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为了获得卸荷破坏过程中巷道/隧道围岩的细观损伤演化规律及力学响应,使用颗粒离散元法对围岩卸荷内部细观损伤进行了数值模拟,结合卸荷试验厚壁圆筒围岩试样卸荷破坏特征,分析了初始应力对围岩破坏及力学特性的影响。研究发现：（1）卸荷诱发的裂纹分布于试件内孔壁周围,在卸荷应力调整影响下,裂纹聚集并逐渐向外壁发散扩展,呈现类似沙漏型的损伤破坏。（2）卸荷作用产生的裂隙数量随着应力增加呈现指数增长,且卸荷后裂隙数量增长速度显著高于卸荷过程中裂隙数量增长速度。（3）当卸荷应力低于围岩单轴峰值强度的80%时,卸荷过程中应力能够充分调整,且在卸荷后保持稳定;而当卸荷应力高于围岩单轴峰值强度时,卸荷过程中应力调整不充分,卸荷后一段时间内应力会继续调整,导致围岩破坏。（4）初始应力对围岩卸荷损伤破坏及力学特性影响显著,应力越大,卸荷后围岩出现损伤破裂的时间越早。 相似文献
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能量变化是材料各参数变化的本质特征。通过颗粒流模拟岩石单轴压缩试验,从细观力学角度分析能量转化、裂纹扩展及损伤演化规律。颗粒流利用细观颗粒的运动克服了宏观力学理论不易实现试件多裂纹破坏形态的缺点,以此研究能量变化更加合理。应力-应变各阶段能量与微裂纹及损伤存在着相互对应的发展关系。通过3种工况论证了宏-细观力学参数对应关系,采用最小二乘法拟合得出微裂纹与轴向应变呈幂次函数关系。采用割线模量定义损伤变量,取模量加速下降处（对应裂纹加速扩展）为损伤门槛,对应损伤阈值为0.158。3种工况下微裂纹数量与损伤呈线性发展关系,为损伤演化的深入研究提供参考。 相似文献
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煤岩的变形破坏是一个复杂的渐进演化过程, 为了研究冻结条件下裂隙煤岩的破坏机理, 基于CT扫描图像, 应用三维离散元模拟方法, 建立了冻结裂隙煤岩的单轴压缩模型。对比分析数值试验与室内压缩试验得到的应力-应变曲线, 发现二者吻合较好。通过对数值模拟结果的系统分析, 得到了冻结裂隙煤岩的细观结构损伤过程和宏观变形破坏规律, 也发现了煤岩的弹性模量和强度随温度变化的发展规律, 同时给出了煤岩强度和弹性模量与温度的数学关系式。以上研究表明, 离散元模拟方法能够为研究冻结裂隙煤岩的细观损伤演化和宏观破坏变形提供新思路, 可为岩体工程的安全稳定分析提供理论依据和参数基础。 相似文献
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基于混凝土干湿循环试验和混凝土细观力学,对混凝土在海水侵蚀环境下力学性能的变化进行了研究。混凝土干湿循环试验方面,采用加速腐蚀试验。对混凝土试件和根据混凝土配比制成的砂浆试件进行0、10、20、30、40、50次干湿循环,利用大型混凝土静、动三轴试验系统,检测了海水侵蚀作用对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量及应力-应变关系的影响。依据混凝土细观力学理论,对混凝土试块进行了细观数值模拟,考虑了混凝土各组成相的非均匀性、材料性质按照Weibull分布来赋值。同时,为反映海水侵蚀作用对混凝土的影响,砂浆的强度和弹性模量均以砂浆干湿循环试验所得结果为准,最后建立了混凝土随干湿循环次数变化的抗压强度折减模型,抗拉强度折减模型和弹性模量的折减模型。 相似文献
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弹丸侵彻无钢筋混凝土的数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
采用二维梁-颗粒模型BPM2D（beam-particle model in two dimensions）模拟了刚性弹丸侵彻无钢筋混凝土的过程。离散元法（DEM）和有限元法（FEM）等数值计算方法各有其优势,同时也都存在不足之处：离散元法适于处理由连续介质向非连续介质转化的破坏问题,但对于连续体计算结果精度不高;有限元法适于预测材料破坏的区域,但难以直接用于计算脆性材料破坏过程,因此将两种方法结合可以形成一种较好的混合模型。梁-颗粒模型BPM2D是基于离散元法,结合有限元法开发的二维数值计算模型,采用3种类型梁单元形成混凝土数值试样,每种类型梁单元的力学性质均按韦伯（Weibull）分布随机赋值,以模拟混凝土细观结构的非均匀性,同时梁单元的强度随应变率不同而变化。利用此模型分析了弹丸侵彻下混凝土的破坏过程,并给出侵彻过程弹丸减速度-时间历程曲线。比较计算结果与试验数据表明梁-颗粒模型可有效应用于计算和模拟脆性材料动态破坏问题。 相似文献
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为探究不同初始瓦斯压力下煤体动力学特性及其劣化规律,利用自主研发的含瓦斯煤岩动静组合加载试验系统对含瓦斯煤开展冲击压缩试验,结合CT扫描系统分析了含瓦斯煤内部裂隙的扩展演化规律,并基于不同初始瓦斯压力下冲击煤样内部裂隙率增量定量表征了其细观损伤程度,探讨了冲击荷载作用下含瓦斯煤宏观力学参量劣化规律。研究结果表明：（1）冲击荷载作用下含瓦斯煤动态应力-应变曲线无明显压密阶段,分为线弹性阶段、塑性硬化阶段和破坏阶段,并发现随初始瓦斯压力升高,冲击煤样峰值强度、峰值应变和弹性模量均出现弱化现象;（2）瓦斯加剧了煤体内部裂隙的扩展和贯通,并根据CT扫描结果发现,含瓦斯煤冲击破坏模式主要以劈裂和层裂破坏为主,随初始瓦斯压力升高,两种破坏模式越显著,煤体内部裂隙数量及其损伤程度逐渐增大,空间裂隙网络更为复杂;（3）基于细观层面定义了损伤变量,得其值随初始瓦斯压力升高呈现二次函数上升,对比冲击载荷作用下煤体动态强度与以裂隙率增量定义损伤程度所得理论强度,验证了细观层面煤体裂隙率增量定义损伤变量的合理性,建立了含瓦斯煤细观劣化与宏观参量损失的内在联系。研究成果丰富了含瓦斯煤动力学基础理论,为矿井煤岩瓦... 相似文献
