细观结构

摘要： 针对混凝土细观损伤机理进行了研究,将混凝土看作由骨料、砂浆和孔隙组成的细观多相复合材料,通过CT技术对其单轴压缩损伤机制进行了分析,并对所得结果处理后通过MIMICS软件建立了相应三维细观模型,结合ABAQUS工具进行了数值模拟研究。结果表明:数值模拟得到的混凝土损伤图可以较好地反映混凝土试件单轴受压的整个损伤过程;混凝土试件在单轴压缩试验中发生的是张拉-剪切复合破坏,数值模拟得到的应力、应变云图与试验结果相符。

摘要： 忽略岩块渗透性,将土石混合体(SRM)视为由土体和土石界面构成的复合介质。假定土体渗流为二维达西流,土石界面为一维渗流且流量是水力梯度的幂函数;为避免通过迭代确定土体和土石界面之间的流量交换,假定水头在土体与土石界面处连续,构建了土体和土石界面渗流场有限元同步求解模型,实现了考虑界面渗透性的SRM渗流数值模拟。验证算例表明,该模型可模拟不考虑或考虑土石界面渗透性的情形;考虑土石界面渗透性时,可以较好地再现SRM渗透性随含石率增大而先降后增以及渗流速度与水力梯度呈非线性关系的实验现象。数值实验表明,土石界面渗透特性对SRM的渗透特性有本质上的影响,且含石率越高,影响越显著。

摘要： 为了研究高围压作用下堆石体中剪切带形成及相关细观结构演变,采用自编程序构造3种不同形状的可破碎颗粒簇,随机生成二维颗粒流试样,进行双轴压缩试验。结果表明,轴向应变为6%时,试样由体缩向体胀过渡;轴向应变达到10%以后,试样内部发生了结构性变化。试样中颗粒簇的旋转、移动、破碎以及孔隙率等细观结构演变能清晰反映试样中剪切带的形成过程;轴向应变达到10%以后,试样中旋转幅度大的颗粒簇、破碎严重的颗粒簇以及大孔隙率区域均呈非对称X形分布,且X形轮廓逐渐清晰。

摘要： 为探究蒸养制度对多元胶凝体系超高韧性混凝土(STC)抗压强度的影响,进行了水泥-微珠-硅灰、水泥-微珠及水泥-微珠-纳米SiO_(2)三种多元胶凝体系STC在恒温时间分别为2、3、4 d三种蒸养制度下的抗压强度试验及光学显微镜测试。结果表明:三种多元胶凝体系中水泥-微珠胶凝体系STC工作性能最优异,而硅灰、纳米SiO_(2)掺入均会降低STC拌和物的工作性能;STC最佳恒温时间为2 d,水泥-微珠-硅灰胶凝体系、水泥-微珠胶凝体系及水泥-微珠-纳米SiO_(2)胶凝体系STC最高抗压强度分别为173.1、171.7、162.1 MPa,恒温时间过长会增加基体内部孔隙,形成薄弱界面,对STC抗压强度不利。水泥-微珠-硅灰胶凝体系STC中各组分优势得到充分发挥,基体结构密实性增强。

摘要： 编写MATLAB代码随机生成基于塑性损伤本构关系的随机骨料程序确定骨料的位置信息,针对再生骨料混凝土的损伤演化,从细观角度上认为再生骨料混凝土由多相材料夹杂而成并考虑其不同材料之间的层间效应,利用有限元软件DIANA分别建立二维再生随机骨料混凝土模型和多尺度耦合再生骨料混凝土梁模型,研究了单轴拉伸压缩下混凝土裂缝开展路径以及应力应变关系,并与已有实验结果进行比较,分析了三点受弯下不同骨料取代率再生混凝土梁的断裂行为.所建立的多尺度数值模型为再生骨料混凝土材料及结构分析提供了可行的研究途径.

