花岗岩的加载速率效应及能量机制研究

加载速率对岩石的力学性质以及变形破坏方式具有重要的影响。基于MTS810电液伺服材料试验系统与PCI-2声发射仪对岩样进行不同加载速率作用下的单轴压缩和声发射试验。研究结果表明：（1）在各级加载速率作用下,岩样单轴压缩应力-应变曲线大致经历了压密、弹性、屈服、破坏四个阶段。岩样峰后曲线在加载速率为0.001~0.01 mm/s时出现台阶型分段跌落状,在加载速率为0.01~0.1 mm/s时呈现光滑、陡峭的连续曲线。（2）岩样峰值强度、弹性模量随加载速率的增加而增大,与加载速率对数均呈现三次多项式拟合关系。峰值应变随加载速率的增加而减小,与加载速率对数呈现线性拟合关系。（3）随着加载速率由0.001mm/s增加至0.1mm/s,岩样吸收的总应变能 具有波动性,可释放的弹性应变能 增幅60.42%,耗散应变能 降幅 66.38%, 增幅43.33%, 降幅66.67%,岩样破裂模式由拉剪破坏逐渐向张拉劈裂破坏过渡,岩样破裂块数增多。（4）加载速率为0.001~0.1 mm/s时,岩样破坏方式有所不同,但破坏为同一类损伤过程。单轴压缩状态下,能量耗散使得岩样损伤致使强度丧失,而能量释放使得岩样宏观破裂面贯通,并向着能量释放的方向张裂或弹射破坏。     

预静态加载后的混凝土动态受压特性试验

进行了混凝土在应变速率分别为10-5/s、10-4/s、10-3/s的条件下,经历极限抗压强度分别为0、40%、60%、75%和85%的单调荷载作用的动态单轴压缩试验,在此基础上分析了经历不同单调加载历史和应变速率下混凝土的峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律。试验结果表明,随着应变速率的提高,动态单轴抗压强度明显增加;当单调加载应力水平高于某一应力阈值时,混凝土极限抗压强度明显降低;混凝土弹性模量随着应变速率的提高而增加,随着单调加载幅值的增加表现出先增大后减小的趋势;混凝土峰值应变随着应变速率的提高而增加,随着单调加载幅值的增加而减少。     

不同低加载速率下圆钢管混凝土轴压柱的试验研究

为研究低加载速率对强围箍作用下圆钢管混凝土柱的影响,分别采用2mm/min、10mm/min、20mm/min和25mm/min的加载速率对20个短柱试件进行轴心受压试验,得到了不同低加载速率下钢管混凝土柱的荷载-位移曲线与荷载-应变曲线.基于试验结果分析了低加载速率对强国箍作用的钢管混凝土短柱轴压力学性能产生的影响,...     

加载速率与环境温度对黏土岩力学性质的影响

利用SHT4305伺服压力机系统,对黏土岩试样分别在0.1MPa/s、0.3MPa/s、0.5MPa/s、0.7MPa/s、0.9MPa/s的加载速率和25℃、55℃、85℃、115℃、145℃的环境温度下实施单轴压缩试验,分析了不同加载速率和不同环境温度对黏土岩的峰值强度、弹性模量、应变状态、破裂形式、反应过程以及变化机制的影响。研究发现,黏土岩试样在不同加载速率和环境温度作用下,破坏过程经历压密、弹性、塑性、破坏四个阶段,其中塑性阶段差异化明显。黏土岩峰值强度与加载速率近似线性相关;在环境温度的作用下,黏土岩峰值强度与弹性模量随温度的增加呈现出先增大后减小的趋势。上述研究结果对高放核废物处置库选址等领域备选具有重要的理论意义和参考价值。     

加载速率对6020铝合金材料力学性能影响的实验研究

通过拉伸实验研究了加载速率在1mm/min, 10mm/min, 100mm/min以及200mm/min范围内6020铝合金材料的力学性质,结果表明这种材料有近似于理想弹塑性的性质,应力-应变曲线明显地表现为线弹性和线塑性的特点,而且加载速率对于该铝合金材料的力学性质没有明显的影响.作为对比还测试了45#中碳钢在相同的加载速率条件下的力学特性,得出随着加载速率的增加,无论屈服强度还是抗拉强度均有一定的提高,塑性有了一定的降低.最后,根据实验结果确定了该铝合金材料的本构关系.     

