布和对数正态概率分布,建立了以AE事件点数为损伤变量的损伤演化模型,并引入修正系数对损伤变量D进行修正。结果表明围压越大,声发射活动越弱,围压能够抑制试样内部裂纹的产生和发展,增大试样强度,从而延缓其宏观破坏时间;砂岩的损伤发展主要经过4个阶段,即初始损伤阶段、损伤稳定发展、损伤加速阶段和破坏后损伤阶段。通过对韦伯分布和对数正态分布建立的声发射损伤模型进行比较,发现对数正态分布更适用于描述半均质砂岩的声发射现象。     

基于Weibull模型的混凝土冻融损伤寿命预测及应用

对北方严寒和寒冷地区水工混凝土结构而言,其抗冻性能是混凝土耐久性最具代表性的指标,也是影响工程实体服役寿命的关键因素。为了能够准确预测既有混凝土构筑物的使用寿命,本文以冻融损伤理论为基础,采用棱柱体试件进行了混凝土快速冻融物理模型试验,建立了基于Weibull模型和混凝土快速冻融试验的混凝土冻融损伤模型。基于该模型提出一种迭代逼近的混凝土寿命预测方法,通过室内试验和实际工程案例进行验证。结果表明：通过所建立损伤模型得到的冻融损伤预测值和试验实测值基本吻合,提出的寿命预测方法得到的预测数据较为可靠。     

高温损伤后岩石动态损伤本构模型

为了研究高温损伤后岩石动态本构模型,通过组合建模的方法,引入裂隙体,并与损伤体串联,经理论推导,最终建立了高温后岩石全过程动态本构模型。随后开展了25~600 ℃温度处理后的花岗岩动力冲击试验。研究结果表明:随着温度升高,花岗岩动态峰值应力减小,弹性模量则先增大后减小;核磁共振测试结果能够定量描述高温引起岩石内部孔隙以及孔径分布,T2谱面积随温度升高呈现指数增长规律;试验结果验证了高温损伤后岩石动态损伤本构模型的适应性,理论计算结果与试验数据相关性达0.98以上;裂隙体参数a和b控制了应力应变曲线压密段的曲线形状,且曲线对参数a更为敏感。     

岩石统计损伤软化模型及其参数反演

为了反映岩石应变软化现象,基于岩石微元强度服从Weibull随机分布的假定,结合连续损伤理论,建立岩石统计损伤软化模型。该模型含有2个待定系数,其中一个可通过岩石应力-应变曲线的峰值点确定,另一个取决于微元强度参数。通过研究微元强度参数对所建模型的影响,采用优化反演分析法确定模型参数,克服传统方法求解模型参数精度较低的难点,并依据微元强度参数选取合理的强度准则。采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行红层泥岩常规三轴压缩试验,对比试验曲线和理论曲线,验证了本文模型和方法的正确性与合理性。     

饱和非饱和岩石损伤软化统计本构模型

基于概率论和损伤力学讨论了岩石在荷载作用下的破坏、损伤和变形等特征．在混合物理论基础上，建立了饱和和非饱和岩石损伤软化统计本构模型．该模型能反映岩石在单轴抗压试验中初始加载阶段全应力应变由线稍向上凹曲的特征，以及在岩石受力过程中损伤和空隙(或孔隙)中流体对应力应变关系所起的作用．     

混凝土正交各向异性统计损伤本构模型研究

基于统计损伤理论,本文建立了混凝土三维正交各向异性统计损伤本构模型,用于描述混凝土复杂荷载环境下的力学行为。该模型将单轴拉伸、压缩作为最基本的宏观破坏模式,复杂应力状态下的本构行为理解为2种基本模式的组合形式,考虑断裂、屈服两种细观损伤机制。提出新的"等效应变"假设,通过引入等效传递拉损伤应变和损伤影响参数,建立起复杂应力状态损伤演化过程与单轴损伤演化过程之间的等效关系。通过预测值与试验结果比较,表明该模型能够模拟多轴加载情况下材料均匀损伤阶段本构行为的主要力学特征,从变形特性、强度特征和破坏形式等角度对材料的损伤机制进行探讨。     

基于综合结构势的结构性黄土双硬化参数模型

为了很好地模拟结构性黄土的宏观力学特性,反映结构性对土体应力应变特性的影响,基于综合结构势的思想,定义了黄土的结构性定量化参数。在沈珠江双硬化参数模型的基础上,引入结构性参数,建立了考虑结构性的双硬化参数模型。通过模型预测结果与实测结果的对比,验证了该模型的合理性。通过引入考虑土结构性的综合结构势参数,进一步将黄土对水的敏感性考虑进土体本构关系中,使得结构性黄土试样的宏观应力应变特性得到合理描述。     

岩石损伤软化统计本构模型参数的确定方法

本文探讨了岩石损伤软化统计本构模型参数与岩石软化变形破裂过程的应力应变全曲线的特征参量的理论关系,建立了本构模型参数新的确定方法。该方法通过常规试验所得到的峰值点的应力应变值即能确定整个本构模型的其它参数,再将峰值点的应力应变值与围压的关系进行拟合,即能将该模型推广成任意围压下的岩石损伤软化统计本构模型。试验表明,本文模型曲线能较好地反映岩石破裂的全过程。     

考虑结构性影响的黄土隧道围岩力学响应分析

针对目前黄土隧道变形分析中未考虑围岩结构特性的现状,以平面应变试验为载体,研究了结 构性参数与强度参数、围压、含水率及剪应变之间的关联模型;运用ＦＬＡＣ3Ｄ数值软件建立实体隧道三维 模型,采用Ｆｉｓｈ语言程序编写,将结构性引入到隧道变形计算中,主要分析围岩土体结构变化对隧道变 形的影响。研究结果表明:土体结构性对隧道变形的影响规律,即考虑结构性影响时隧道沉降偏大,传 统研究结果偏不安全,需加以重视;提出了通过结构性参数变化规律确定围岩松动圈的思路,为结构性 的进一步工程应用提供参考。     

考虑结构性影响的黄土隧道围岩参数修正

黄土隧道是黄土地区的一种常见工程,因其围岩为黄土而尽显特殊。针对黄土隧道常见病害,从黄土结构性角度出发,结合室内试验分析结果,通过FLAC3D数值模拟和参数反演,对四种围岩级别黄土隧道设计参数进行修正。研究结果表明:考虑黄土结构性影响时隧道围岩变形值均大于未考虑时的值;对传统围岩设计参数等效化处理,提出了考虑黄土结构性影响时的隧道围岩设计参数修正值。更多还原     

基于统计损伤理论的邓肯—张修正模型研究

由于邓肯—张EB模型没有考虑颗粒破碎损伤对材料变形及强度的影响,不能模拟堆石料应变软化的缺陷,故将统计损伤理论引入邓肯—张双曲线模型。通过探讨堆石料应力—应变曲线不同阶段损伤变量的规律,描述堆石料的损伤破碎过程,考虑其损伤阈值的影响,建立了邓肯—张修正模型表达式,该模型参数能通过试验数据拟合得出。经过验证,邓肯张修正模型在高围压下能较好的模拟堆石料破碎损伤的全过程,低围压下退化为常规邓肯—张模型。与传统邓肯—张模型、统计损伤模型、弹塑性模型及试验结果相比较,其形式简单、参数少。研究成果可应用于底部围压较大的高堆石坝分析,为堆石坝的设计计算提供参考。