摘要： 为研究水温作用对透水沥青混合料力学性能的影响,采用试验评价与细观图像处理技术,对不同水温状态下的沥青混合料力学性能与细观结构展开分析。研究内容包括:沥青混合料配合比设计,劈裂试验与冻融循环劈裂试验,浸水马歇尔试验,不同水温状态下试件断面细观结构分析。研究表明:水温作用对沥青混合料力学性能有一定程度上的损伤,并且沥青混合料的力学性能与水温作用时间以及温度呈线性负相关。此外,水温对大孔隙透水沥青混合料效果更明显,而使用高粘沥青会改善沥青混合料的水温稳定性。研究成果可为解决透水沥青混合料在实际工程中的水温稳定性问题提供参考。

摘要： 内聚力单元是进行推进剂“脱湿”损伤研究的重要手段。通过分子动力学方法构建推进剂高填充比几何模型,结合周期几何和周期边界处理方法,构建推进剂细观有限元分析模型。采用内聚力单元结合PPR内聚力模型开展颗粒和基体黏接界面“脱湿”行为模拟。在单轴拉伸和纯剪试验下分析推进剂细观结构的力学响应,开展推进剂“脱湿”损伤机理研究。针对不同的体分比、应变速率以及内聚强度,开展了“脱湿”损伤影响规律分析。研究方法和研究结论可以为新一代高性能推进剂配方的研制提供有利的参考。

摘要： 岩石蠕变对矿山岩体力学安全性具有重要影响。开展了硬岩损伤过程中的应力应变分析及声发射矩张量反演,认识到岩石内部细观结构损伤和强度劣化是蠕变的诱因,研究了岩石的强度、弹模的时间效应及岩体自身结构微细观损累积特性,更加充分阐释了岩体作为工程介质其自身蠕变机制特征。应用细观蠕变损伤模型模拟了岩石试样在单轴载荷作用下蠕变损伤规律,研究结果可望为井巷、边坡等工程的安全设计与长期稳定性评价提供参考。

摘要： 再生骨料混凝土可以看作由新硬化砂浆、老硬化砂浆、再生骨料、内界面过渡区和外界面过渡区5相复合材料组成。采用Matlab生成基于塑性损伤本构关系的随机骨料程序,用以确定随机骨料的位置信息,利用有限元思想模拟分析不同取代率下再生骨料混凝土材料破坏与裂纹扩展情况。考虑细观结构特征,构建二维再生混凝土模型,研究不同取代率再生骨料混凝土模型在单轴压缩、拉伸荷载作用下的力学性能。研究结果表明,取代率较高的再生骨料混凝土试件会较早地引发裂纹形成,并且裂纹增长得更快,直至贯穿整块板;新硬化水泥砂浆的弹性模量和老硬化水泥砂浆的厚度也会影响裂纹的形成。

摘要： 剪胀性是包括岩土材料在内的摩擦性颗粒材料的重要特征之一,其形成机制与颗粒体系内部拓扑结构的演化有关.基于颗粒体系细观数据,可对颗粒体系内部的拓扑结构特征及演化进行分析,进而建立拓扑演化与宏观剪胀变形之间的联系.采用离散单元法,根据密实、中密和松散摩擦性颗粒材料双轴试验的宏微观数据,从拓扑参量演化及接触网络拓扑变化所引起的3类细观结构几何特征等方面研究了颗粒材料宏观剪胀变形的拓扑机制.研究表明:密实和中密颗粒体系双轴试验过程存在应变软化和剪胀现象,与细观结构的拓扑演化与几何各向异性相关,而松散颗粒体系剪胀效应不明显;将接触网络剖分成多边形力环结构并根据拓扑演化定义新生、消失和不变3类细观结构,在加载过程中不同拓扑属性细观结构所占比例及各向异性存在较大差异,且较大尺寸的力环可承担较大的几何各向异性;新生力环结构在双轴加载过程中能够表现出更加明显的剪胀特性,颗粒体系整体的剪胀变形受到新生结构拓扑变化及恒定结构几何变化的综合影响.

