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单轴压缩下裂隙砂岩宏细观损伤破坏特性的试验研究: 2025年; 裂隙岩体影响岩土工程稳定性,开展裂隙岩体研究具有重要工程意义。本文首先在砂岩试样上设置不同角度的单一裂隙,采用室内单轴压缩试验从宏观角度研究了裂隙砂岩损伤破坏特性。结果表明:随着裂隙倾角α的增加,试样峰值强度和弹性模量均值逐渐增大,预制裂隙对试样力学性质的削弱作用减弱;预制裂隙降低了试样声发射事件的活跃水平,声发射事件在α为90°时最为活跃;声发射能量幂律分布指数随着α增加,呈现先增后减再增的“N”形变化趋势。其次利用颗粒流分析软件(Particle Flow Code,PFC^(2D))建立裂隙岩体数值模型,从细观角度揭示了裂隙砂岩破坏过程微裂纹扩展规律和损伤演化过程。数值模拟研究表明,试样加载过程中总裂纹和剪裂纹数量随着α增加呈增大趋势,而拉裂纹数量持续增加,试样破坏以剪切破坏为主;裂隙试样细观损伤演化过程中,细观微裂纹最先由预制裂隙尖端处萌生,然后扩展贯通至试样上下两端,细观损伤演化过程中的微裂纹数量呈带状分布,裂纹热点分布形式与室内试验宏观裂纹扩展模式基本一致。; 胡千庭余长君李全贵钱亚楠凌发平刘荣辉李文禧; 关键词：裂隙砂岩单轴压缩力学性质声发射细观损伤

变温养护条件下早龄期喷射混凝土宏细观损伤特征研究: 2025年; 高地温隧道(温度超过28℃)中,早龄期喷射混凝土的力学性能和耐久性受温度影响显著,特别是在经历从高温至常温的变温过程时,其宏观和细观损伤特征对工程安全具有决定性影响。针对变温养护条件下的早龄期喷射混凝土,制备了标准圆柱体试件,并在变温养护箱中进行养护。通过单轴压缩试验,获取了1d和3d龄期喷射混凝土的应力-应变曲线,评估了早龄期喷射混凝土的力学性能。通过高分辨率CT扫描破坏后的试件,揭示了喷射混凝土内部裂纹的形成和扩展特征。研究结果表明,变温养护条件下早龄期喷射混凝土内部损伤严重,微裂纹从试件内部形成逐渐向外发育成宏观裂缝。这些发现对于优化高地温隧道中喷射混凝土的施工工艺、提高结构的安全性和耐久性具有重要的理论和实际意义。; 仇志龙; 关键词：单轴压缩 CT扫描

基于声发射和离散元理论煤体宏细观损伤力学行为研究: 2025年; 研究煤体在加载过程中的宏细观尺度损伤力学行为对于从本质上探寻连续-非连续型材料的损伤破坏机理至关重要。本文基于声发射监测实验并结合PFC2D离散元软件,从本质上阐述煤体材料复杂宏观力学行为的细观损伤破坏机理。研究结果表明:当煤体进入屈服阶段后,微裂隙结构彼此相互贯通并形成随意的漫射分布,声发射(AE)定位信号表现出明显的激增现象,这一现象可以作为煤体失稳破坏前的预警信息;围压的作用改变了煤体在宏观尺度下的纵向劈裂破坏模式,导致次生裂纹数量增加,并形成多个共轭剪切面,使煤体由纵向劈裂模式和剪切破裂模式向“Y”形剪切破坏模式和多剪切破坏模式转变;煤体宏观主破裂面与轴向应力方向形成的破裂夹角随围压变化呈正相关递增关系。在应力-应变全过程不同阶段中,煤体轴向应力与轴向应变对应微裂纹扩展演化的敏感性阈值指标,可为煤体宏细观损伤破坏机理研究提供借鉴。; 张琪李祥春刘耀儒聂百胜; 关键词：煤体声发射离散元