高温后玄武岩纤维增强混凝土的动态力学特性

为研究温度、加载速率、纤维掺量对玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)动态压缩强度和冲击韧度的影响,利用?100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对经历不同温度作用后的BFRC进行冲击加载实验。结果表明:高温后BFRC的动压强度及冲击韧度在同一温度下随平均应变率的上升近似线性增大;温度的升高总体上导致BFRC在同一加载速率下的动压强度及冲击韧度减小、应变率敏感性减弱;同一工况下,BFRC的动压强度和冲击韧度较素混凝土普遍提高,且当纤维体积掺量为0.2%时强韧化效果相对最佳。由此可见,高温后BFRC的冲击压缩特性受温度、加载速率、纤维掺量的综合作用影响,掺入玄武岩纤维可以有效降低高温后BFRC的损伤劣化程度。     

基于WOA-BP神经网络的超低温冻土抗压强度预测模型研究

为获得超低温冻土抗压强度预测模型, 探究超低温状态下冻土的物理性质及力学性质的变化, 对含水率19%, 22%, 25%和28%的低液限黏土土样进行?180 °C ~ ?10 °C的单轴压缩强度试验, 并测量?80 °C ~ ?10 °C土样的未冻水含量, 建立基于WOA-BP神经网络和BP神经网络的预测模型, 探究含水率、温度、未冻水含量与超低温冻土抗压强度关系. 预测结果表明: 含水率、温度、未冻水含量与超低温冻土抗压强度存在复杂的非线性关系, 特别是在?180 °C ~ ?80 °C区间内, 现有的线性拟合公式已无法准确预测该区间内冻土抗压强度; 基于WOA-BP神经网络预测模型的整体预测效果较好, 其绝对误差平均值为1.167 MPa, 相对误差平均值为7.62%, BP神经网络预测模型的绝对误差平均值为8.462 MPa, 相对误差平均值为47.99%. 基于鲸鱼优化算法的BP神经网络预测模型预测误差明显小于BP神经网络预测模型及线性拟合值, 更接近实测值. 该预测模型具有较高精确度, 能有效解决超低温冻土抗压强度与其影响因素间复杂的非线性关系, 可为人工冻结技术在地层应急工程中的应用提供参考.      

人工冻结深部软岩单轴力学性能试验及蠕变模型1）

为了了解深部软岩在冻结条件下的单轴力学性能,以东北地区的原状泥砂岩为试验对象,利用自行研制的WDT-100型人工冻土试验仪器,对其进行不同温度下的人工冻土单轴抗压强度试验和单轴蠕变试验,得到泥砂岩单轴压缩应力-应变关系曲线,各温度下试样的单轴抗压强度以及蠕变曲线.单轴压缩试验结果表明：试样在给定温度和加载速率条件下,单轴压缩应力-应变关系曲线都有较为明显的屈服点,并且都在屈服点后,强度有所提高,出现硬化现象.单轴蠕变试验结果表明：单轴压缩蠕变曲线有非线性特征,单轴压缩蠕变的等时应力-应变曲线向应变轴靠拢;单轴压缩时蠕变模量随时间的增长而降低.最后采用遗传算法优化模型参数,得出泥砂岩蠕变经验方程.与试验结果对比,发现拟合情况较好.     

