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化学腐蚀作用后含单裂隙类岩石材料单轴压缩损伤本构模型

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Journal of Central South University 2022年第2期29卷 486-498页

作者：潘继良蔡美峰李鹏郭奇峰 School of Civil and Resource Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Beijing Key Laboratory of Urban Underground Space Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China

为了描述腐蚀后含单裂隙类岩石材料在单轴压缩作用下的变形和强度特性,提出了一种水化学损伤与微裂纹和宏观单裂隙耦合损伤相结合的损伤本构模型。首先,基于唯象理论,得到了类岩石试件在水环境侵蚀和化学腐蚀共同作用下的损伤变量。其次... 详细信息

为了描述腐蚀后含单裂隙类岩石材料在单轴压缩作用下的变形和强度特性,提出了一种水化学损伤与微裂纹和宏观单裂隙耦合损伤相结合的损伤本构模型。首先,基于唯象理论,得到了类岩石试件在水环境侵蚀和化学腐蚀共同作用下的损伤变量。其次,基于Lemaitre应变等价性假设,结合微裂纹的Weibull分布统计损伤模型和宏观单裂隙的断裂力学模型,推导了含单裂隙类岩石试件的耦合损伤变量。然后,考虑类岩石材料的残余强度特性,通过引入修正系数对损伤变量进行了修正,建立了单轴压缩作用下含单裂隙类岩石试件的损伤本构模型。通过由试验获得的应力-应变曲线对模型的有效性进行了对比和验证,结果表明,理论模型计算得到的应力-应变曲线与文献中的试验结果吻合较好。最后,对本文所提出的损伤变量修正系数进行了讨论。本文建立的损伤本构模型为描述含单裂隙腐蚀类岩石材料在单轴压缩作用下的应力-应变关系和残余强度特征提供了一种有效的理论计算方法。

关键词：类岩石材料单裂隙岩石损伤本构模型水化学腐蚀残余强度损伤变量

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疲劳荷载对蒸养混凝土电阻率的影响研究

铁道科学与工程学报 2023年第4期20卷 1392-1402页

作者：杨江凡曾晓辉朱华胜龙广成谢友均马昆林杨恺中南大学土木工程学院湖南长沙410075

地铁工程中,预制混凝土构件主要承受弯曲疲劳荷载,导致混凝土产生疲劳损伤,进而影响混凝土的绝缘性能(电阻率)。通过电阻率的变化也可以表征疲劳荷载作用下混凝土的损伤程度。为研究弯曲疲劳荷载对蒸养混凝土电阻率的影响,测试不同加载... 详细信息

地铁工程中,预制混凝土构件主要承受弯曲疲劳荷载,导致混凝土产生疲劳损伤,进而影响混凝土的绝缘性能(电阻率)。通过电阻率的变化也可以表征疲劳荷载作用下混凝土的损伤程度。为研究弯曲疲劳荷载对蒸养混凝土电阻率的影响,测试不同加载频率、荷载幅值与饱水度下混凝土电阻率的变化,同时结合超声波测试技术探究电阻率与疲劳损伤变量之间的关系,分析疲劳荷载对混凝土毛细吸水作用下电阻率的影响。试验结果表明,对混凝土疲劳加载36万次后,不同工况下混凝土的电阻率降低30%左右,且混凝土的电阻率在疲劳加载过程中均呈现出先快速下降而后缓慢下降的两阶段变化趋势;当疲劳加载频率较高时(15 Hz),高饱水度混凝土的电阻率较其余工况短时间内迅速下降,这可能是高加载频率与高饱水度共同作用下,形成的较大孔隙水压力加速了微裂纹的形成及扩展;基于麦克斯韦两相电导理论推导建立混凝土电阻率与疲劳损伤变量之间的关系模型,该模型与试验数据拟合效果较好,表明电阻率法可用于混凝土疲劳损伤的定量评估。此外,疲劳荷载作用后,混凝土的毛细吸水质量与相对电阻率(混凝土毛细吸水后与毛细吸水试验前的电阻率之比)降低幅度均有明显增加。