摘要： 结晶岩石的破裂与破坏是岩石力学和岩石工程研究的基本问题之一.由晶粒和晶粒边界、微裂隙等缺陷组成的细观结构强烈影响结晶岩石的宏观力学性质与行为.基于锦屏白山组均质大理岩的细观结构特征,建立UDEC 多边形块胶结数值岩块模型,其中的多边形块被视为弹性介质,考虑拉断的莫尔-库伦破裂准则被作为多边形块之间接触面破裂的判据;进行单轴压缩试验,模拟分析锦屏白山组大理岩板裂化现象的细、宏观变形破裂与破坏的演化过程.结果 表明:多边形块胶结岩块模型能够较逼真地模拟白山组大理岩的二维细观结构特征;在该数值岩块模型中采用考虑拉断的莫尔-库伦破坏准则,能够得到与试验成果相吻合的宏观力学性质参数(微裂隙萌生应力、微裂隙损伤应力、单轴压缩强度、弹性模量和泊松比),并且能够逼真地模拟白山组大理岩从微裂隙产生到宏观板裂化变形破裂与破坏的整个演化过程与机理.本研究有助于从大理岩的细观结构和破裂演化的角度更好地理解锦屏白山组大理岩围岩的宏观板裂化现象.

摘要： 为了研究卸载对粘土细观结构的影响,本文设计了一种特制固结圆筒,目的是用来机械锁死土样,经试验,特制固结圆筒锁死土样效果较好.将普通卸载与锁死卸载后土样分别经过冷冻干燥后,送扫描电镜.采用人工识别结合IPP软件对两类SEM图像进行处理.通过对粒径、颗粒方位及孔径的对比分析,得出卸载对固结后黏土细观结构的影响是客观存在的,且影响程度是有限的结论.

摘要： 为了研究浅层红粘土的细观结构在湿干循环过程中的演化规律,研制了可以进行CT扫描的CT-固结仪;在不同压力作用下对桂林雁山原状红粘土及其重塑土进行了多组湿干循环试验,并对每次烘干和增湿稳定后的土样进行CT扫描,跟踪观察湿干循环过程中土样的细观结构变化.研究结果表明:增湿和干燥都能使原状红粘土及其重塑土的结构造成损伤;原状红粘土湿干循环三次之后,土样开始产生明显裂隙;重塑红粘土样在湿干循环过程中其密度逐渐减小,在第三次增湿之后土样开始出现裂隙,随后再次烘干,裂隙继续开展.定义了基于CT数据的红粘土的细观结构参数,提出了定量描述红粘土细观结构演化与土样饱和度、湿干循环次数、上部荷载之间的数学表达式,预测结果与试验资料比较接近.

摘要： 为了研究填土的湿化变形规律及其细观结构演化特性,用改进的非饱和土CT-三轴仪对延安新区的重塑Q2黄土做了3组共17个偏压固结浸水试验.为了考虑压实度、围压、吸力和偏应力对湿化变形的影响,三组试样的干密度分别控制为1.52g/cm3、1.69g/cm3和1.79g/cm3,净围压分别控制为50kpa和100kpa,吸力分别控制为150kPa和300kPa,偏应力分别控制为100kPa和200kPa.在三轴浸水过程中对试样的两个断面进行了多次CT扫描,得到了固结和湿化过程中土样的宏观变形与土样内部细观结构演化的CT图像及相应的CT数据.研究结果表明:干密度、净围压、基质吸力和偏应力均对试样的湿化变形特性有显著影响;提高干密度可有效减小湿化变形量和降低湿剪破坏的风险;净围压越大,吸力对试样湿化变形的影响就越小;浸水湿化过程中的宏观力学特性与其细观结构变化及其CT数据是密切相关的,所有试样的CT数均增大,反映由于湿化变形试样越来越密实;浸水初期,试样原有结构发生破坏,CT数变化较剧烈.基于CT数定义了土的结构性参数和结构演化变量,发现含水率增量-结构性参数关系曲线及体应变-结构演化变量关系曲线前半部分近似于直线,后半段变化平缓,趋于水平,反映了在湿化过程中土样结构的变化特征;结构性参数和结构演化变量均受干密度、净围压、吸力、偏应力及含水率变化的影响较大,在建立结构演化方程时必须同时考虑以上因素.本文的研究成果对填土工程的设计具有重要参考价值,为建立非饱和重塑黄土的结构损伤演化方程与结构性模型提供了科学依据.