人工冻结深部软岩单轴力学性能试验及蠕变模型

为了了解深部软岩在冻结条件下的单轴力学性能,以东北地区的原状泥砂岩为试验对象,利用自行研制的WDT-100型人工冻土试验仪器,对其进行不同温度下的人工冻土单轴抗压强度试验和单轴蠕变试验,得到泥砂岩单轴压缩应力-应变关系曲线,各温度下试样的单轴抗压强度以及蠕变曲线.单轴压缩试验结果表明:试样在给定温度和加载速率条件下,单轴压缩应力-应变关系曲线都有较为明显的屈服点,并且都在屈服点后,强度有所提高,出现硬化现象.单轴蠕变试验结果表明:单轴压缩蠕变曲线有非线性特征,单轴压缩蠕变的等时应力-应变曲线向应变轴靠拢;单轴压缩时蠕变模量随时间的增长而降低.最后采用遗传算法优化模型参数,得出泥砂岩蠕变经验方程.与试验结果对比,发现拟合情况较好.     

含软弱夹层炭质板岩单轴压缩力学行为模拟研究

为探究含软弱夹层炭质板岩的单轴强度特性,本文运用ABAQUS软件建立炭质板岩单轴压缩数值模型,分别研究了岩样含软弱夹层及其数量、软弱夹层倾角、端部约束对炭质板岩单轴抗压强度的影响规律。数值计算结果表明:含软弱夹层会降低炭质板岩单轴抗压强度,且随着软弱夹层数量增加,单轴抗压强度呈减小趋势;随着软弱夹层倾角逐渐增大,单轴抗压强度先减小后增大,呈"U形"分布,软弱夹层倾角为0°时得到的单轴抗压强度最大,软弱夹层倾角在接近60°时单轴抗压强度最小;以接触面的摩擦系数μ模拟端部约束,结果表明随摩擦系数μ增大,单轴抗压强度先增大后趋于平稳,且端部约束对水平软弱夹层影响最小,对倾斜角为45°的软弱夹层影响最大。     

闪长岩单轴加载过程中声发射和弹性波速度变化规律的研究

为研究闪长岩在单轴加载过程中的声发射和各向波速变化规律,在单轴阶段加载和循环阶段加载条件下,对闪长岩岩样破裂过程中的声发射累计数、不同应力水平不同方向的波速、切线模量、轴向应变速率进行了研究。实验结果表明:(1)随着应力水平的增高,声发射事件数不断增加,在高应力水平(约80%峰值强度)时,声发射累计数急剧增多,随后切线模量出现震荡变化。(2)在加载过程中,压密程度及裂纹扩展方向对波速产生了巨大的影响,导致不同方向波速在不同的应力水平呈现出不同的变化规律,由此可以推测破裂面位置和破裂模式。在较高应力水平下(约60%峰值强度),平行于加载方向的波速趋于稳定,而垂直于加载方向的波速则持续下降,故用垂直于加载方向传播的波速预测岩石的破坏更具可靠性。(3)随着应力的增加,应变速率有逐渐减小的趋势,但临近岩石破裂时无异常变化出现,说明利用变形观测难以预测此类岩石的破坏。以上研究表明,根据纵波波速、声发射累计数和切线模量的变化可以有效预测岩石的破坏。     

一维应力预加载下红砂岩冲击力学特性试验研究

为研究高地应力下再受动力扰动的岩石力学特性,利用改进的岩石动静组合加载SHPB试验装置,对红砂岩进行一维预应力状态下岩石的冲击力学特性试验。选取4个轴压水平,进行不同应变率下的动加载试验。研究结果表明:不同应变率下,岩样在破坏阶段出现"峰后塑性"、"应力跌落"、"应变回弹"三种类型,岩样的割线模量随轴压的增大先增大后减小;相同轴压下,岩样的动态抗压强度和单位体积吸收能随着应变率的增大而增大,分别呈现出指数函数关系和线性关系;相同应变率下,岩样的动态抗压强度和单位体积吸收能随着轴压的增大呈先增大后减小的趋势;无轴压条件下,岩样为拉伸破坏模式,有轴压条件下,岩样为剪切破坏模式。     