关键词：疲劳荷载蒸养混凝土电阻率损伤变量毛细吸水

基于冲击弹性波波速的铁路混凝土疲劳损伤评价方法

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铁道学报 2023年第10期45卷 171-179页

作者：李化建赵国堂高亮温家馨北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国国家铁路集团有限公司北京100084 中国铁道科学研究院集团有限公司高速铁路轨道系统全国重点实验室北京100081

为定量评价铁路混凝土的疲劳损伤发展过程,以冲击弹性波波速为评价参数,基于线性损伤累积理论定义铁路混凝土的损伤变量,研究强度等级、饱水状态、应力水平及荷载频率对混凝土抗折疲劳损伤过程的弹性波波速、损伤变量及位移变化规律的... 详细信息

为定量评价铁路混凝土的疲劳损伤发展过程,以冲击弹性波波速为评价参数,基于线性损伤累积理论定义铁路混凝土的损伤变量,研究强度等级、饱水状态、应力水平及荷载频率对混凝土抗折疲劳损伤过程的弹性波波速、损伤变量及位移变化规律的影响。结果表明,在静态加载和抗折疲劳加载下混凝土损伤变量均逐渐增大,疲劳荷载下的冲击弹性波波速及损伤变量呈现明显的三阶段变化规律,且三阶段特征对混凝土强度等级、饱水状态、疲劳应力水平及荷载频率不敏感,证明弹性波波速可用于混凝土疲劳损伤的评价。随着强度等级的提高,混凝土发生疲劳断裂时的损伤变量逐渐增大,用混凝土疲劳破坏断面特征和应力-应变曲线揭示了损伤变量增大的原因;饱水状态对疲劳损伤变量有所影响,干燥和饱水状态下混凝土疲劳寿命均略有降低;混凝土的剩余抗折强度及损伤变量存在相同拐点,表明该方法可反映混凝土在疲劳过程中的宏观性能变化特征;结合混凝土疲劳损伤过程第三阶段突变特征,建议将损伤变量0.2作为混凝土疲劳损伤的临界状态。

关键词：铁路混凝土疲劳冲击弹性波损伤变量

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冻融作用下裂隙岩石损伤破坏声发射特性研究

采矿与安全工程学报 2023年第2期40卷 408-419页

作者：宋勇军程柯岩孟凡栋西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054

为探究冻融环境对露天煤矿边坡稳定的影响,本文以饱和裂隙红砂岩为对象,开展冻融后单轴压缩声发射特性试验,分析不同冻融次数和裂隙倾角对岩石宏观力学特性和声发射参数特征的影响,研究损伤过程中b值和损伤变量演化规律。结果表明:冻融... 详细信息

为探究冻融环境对露天煤矿边坡稳定的影响,本文以饱和裂隙红砂岩为对象,开展冻融后单轴压缩声发射特性试验,分析不同冻融次数和裂隙倾角对岩石宏观力学特性和声发射参数特征的影响,研究损伤过程中b值和损伤变量演化规律。结果表明:冻融循环和裂隙倾角的变化对岩样应力-应变曲线有较大影响。岩样峰值强度与冻融次数呈负相关性,与双裂隙倾角呈正相关性。轴向应力突降点与声发射振铃计数峰值相互吻合。冻融循环次数的变化引起加载初期振铃计数增大。声发射三维事件点的数量和分布与裂隙倾角密切相关。声发射b值整体保持上下波动状态,冻融循环使b值初期波动减缓。裂隙倾角的增大引起b值在应力最高处更加密集。裂隙岩石的损伤过程分为3个阶段:初始损伤累积阶段、损伤加速阶段和最终破坏阶段,冻融循环加速了岩样的初始损伤累积。裂隙倾角越大,损伤加速阶段的斜率越大。该研究可为寒区露天煤矿边坡稳定提供理论基础。