基于多场信息融合的采动覆岩宏-细观损伤演化及“两带”发育位置判识: 2025年; 【目的】黄河中游煤炭开采区采动覆岩破坏特征与“两带”空间结构演化是采空区注浆充填开采领域亟需破解的关键难题。【方法】为准确判识采动覆岩“两带”发育位置,以陕北凉水井煤矿42205工作面为地质原型,根据现场钻孔资料,采用颗粒流离散元方法构建采煤数值模型,模拟分析采动覆岩微裂隙发育、破断岩块分布、垂向位移变化、力链结构演化和空隙率演化等采动覆岩损伤特征和规律,综合判识采动覆岩“两带”发育位置和形态,结合现场实测对比验证模拟结果的准确性和可靠性,提出基于宏-细观多场信息融合的采动覆岩“两带”发育位置精准判识方法。【结果和结论】结果表明:(1)采动覆岩微裂隙发育数量随着工作面推进呈正相关关系,且表现为先幂指数增长后线形增长的两阶段特征;在基载比接近1.0且采动覆岩“上三带”完整条件下,采动覆岩破断岩块平均长度随岩层高度的增大呈非线性对数增长特征。(2)采动覆岩强力链拱随工作面的不断推进,其高度先增大后趋于稳定,而跨度同步工作面推进速度;受覆岩载荷不断增大,强力链拱的破坏是岩层破断致使导水裂隙带发育高度增大的内在原因;强力链拱内强力链结构自下而上表现出垂向密集分布和近水平稀疏分布的双区段特征。(3)采动覆岩空隙率与岩层高度呈负相关关系,垮落带沿两侧松散区向中部压实区,采动覆岩空隙率平均由30%逐渐非线性减小至10%左右;融合多源信息综合判识采动覆岩导水裂隙带发育高度平均为69.00 m,裂采比平均为19.71,垮落带发育高度平均为19.63 m,垮采比平均5.61;采动覆岩导水裂隙带形态呈“正梯形”特征。该研究结果相较于传统单因素分析方法具有较高的准确性,其在工程应用方面可为黄河中游采空区垮落带矸石浆体高效充填空间精准计算提供科学依据。; 魏江波魏江波魏江波蔚保宁王双明刘智振刘浪蔚保宁周静; 关键词：空隙率数值模拟黄河中游

GTN细观损伤模型的发展与应用综述: 2024年; 细观损伤力学分析广泛应用于韧性金属损伤、断裂、成形极限预测等领域。Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型是细观损伤力学领域最为重要的经典模型之一。该模型将材料的细观孔洞演化过程与宏观力学行为相结合,描述材料在外部载荷作用下的细观损伤机理及宏观损伤失效行为。大量试验研究表明,在剪切载荷为主的应力状态下,材料内部孔洞体积分数并没有明显增加,但依然会发生失效。由于传统GTN模型只考虑孔洞体积分数变化对金属材料损伤行为的影响,使得GTN模型并不适合中、低应力三轴度下的损伤及断裂预测,因此多位学者都对原始GTN模型进行了修正。概述细观损伤力学和GTN模型的发展历程,并分析GTN模型的几种典型修正方法及其适用范围和优劣势,总结GTN模型参数标定方法。将GTN细观模型在工业领域中的应用分类整理,展望GTN模型的发展趋势,可为今后GTN模型的研究与应用提供参考。; 陈鑫杨立飞于雪龚颖颖; 关键词：细观损伤塑性成形