摘要： 管涌是堤坝中最常见的渗透破坏形式之一.管涌是由细观结构缺陷引起的渗透破坏,所以研究管涌的发生发展离不开对土体微细观结构的研究.通过数值模拟重构四种细粒含量情况下的常规三轴模型,探讨了管涌细观结构渗透稳定性与细颗粒含量之间的关系,并基于定性角度分析相关参数指标,得到细颗粒含量对无黏性土渗透稳定性的影响主要是通过改变颗粒体应力传递结构方式实现的,并利用离散元程序数值重构不同细颗粒含量的管涌模型,得到了与实际物理实验相类似的结果,为进一步利用颗粒力学相关理论分析管涌发生发展做初步探索.

摘要： 利用X射线计算机断层扫描成像(CT)技术,分别对7d与28d龄期桥梁用C50高性能混凝土、20°C～600°C温度下C80高性能混凝土的细观结构进行扫描和图像构建;采用IPP图像处理软件定量分析了混凝土材料CT图像,得到了混凝土材料的缺陷率、孔径尺寸、孔隙数量等参数.试验表明:混凝土重建CT图像灰度范围为0～255;28d与7d龄期的C50混凝土相比,其缺陷率小,最可几孔径趋于均匀,孔径细化,孔隙数量增多,混凝土内部致密度提高;随作用温度升高,C80混凝土内部缺陷率、孔隙数量不断增加,混凝土内部细观结构不断劣化.

摘要： 以锦屏工程地下厂房区典型软硬互层状岩体为研究对象,基于区域生长算法的图像分割技术表征岩体局部区域的细观结构特征,探讨获取区域生长算法中生长参数的方法;采用FLAC3D差分程序,以比例关系映射方法建立与软硬互层状岩体岩样相对应的细观尺度均匀化网格模型.在此基础上,实现各组分基元力学参数满足Weibull分布的细观概率模型.并以程序内嵌的fish语言,实现考虑岩体局部细观结构及组分材料非均匀性时基元的弹-脆-塑性本构关系,建立互层状岩体局部区域细观数值模型,进而以多种数值模拟方案考察细观非均匀性对岩体力学行为的影响.结果表明,软硬互层状岩体的细观非均匀特性对其变形特征、强度规律、声发射规律及累计损伤过程影响显著.

摘要： 通过对三维机织复合材料几何细观结构的研究,用体积平均化分析法分析了三维机织复合材料的力学性能,结合实际的纱线形态建立了一种新的三维机织复合材料力学模型.采用蔡-吴张量理论对三维机织复合材料的拉伸、压缩和层间剪切强度进行了理论分析,并与实验结果进行了对比,验证了力学模型的正确性.

摘要： 为了研究混凝土内部损伤的破坏机理,本文采用工业CT对混凝土试件单轴压缩破坏前后分别进行扫描,获得试件内部的高精度CT图像.通过对初始状态下混凝土试件CT图像的分割、处理、组合,采用基于图像像素建模的方式,建立了能够反映其真实细观特征的二维数值模型,应用ABAQUS软件对模型进行了单轴压缩模拟计算.通过比对结果发现,有限元模拟高应力区域的传递方向与试件破坏后内部实际裂纹路径吻合,初步验证了数值模型的可靠性,为研究混凝土细观破坏机理和内部损伤变形提供了新的思路.