关键词：冻融循环裂隙力学性能声发射 b值损伤变量

不耦合装药刻痕爆破裂纹的动态力学特征及损伤分形规律实验

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兵工学报 2023年第12期44卷 3676-3686页

作者：马军汪旭光李祥龙王建国昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 矿冶科技集团有限公司北京100160

为探究不耦合装药刻痕爆破裂纹的动态力学特征和损伤规律,采用动态焦散线实验技术研究不耦合系数R_(d)为1.00、1.33、1.67和2.00时聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的爆炸裂纹扩展的动态力学特征,结合分形维数理论计算爆后损伤变量和分形维数。... 详细信息

为探究不耦合装药刻痕爆破裂纹的动态力学特征和损伤规律,采用动态焦散线实验技术研究不耦合系数R_(d)为1.00、1.33、1.67和2.00时聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的爆炸裂纹扩展的动态力学特征,结合分形维数理论计算爆后损伤变量和分形维数。研究结果表明:R_(d)损伤变量都较大,且在炮孔非刻痕方向形成了较多次生裂纹;R_(d)=1.67时,炮孔左、右裂纹的动态力学行为相似,爆后损伤变量和分形维数最小;随着R_(d)的增大,爆炸主裂纹长度减小,主裂纹扩展的速度、应力强度因子和动态能量释放率减小,但裂纹扩展时间增加,爆生气体的准静态作用延长,爆生气体作用对裂纹的再次激活、起裂、扩展和止裂的动态力学行为影响,在一定程度上实现了动、静作用分离的量化分析;自由边界条件下PMMA不耦合装药刻痕爆破的损伤变量ω与分形维数D关系为ω=0.001 75D^(9.04)。

关键词：不耦合装药刻痕爆破动态焦散线损伤变量分形维数

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微波-力作用下硬岩损伤规律及本构研究

现代隧道技术 2022年第4期59卷 40-49页

作者：胡梦玲叶家桐戴俊杨凡西安科技大学西安710054

为使微波技术早日应用于破岩工程中,明确微波-力作用下硬岩的损伤规律及本构关系是必要的。引入D-P准则和Weibull分布,建立微波-力作用下硬岩本构模型,通过对硬质花岗岩进行微波照射和单轴抗压试验,探究硬岩微波损伤规律,并对本构模型... 详细信息

为使微波技术早日应用于破岩工程中,明确微波-力作用下硬岩的损伤规律及本构关系是必要的。引入D-P准则和Weibull分布,建立微波-力作用下硬岩本构模型,通过对硬质花岗岩进行微波照射和单轴抗压试验,探究硬岩微波损伤规律,并对本构模型进行验证。研究结果表明:随微波功率增加,花岗岩内部裂纹发育,脆性和强度明显弱化;1 min微波照射条件下,4.0 kW功率作用即可达到花岗岩损伤极限的60%,此后损伤不随功率增大而加剧,试样开裂临界功率为3.33 kW,熔融临界功率为5.33 kW;修正本构模型整体耦合较好,尤其是阈值至峰值段,耦合效果极佳,表现出极具应用价值的保守性。

关键词：微波破岩硬岩损伤变量本构模型试验

基于三轴压缩的脆性煤体力学性质及其本构关系研究

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岩石力学与工程学报 2023年第12期42卷 2932-2944页

作者：刘洪涛刘勤裕韩子俊陈子晗韩洲中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

为合理描述分析脆性煤体在三向应力状态下的应力-应变关系,对煤样进行三轴压缩试验。以已发生损伤破坏的微元体数目与总微元体数目之比表征损伤变量,在基于损伤力学理论和煤样内部微元强度服从Weibull分布的基础上,引入Mogi-Coulomb强... 详细信息