不同种类再生大骨料制作自密实堆积混凝土的实验研究

采用毛石、废弃的混凝土块、废弃的砖块做再生大骨料,按照不同的再生大骨料取代率制作了强度等级为C20,尺寸均为420mm×420mm×1200mm的五组再生骨料自密实堆积混凝土试件,五组试件的再生大骨料分别是:100%的毛石;100%的废弃砖块;100%的废弃混凝土块;废弃混凝土块和废弃砖块各50%;毛石、废弃砖块、废弃混凝土块各占1/3。在500吨压力试验机上,对五组试件分别进行了抗压承载力试验。结果表明,不同的再生大骨料对自密实堆积混凝土的力学性能影响很大,棱柱体抗压强度变化明显。添加废弃混凝土再生大骨料试件的抗压强度较大,而添加废弃砖块试件的抗压强度则有不同程度的降低,单一再生大骨料制作试件的弹性模量高于混掺再生大骨料制作试件的弹性模量。上述结果为今后推广再生大骨料制作自密实堆石混凝土的工程应用提供了实验依据。     

基于X-射线CT方法的岩石小裂纹扩展过程分析

岩石的小裂纹起裂及扩展过程是岩石力学研究的一个关键问题。对软硬两种砂岩进行单轴加载试验,同时用高分辨率的螺旋CT扫描机进行实时扫描。通过对获得的CT图像的分析处理发现,CT差值图像中的方差值与小裂纹的扩展速率有密切的关系,建立CT差值图像中的方差值与应力关系曲线,可以直观地看出:1)岩石样品中小裂纹起裂门槛值:软砂岩样品小裂纹扩展的门槛值为岩石强度的55%,小裂纹的扩展强度占整个强度的73%。硬砂岩小裂纹扩展的门槛值为岩石强度的64.5%,小裂纹的疲劳强度占整个强度的79%;2)小裂纹的扩展规律,即:在加载的初期岩石中小裂纹的扩展速率缓慢增大,在小裂纹扩展的门槛值出现之前快速下降,小裂纹扩展的门槛值出现之后又快速增加,最后当裂纹长度达到一定值时与长裂纹扩展速率基本一致。     

不同位移加载速率下突出煤的红外辐射温度变化规律

为了探究不同位移加载速率下突出煤煤体失稳破坏的红外前兆信息,以0.02mm/s、 0.01mm/s、 0.005mm/s三种位移加载速率施加载荷,开展平煤十二矿和新景矿突出煤体加载破坏过程中红外辐射规律试验。试验结果表明:不同位移加载速率下煤样产生变温现象,低速位移加载速率时,煤样温度增加幅度变大,相同位移加载速率下,新景矿突出煤试样比平煤十二矿的红外辐射温度变化大;平煤十二矿和新景矿突出煤试样加载产生红外辐射的物理机制一致,均存在热弹效应和摩擦热效应;平煤十二矿突出煤试样破裂失稳红外辐射前兆表现为台阶式上升趋势,而新景矿突出煤试样表现为阶跃式、突增型上升趋势。     

基于平台圆环试样的无机玻璃动态拉伸性能研究

无机玻璃的拉伸强度往往远小于压缩强度，服役过程中玻璃大多会发生拉伸断裂.论文采用平台圆环(flattened circular ring, FCR)试样测试钠钙硅酸盐玻璃的拉伸性能.分别利用电子万能试验机和电磁分离式Hopkinson压杆(electromagnetic split Hopkinson pressure bar, ESHPB)开展准静态、动态单轴单向和单轴双向实验，加载过程中采用高速相机对试样的破坏过程进行观测.结果显示，该材料试样强度具有明显的正加载速率相关性.动态单轴双向加载可比单向加载更快实现应力平衡，但两种应力波加载方式下试样的动态拉伸强度大致相同.高速摄像与动态加载同步分析表明，这是因为试样的裂纹产生时刻与应力峰值时刻几乎同时产生.对三种形式的拉伸实验结果进行对比，发现拉伸强度受试样形状影响，这与试样断裂路径上的拉伸应力分布有关.     