摘要： 为了研究混凝土内部损伤的破坏机理,本文采用工业CT对混凝土试件单轴压缩破坏前后分别进行扫描,获得试件内部的高精度CT图像.通过对初始状态下混凝土试件CT图像的分割、处理、组合,采用基于图像像素建模的方式,建立了能够反映其真实细观特征的二维数值模型,应用ABAQUS软件对模型进行了单轴压缩模拟计算.通过比对结果发现,有限元模拟高应力区域的传递方向与试件破坏后内部实际裂纹路径吻合,初步验证了数值模型的可靠性,为研究混凝土细观破坏机理和内部损伤变形提供了新的思路.

摘要： 本公开提供了一种基于宏细观参数关联准则的DEM细观参数标定方法，获取经室内基础力学试验得到的岩石DEM宏观力学参数；根据岩石DEM宏观力学参数、先验条件和预设机器学习模型，得到用于岩石力学特征模拟的岩石DEM细观力学参数；其中，细观力学参数为预设机器学习模型的预测结果与各先验证条件结果的加权和；本公开通过建立DEM宏观力学参数和细观力学参数标定的样本库，分析样本库中宏观力学参数和细观力学参数的关联，将其作为先验约束条件，结合预设的机器学习模型，实现了细观参数的快速标定，进而实现了更高精度的岩石力学特征模拟。

摘要： 本发明公开了一种结构界面处砂颗粒细观结构运动状态分析方法，包括根据拍摄的结构界面处砂颗粒受荷运动过程图像，计算砂颗粒的运动学参数，计算相邻砂颗粒接触点位置；根据相邻砂颗粒接触点位置和预设判断规则，判断相邻砂颗粒接触点摩擦类型；构建砂颗粒的运动学参数、相邻砂颗粒接触点摩擦类型结果图；根据砂颗粒的运动学参数，获取符合预设三角规则的砂颗粒三角结构，构建砂颗粒三角结构状态趋势图。本发明实现了结构界面处砂颗粒细观结构运动状态分析方法，同时本发明计算速度快、结果图形展示清晰丰富、应用范围广，能为分析结构界面处与土体相互作用特性提供有效的理论依据。

摘要： 本发明公开了一种基于星型结构的三维零泊松比细观结构，包括水平单元，包括相互平行布置的一对大小与结构都相同的水平四角星形单元；垂直单元，包括相互平行布置的一对大小与结构都相同的垂直四角星形单元，所述垂直四角星形单元在星形尖端处与所述水平四角星形单元的尖端处连接，所述垂直四角星形单元和与之连接的所述水平四角星形单元相互垂直，并公开了具有基于星型结构的三维零泊松比细观结构的宏观结构，具有三维结构，且三个主轴方向上均具备零泊松比效应，结构简单，便于制备，应用范围更加广阔。

摘要： 本发明公开了一种结构界面处砂颗粒细观结构运动状态分析方法，包括根据拍摄的结构界面处砂颗粒受荷运动过程图像，计算砂颗粒的运动学参数，计算相邻砂颗粒接触点位置；根据相邻砂颗粒接触点位置和预设判断规则，判断相邻砂颗粒接触点摩擦类型；构建砂颗粒的运动学参数、相邻砂颗粒接触点摩擦类型结果图；根据砂颗粒的运动学参数，获取符合预设三角规则的砂颗粒三角结构，构建砂颗粒三角结构状态趋势图。本发明实现了结构界面处砂颗粒细观结构运动状态分析方法，同时本发明计算速度快、结果图形展示清晰丰富、应用范围广，能为分析结构界面处与土体相互作用特性提供有效的理论依据。

摘要： 本发明公开了一种观测水下基础结构与土界面细观结构变化的试验装置及方法,本发明用于模拟观测基础结构与土界面处细观现象，提高基础结构与土界面现象认识，采用颗粒图像测试模块记录土颗粒的细观状态排列、颗粒长轴方向、颗粒沿结构面滑动、颗粒转动，以及颗粒破碎等细观现象，以便进行分析，达到观测基础结构在不同荷载作用条件下周围土体的动态的细观变化。本试验系统得到的观测结果清晰直观，能较真实地反映真实基础结构与土界面的细观现象，操作简洁，实施方便。