HTPB推进剂热力耦合加速老化细观损伤机理分析被引量：4: 2024年; 为了深入探究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在热力耦合作用下的细观损伤机理,采用了试验表征和理论分析相结合的方法。具体而言,对在不同环境温度(50,70℃和90℃)及不同加载次数下的HTPB推进剂进行了细观层面分析。在50℃下,分别进行了约3000次和10800次加载;在70℃下,分别进行了约1800,3600次和7030次加载;而在90℃下,则进行了约1800次加载。研究发现:在热力耦合加速老化作用下,HTPB推进剂的细观损伤比单一因素老化更为显著。其细观损伤机理主要涉及两方面:一是由于基体热降解,基体自身的承载性能及其与颗粒间的粘接强度均有所下降,进而导致颗粒“脱湿”;二是颗粒的“脱湿”现象反过来进一步加剧了基体的热降解。这种相互作用使得细观损伤更加严重。研究还发现,随着老化温度的增加,细观损伤的程度会加剧,但温度过高将改变老化过程的细观损伤机理。此外,研究指出,在其他条件不变的前提下,合理选择终止加载次数对于判断HTPB推进剂是否发生显著细观损伤至关重要。本研究中,当50℃和70℃下的加载次数比(N/N_(End))分别超过0.281和0.330时,HTPB推进剂会产生显著的细观损伤。; 曾毅黄薇陈家兴许进升陈雄武锐; 关键词：HTPB推进剂

碳纤维再生骨料混凝土宏观力学性能及细观损伤机制研究: 近年来,随着“碳达峰、碳中和”战略的实施,建筑垃圾资源化利用受到越来越多的关注。利用废弃混凝土生产再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)已成为减少与天然砂开采和粉碎相关的二氧化碳...; 王翔; 关键词：再生骨料混凝土单轴压缩碳纤维

三维机织复合材料有限应变渐进损伤有限元模型及细观损伤机理: 三维角联锁机织复合材料（Three-dimensional angle-interlock composites,3D AWC）具有高损伤容限、近净成型、可设计强等优点,能作为结构承载件应用于航空航天、船舶交通等工程领域...; 张俊杰; 关键词：细观结构

不同溶液及干湿循环作用下砂岩宏细观损伤效应试验与模型研究被引量：1: 2024年; 云冈石窟在降雨的反复作用下处于干湿循环的状态,其力学性质受到不同程度的劣化,将直接影响到石窟区砂岩的强度变形。以砂岩为研究对象,设计并进行不同溶液及干湿循环试验,建立宏观损伤统计本构模型,并结合SEM扫描电镜对细观结构损伤进行研究。研究表明:砂岩在干湿循环作用下,酸性环境对砂岩的劣化作用相对于中性环境更大;干湿循环初期发生劈裂破坏,后期逐渐演变为劈裂破坏和剪切破坏的结合;微观结构上均遭到一定程度的破坏,但酸性环境更明显。此研究为不同环境干湿循环作用下砂岩类文物的保护修复指导工作提供了理论依据,对于深入认识云冈石窟劣化损伤机理具有十分重要的意义。; 冯美生冯美生周新宇; 关键词：干湿循环砂岩

PDC齿切削砾岩的细观损伤模拟被引量：1: 2024年; 砾岩一般具有孔隙结构复杂、非均匀性严重等特点,PDC钻头钻进砾岩地层时破岩效率普遍较低,室内试验很难有效地研究PDC齿的破岩过程。为此,采用离散元软件PFC2D建立了PDC齿切削砾岩的数值模型,研究不同切削深度、前倾角及岩石非均质度情况下,砾岩的破碎形式和过程,引入破岩比功评价了砾岩切削过程中的破岩效率。研究结果表明:一定范围内增加切削深度,砾岩内部剪切裂纹更快萌生且剪切裂纹占比显著增加,主裂纹沿自由面方向和切削方向绕砾扩展;提高砾岩非均质度,岩石逐渐由塑性破坏转变为脆性破坏,非均质度过高会增加砾岩的整体强度,且使作用在PDC齿上的冲击破坏频率增加,不利于破岩;当PDC齿以1 mm切削深度、5°前倾角切削砾岩时,可获得最高的破岩效率。所得结论可为PDC齿设计及切削参数选择提供理论支持。; 杨宏宇邓清源叶柏良刘建平黄安龙; 关键词：离散元数值模拟细观损伤

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