基于多尺度页岩巴西劈裂试验的岩石强度尺度效应根源研究

为探究页岩抗拉强度尺度效应规律及岩石强度尺度效应根源,采集鄂尔多斯盆地延长组长7段陆相页岩野外露头,制作成直径为50 mm,高度分别为15.32 mm,20.39 mm,25.46 mm和30.28 mm四种尺度的岩样并进行巴西劈裂试验,在分析岩样抗拉强度尺度效应规律的基础上,对岩石强度尺度效应根源提出了新的认识。结果表明:页岩最大载荷和破裂面条数随岩样尺度增大而增大,抗拉强度随岩样尺度增大而减小,破裂时间与岩样尺度相关性较差;非均质性和端部摩擦效应是目前解释岩石强度尺度效应根源的主要观点,页岩巴西劈裂试验结果中抗拉强度存在良好的尺度效应现象,这表明岩石强度尺度效应并不是完全根源于试件与压头之间的端部摩擦作用;岩石强度尺度效应由岩石非均质性和端部摩擦效应共同作用而成,对于小尺度岩样,端部摩擦效应占据主导地位,对于大尺度岩样,非均质性占据主导地位,不同类型的岩石,其岩样尺度的"小"与"大"不同。对岩石强度尺度效应规律和根源的研究有助于提高岩体强度预测的准确性,并为揭示岩石破坏机理提供一定借鉴。     

碱金属在[110]单轴应力下的理论强度

我们知道,晶须的强度远远大于大晶体的强度,很可能接近于理想晶体的理论强度.而晶须的轴线则通常平行于晶体的三个主要方向[100],[110]或[111]。因此当计算理想晶体在单轴应力下的理论强度时,也必须考虑不同的应力方向.七十年代,Milstein等人利用Morse势和Born稳定性判据计算了立方晶体分别在[100],[110]和[111]单轴应力下的理论强度.由于有心力近似受到Cauchy关系的限制,我们在文献     

基于多尺度页岩巴西劈裂试验的岩石强度尺度效应根源研究

为探究页岩抗拉强度尺度效应规律及岩石强度尺度效应根源,采集鄂尔多斯盆地延长组长7段陆相页岩野外露头,制作成直径为50 mm,高度分别为15.32 mm,20.39 mm,25.46 mm和30.28 mm四种尺度的岩样并进行巴西劈裂试验,在分析岩样抗拉强度尺度效应规律的基础上,对岩石强度尺度效应根源提出了新的认识。结果表明:页岩最大载荷和破裂面条数随岩样尺度增大而增大,抗拉强度随岩样尺度增大而减小,破裂时间与岩样尺度相关性较差;非均质性和端部摩擦效应是目前解释岩石强度尺度效应根源的主要观点,页岩巴西劈裂试验结果中抗拉强度存在良好的尺度效应现象,这表明岩石强度尺度效应并不是完全根源于试件与压头之间的端部摩擦作用;岩石强度尺度效应由岩石非均质性和端部摩擦效应共同作用而成,对于小尺度岩样,端部摩擦效应占据主导地位,对于大尺度岩样,非均质性占据主导地位,不同类型的岩石,其岩样尺度的“小”与“大”不同。对岩石强度尺度效应规律和根源的研究有助于提高岩体强度预测的准确性,并为揭示岩石破坏机理提供一定借鉴。     

基于核磁共振的冻融片麻岩蠕变特性试验研究

为探讨寒冷地区隧道围岩的长期稳定性,选取吉林省辉白隧道中的片麻岩进行冻融循环后三轴蠕变试验,分析讨论了冻融循环作用对片麻岩蠕变特性的影响机制。并对不同冻融循环后的同一岩样进行核磁共振(NMR)检测,得到同一岩样不同冻融循环次数后的横向弛豫时间T_2分布。试验结果表明:随着冻融次数的增加,岩样经历的蠕变时长缩短,承受的加载等级逐渐减少。同时冻融循环温度的幅度对片麻岩的各蠕变参数也有一定影响,冻融后片麻岩在长期荷载作用下的破坏模式为剪切破坏,随着冻融次数的增加,岩石的破裂程度越来越严重。本文研究结果对于寒区工程的全寿命周期评价具有参考意义。