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基于颗粒流理论,以黄岛国家石油储备库地下洞库的花岗岩室内试验测试为背景,借助PFC2D（particle flow code）的黏结颗粒模型（bonded particle model, BPM）建立双轴压缩模型。以花岗岩室内试验的宏观力学参数和破坏形态为参照,通过“试错法”得出黏结颗粒模型相对应的细观物理力学性质参数。模拟试验的弹性模量、泊松比与室内试验值吻合较好,BPM模型由于选用圆形颗粒导致黏聚力和内摩擦角与室内试验值相比有一定偏差。模拟试验与室内试验的试件破坏形态均以单斜面剪切破坏为主。采用校准的细观物理力学性质参数,应用BPM模型再现花岗岩压缩试验全过程,深入分析微裂纹萌生演化及能量变化规律。研究表明,压缩过程中岩石试件内裂纹扩展主要经历平稳发展-急剧增加-平稳发展3个阶段;变形过程中,花岗岩试件边界能、应变能、黏结能、摩擦能及动能在各个阶段的变化很好地解释花岗岩受力破坏的细观力学机制。 相似文献
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Yongting Duan Xiao Li Jianming He Shouding Li Runqing Zhou 《Environmental Earth Sciences》2018,77(4):154
In order to investigate the meso-damage evolution of shale, four uniaxial compressive tests were conducted using X-ray micro-computed tomography (micro-CT) equipment. Two of the four samples were conducted the in situ compression tests, from which a series of CT images at different stress levels were got during the loading process. Based on those CT images, a new damage variable was first proposed to quantitatively analyze the damage evolution of shale under uniaxial compression condition. Analysis results show that the evolution of the damage variable is consistent with both the mesoscopic CT images and the macroscopic stress–strain, which can well characterize the meso-damage evolution of shale. Additionally, the parameters of crack area and crack length were obtained to quantitatively describe the cracking characteristics. The statistical results demonstrate that the distributions of crack are closely related to the scanning stress levels and the scanning elevations. These quantitative conclusions are important to understand the meso-damage evolution and the cracking mechanism of shale. 相似文献
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循环荷载下花岗岩细观损伤量化试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
在循环荷载作用下,花岗岩宏观尺度疲劳破坏是由于细观尺度微裂纹的萌生、发育和贯通引起的,因此对处于细观尺度的微裂隙进行量化分析,对于理解花岗岩的动力特性有一定的意义。利用扫描电镜（SEM）拍摄得到昌江花岗岩的大量细观结构图片,利用数字图像技术对图片进行处理,提取微裂纹的细观几何信息。从矿物晶体和微损伤形式两个角度定量分析了循环荷载作用过程中的细观损伤特征。研究结果表明：①循环荷载作用过程中穿晶裂纹大部分出现在长石晶体内,而云母晶体则以沿晶裂纹为主;②在3类微裂纹中以沿晶裂纹发育速度最快,是疲劳损伤中主要的损伤形式;③沿晶裂纹和穿晶裂纹发展中所消耗能量占微裂纹开裂能量的大部分 相似文献
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以红砂岩为研究对象,进行冻融循环、CT扫描及力学特性试验,采用图像处理技术结合遗传算法寻优模型实现了0、5、10、20、40 次冻融循环后 CT 扫描图像的去噪、增强、分割及三维重构处理,通过对同一对象跨尺度的损伤识别与对比研究,建立了基于细观损伤的弹性模量劣化预测公式,并从材料细观结构的物理本质诠释了冻融红砂岩宏观力学行为。结果表明：基于图像最大熵值的遗传算法能够快速精确地选取阈值进行图像分割,实现对岩石细观结构中基质和缺陷的识别;随着冻融次数增加,岩石孔隙率上升、孔隙分维下降,细观尺度上呈现出孔隙扩展、数量增多,但结构复杂程度下降的演化行为;传统方法以有效承载面积、弹性模量为度量基准定义的宏、细观损伤变量未能全面考虑损伤物理机制和材料内部结构信息,宏细观损伤演化曲线差异较大;基于2种物理机制定义细观损伤变量和考虑岩石天然损伤定义宏观损伤变量,实现了损伤的宏-细观结合。最后通过冻融循环过程中细观结构演化与宏观力学响应之间的关系,提出了弹性模量劣化预测公式,并分析冻融砂岩孔隙大小及孔隙结构形态变化在损伤过程中占据的不同主导作用,根据细观结构的物理机制解释宏观砂岩冻融破坏的力学机制。 相似文献
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Numerical modeling of the elastoplastic damage behavior of dry and saturated concrete targets subjected to rigid projectile penetration 