为合理描述分析脆性煤体在三向应力状态下的应力-应变关系,对煤样进行三轴压缩试验。以已发生损伤破坏的微元体数目与总微元体数目之比表征损伤变量,在基于损伤力学理论和煤样内部微元强度服从Weibull分布的基础上,引入Mogi-Coulomb强度准则表征煤样微元强度随机分布的分布变量,建立煤样三维统计损伤本构关系,并分析其适用性。研究结果表明:(1)围压对煤样力学性质影响显著,煤样强度和弹性模量随围压的增高而增大,煤样破坏后的裂隙网络分形维数随围压的增高而减小,损伤程度降低;(2)分析数学简化算法求解模型参数的局限性,采用遗传算法对模型参数进行求解,参数m,Fo,Cn分别反映煤样的脆性程度、平均强度、残余强度;(3)根据本构关系对煤样试验应力-应变曲线进行拟合验证,理论曲线与试验曲线的拟合度均值为94.74%,表明本文所建立的本构模型可用于描述煤样的三维应力-应变关系,能够反映脆性煤体的变形特性。

关键词：采矿工程煤样三轴压缩:分形维数损伤变量本构关系 Mogi-Coulomb强度准则

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考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤模型

水文地质工程地质 2023年第3期50卷 85-92页

作者：刘红岩张光雄邹宗山和铁柱中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 保利民爆哈密有限公司新疆哈密839000

为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性(如强度和刚度)的影响,需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此,基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为,采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深... 详细信息

为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性(如强度和刚度)的影响,需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此,基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为,采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深入分析,并对其进行了3方面的改进,即:不再将裂隙变形参数视为定值、考虑了裂隙面上法向正应力产生的负第一应力强度因子(K_(I))、考虑了裂隙面上有效剪应力产生的K_(I),由此最终提出了考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤本构模型。最后采用试验数据对该模型的合理性进行了验证,发现与现有模型相比,该模型明显提高了岩体单轴压缩弹性模量和损伤值的预测精度,尤其是当裂隙倾角为0°时,该模型计算得到的弹性模量为4.306 MPa,与实测弹性模量4.310 MPa几乎相同。因此,该模型能够很好地刻画岩体单轴压缩力学行为,这也说明考虑裂隙变形参数对岩体单轴压缩力学特性的影响是十分必要的。该研究可为准确预测裂隙岩体的单轴压缩力学行为提供参考。

关键词：断续裂隙岩体应力强度因子单轴压缩损伤模型损伤变量裂隙变形参数

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受酸腐蚀砂岩的损伤特性和分析模型

土木与环境工程学报（中英文） 2022年第1期44卷 1-9页

作者：霍润科王龙飞李曙光丁凡王国杰秋添西安建筑科技大学土木工程学院陕西省岩土与地下空间工程重点实验室西安710055 中铁二十局集团有限公司博士后科研工作站高原隧道施工技术及装备研发中心西安710016

为研究受酸腐蚀砂岩的微细观结构与宏观力学参数之间的相关性,基于物性试验及单轴力学试验,对受不同pH值盐酸腐蚀不同阶段的砂岩质量和力学参数进行实时监测,借助电镜图像处理技术,得到腐蚀砂岩孔隙结构特征参数,计算其孔隙分形维数,基... 详细信息

为研究受酸腐蚀砂岩的微细观结构与宏观力学参数之间的相关性,基于物性试验及单轴力学试验,对受不同pH值盐酸腐蚀不同阶段的砂岩质量和力学参数进行实时监测,借助电镜图像处理技术,得到腐蚀砂岩孔隙结构特征参数,计算其孔隙分形维数,基于Lemaitre应变等效原理,建立了基于孔隙率的化学损伤变量,推导出砂岩的本构模型。结果表明:pH值为1、3的盐酸和pH值为7的蒸馏水浸泡180 d的砂岩质量分别损失1.22%、1.08%、0.57%,单轴抗压强度分别降低了52.93%、41.91%、27.11%,具有明显的时间效应;受酸腐蚀砂岩平均孔径随着腐蚀时间逐渐增加,孔隙分形维数整体呈增加趋势,砂岩的宏观力学参数劣化程度与砂岩质量损失率、微观孔隙率具有相关性,通过强度计算与试验结果对比分析,验证了模型的合理性。

关键词：砂岩酸腐蚀损伤变量本构模型