摘要： 本发明公开了一种2.5维编织复合材料细观结构纤维束的建模方法，其包括以下步骤，1)确定2.5编织复合材料纱线的交织方式、编织复合材料内部纤维轨迹以及截面形状，构建几何模型，并将几何模型导入二维绘图软件，绘制二维草图；2)将二维草图导入三维软件中，以厚度方向为Z轴建立草图绘制纬纱轨迹曲线，并作为扫掠引导线；3)对扫掠引导线做曲线修剪处理，得到长度分别为经纱、衬经纱截面长度，且与二维草绘的投影图中各层经纱相对应的打断曲线。可以更加真实“复现”纬纱实际的波动轨迹走向，同时考虑了衬经纱、经纱与水平方向的夹角，进一步提高后续仿真分析的刚度、强度、疲劳寿命的结果。

摘要： 本发明公开了一种基于逐级划分的沥青混合料三维细观结构模型构建方法，具体包括：在模型空间中根据投放的核点生成三维Voronoi图从而将其划分为多个元胞，将划分后生成元胞的个数与所求档位单个骨料代表性体积建立联系，使得元胞库中能含有更多符合当前档位骨料粒径的元胞；对元胞利用三角面内随机取点方法初步确定骨料形状，再经过几何优化和缩放得到骨料库；通过计算骨料的包围盒确定其粒径和球度，并根据粒径和球度确定所求档位理想骨料，再从中挑选出满足体积误差的骨料就得到了当前所求档位骨料；继续模拟下一档位骨料，直至所有档位骨料生成完毕，就完成了对模型空间的逐级划分，从而得到了最终所需的沥青混合料细观结构。

摘要： 本发明提供了一种土石混合体随机细观结构模型的生成方法，属于岩土材料细观数值模拟领域。首先，根据研究具体要求生成三维映射网格模型，并存储三维映射网格的节点信息和单元信息；其次，根据土石混合体筛分试验得到的块石级配曲线确定块石粒度分布、确定块石空间方位，从而生成随机块石模型；最后，识别土石混合体的细观组分，将生成的随机块石模型映射到初始的均匀化有限元网格模型中，区分细观各组分，判定块石、土体基质集合确定各组分材料的属性。本方法有效的解决了网格不规则造成的不收敛及细观力学数值模拟效率低等问题，生成的土石混合体随机细观结构模型，可直接用于岩土工程领域细观数值模拟。

摘要： 本发明提供了一种基于中子成像的沥青混合料细观结构测试方法，属于沥青混合料细观结构测试技术领域。该测试方法包括如下步骤：首先制备待测沥青混合料圆柱体试件；其次在中子成像系统控制软件操作界面观察旋转过程中试件的投影是否在转换屏和相机视场范围内；然后对沥青混合料试件进行层析成像试验；试验结束后关闭中子源，对试件进行重构，并输出断层图像；最后对中子断层图像进行增强处理和阈值分割，分别对图像中的集料、砂浆和空隙进行提取，确定沥青混合料的细观结构。本发明提出的基于中子成像的沥青混合料细观结构测试方法，为沥青混合料细观结构的测试提供了一种新的方法，是对现阶段沥青混合料细观结构测试方法的有益补充。

摘要： 本实用新型公开了一种基于星型结构的三维零泊松比细观结构，包括水平单元，包括相互平行布置的一对水平四角星形单元；垂直单元，包括相互平行布置的一对垂直四角星形单元，所述垂直四角星形单元在星形尖端处与所述水平四角星形单元的尖端处连接，所述垂直四角星形单元和与之连接的所述水平四角星形单元相互垂直，并公开了具有基于星型结构的三维零泊松比细观结构的宏观结构，具有三维结构，且三个主轴方向上均具备零泊松比效应，结构简单，便于制备，应用范围更加广阔。