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下载免费PDF全文 The objective of the present paper is to present a numerical study on the penetration performance of concrete targets with 2 different water contents. Numerical analysis has been performed by using the finite element code Abaqus/Explicit, in which a coupled elastoplastic damage model has been developed for saturated/unsaturated concrete under a wide range of confining pressures. The performance of proposed model has been firstly verified by simulating the triaxial compression tests and penetration tests realized with saturated/dry concretes. Comparisons of available experimental results and numerical simulations show that the proposed model is able to reproduce satisfactorily the mechanical behavior of saturated and dry concretes. A higher failure stress and a more important pores closing are generally obtained in dry concrete samples with respect to saturated ones. Furthermore, the main observed patterns of penetration test realized with saturated concrete targets are also satisfactorily simulated by the numerical results. Therefore, the proposed model is used to numerically predict the penetration performance of dry concrete target, and the penetration performance of dry/saturated concrete target is discussed. We observe that in dry concrete target, the penetration of projectile is strongly declined, and a smaller damage zone is created. The numerical predictions and discussions can help engineers to enhance their understandings on the influence of hydraulic conditions on structural vulnerability of concrete structures subjected to near‐field detonations or impacts. 相似文献
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We present a numerical modelling of elastoplastic damage due to drying shrinkage of concrete in the framework of mechanics of partially saturated porous media. An elastoplastic model coupled with isotropic damage is first formulated. Two plastic flow mechanisms are involved, controlled by applied stress and suction, respectively. A general concept of net effective stress is used in take into account effects of capillary pressure and material damage on stress‐controlled plastic deformation. Damage evolution depends both on elastic and plastic strains. The model's parameters are determined or chosen from relevant experimental data. Comparisons between numerical simulations and experimental data are presented to show the capacity of model to reproduce mains features of concrete behaviour under mechanical loading and during drying shrinkage of concrete. An example of application concerning drying of a concrete wall is finally presented. The results obtained allow to show potential capacity of proposed model for numerical modelling of complex coupling processes in concrete structures. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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为了研究高含冰量冻结粉土的应力-应变关系及结构的内部损伤演化过程,利用SOMATOM-PLUS X射线螺旋CT机对-1、-2、-4℃下的冻结粉土进行了单轴压缩实时CT扫描试验,探讨了温度对高含冰量冻结粉土的宏观力学性能及微观损伤演化过程的影响。通过试验结果可以看出：冻结粉土的应力-应变关系曲线大致经历线弹性变形阶段、损伤演化阶段与峰后软化阶段;高负温下温度对冻结粉土初始弹性模量影响不是很明显,而对冻结粉土强度的影响则比较大;温度从-1℃降到-2℃,强度大约可以提高63%,而从-2℃降到-4℃,强度可以提高约为36%;CT扫描各层初始密度损伤并不完全相同,但各层密度随着应变变化的趋势大致相同,中环、全区的密度随着应变的增加而减小,外区密度则随着轴向应变的增加而增大。 相似文献
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花岗岩宏观尺度疲劳破坏是由于细观尺度微裂纹的萌生、发育和贯通引起的,所以对处于细观尺度的微裂纹特征进行量化分析,对于理解花岗岩的动力特性有一定的意义。首先利用RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机,采用振幅为10 MPa,频率分别为0.01、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 Hz的正弦循环荷载作为动力扰动,对海南昌江花岗岩试样进行单轴循环荷载试验。然后,利用扫描电镜（SEM）拍摄得到花岗岩的大量细观结构图片,运用数字图像技术获取微裂纹的细观几何信息,从方位角、长度、宽度和面积对不同荷载频率相应的花岗岩细观尺度微裂纹特征进行量化分析。研究结果表明,随着循环荷载频率的增加,微裂纹方位角发育离散性增加,而其统计均值则在某一区间内波动;微裂纹长度的发育则较快,而仅当荷载频率达到1 Hz时,宽度才有一定的发展,同时,能量耗散的方式也发生一定的变化。 相似文献
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饱水作用对砂岩变形及强度特征影响显著,考虑岩体实际赋存环境,为了解复杂应力路径下饱水砂岩宏细观力学特性,利用RMT-150C岩石力学多功能试验机及SEM电镜扫描技术,对饱水砂岩进行循环荷载作用后卸荷破坏试验,研究不同影响因素作用下的疲劳损伤特征,重点分析了加载频率、上限应力等因素对卸荷变形、强度及细观损伤特征的影响规律。研究表明,根据试验设计方案获得的饱水砂岩应力-应变曲线大致可以划分为5个典型阶段,其中,同一应力状态下,疲劳损伤阶段轴向不可逆应变在等速变形阶段的应变速率随加载频率的增大迅速增加,这表明上限应力的“门槛值”极有可能是变化的,且与加载频率及循环次数密切相关;同时,卸围压变形破坏阶段的总应变及围压卸荷量均随加载频率（或上限应力）的增大而减小,与该阶段持续时间随加载频率（或上限应力）的变化规律一致。不仅如此,通过分析饱水砂岩破坏面细观损伤特征发现,加载频率与上限应力作用下的细观损伤特征差异显著,其中破坏面微裂隙面积占比随加载频率增大而减小,上限应力则恰好相反。 相似文献
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The general framework of the paper deals with the finite element modelling of thermomechanical problems involving viscous materials. The study focuses on the statement of constitutive equations describing the thermoviscoplastic behaviour of bituminous concrete, as well as on their implementation in a finite element program. After stating the general equations of the space- and time-continuous problem and the constitutive relations governing the viscoplastic component of the bituminous concrete behaviour, we deal with their integration over finite time steps, considering two different schemes. Eventually, two sets of numerical results are presented. The first one, an homogeneous triaxial test, is used to compare those schemes, whereas the second one consists of numerical simulations of real-size experiments performed on a road structure subjected to thermal and mechanical loadings. By comparing the numerical results with experimental ones, it allows us to test the finite element code on a more complex and realistic problem. Copyright © 1999 John Wiley & Sons Ltd. 相似文献