砂岩峰后卸除围压过程的渗透性试验研究

为了探讨煤层开采引起的围岩卸除围压过程中砂岩渗透性的变化规律,本文用数控瞬态渗透法在电液伺服岩石力学试验系统MTS815.02上进行了砂岩试样的渗透特性试验。得出了试样峰前渗透系数-应变与应力-应变的关系曲线,以及在峰后保持轴向应变一定卸除围压过程中试样的渗透系数-围压与主应力差-围压的关系曲线;对试验砂岩在变形破坏过程中渗透性变化规律进行了总结,重点分析了其峰后卸除围压过程中渗透性的变化规律;并对试验砂岩峰后渗透系数与有效围压关系进行了拟合,得出了拟合方程式,为煤层开采引起的围岩体应力场与渗流场耦合问题提供参考。     

微风化红层砂泥岩动三轴力学特性试验研究

红层广泛分布于四川盆地及周边地区,考虑该区域地震及工程施工扰动影响,本文针对粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和细砂岩3种典型微风化红层岩石,开展了中等应变率条件下的动三轴压缩试验,揭示了其动力学特性的围压效应和应变率效应。3种岩石的动力学参数均具有明显的围压和应变率敏感性,动强度和动弹性模量均随应变率和围压增大而增大,而动泊松比随着应变率增大而减小,随着围压增大而增大;基于二元非线性回归分析,提出了试验条件范围内3种岩石的动强度预测模型,以期为工程应用提供参考。

     

冻融循环次数和含水率对尾细砂力学性质的影响研究

为研究冻融循环次数和含水率对尾细砂力学性质的影响,利用GDH-2005B型高低温试验箱对尾矿砂试样进行冻融循环,并通过FST-200型应变控制式三轴剪力仪开展五种冻融循环次数(1次、3次、5次、7次、9次)和五种含水率(11%、13%、15%、17%、19%)尾矿砂试样常规三轴试验。研究表明:(1)相同含水率时,随着冻融循环次数的增大,变形模量逐渐减小,内聚力和内摩擦角均呈现降低的趋势;经历9次冻融循环后,内聚力降低至17.4kPa,内摩擦角降为14.82°。(2)相同冻融循环次数条件下,随着含水率的增大,尾矿砂的峰值应力降低,对应峰值应变增大;围压100kPa时,含水率19%的尾矿砂在经历9次冻融循环后应变为18.21%,应力为139.37kPa;各冻融循环次数下的尾矿砂抗压强度均呈现下降的趋势,内聚力和内摩擦角均随着含水率的增大而减小。研究成果可为尾矿砂物理力学性质理论的丰富以及尾矿砂相关工程的安全运营提供参考。     

含水率对非饱和黏土动态压缩特性的影响

为探讨含水率对非饱和黏土动态压缩特性的影响规律,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置,针对不同含水率非饱和黏土试样开展了侧限条件下的动态压缩实验。实验结果表明,在径向变形受到约束时,当黏土中含有少量水时,比干黏土更容易压缩;而当含水率进一步增加时,试样在受压过程中逐渐接近饱和状态,黏土的抗压性能则明显提升。从能量吸收与分配角度来看,随着含水率的增加,试样所吸收的总能量在逐渐下降,体积改变能所占的比例逐渐增大,而形状改变能所占比例则逐渐减小。     

含水率对非饱和钙质砂动力特性影响的试验研究

使用经过系统标定的霍普金森压杆试验装置对不同含水率钙质砂进行了在准一维应变条件下的动态压缩试验,试样的平均应变率为209～1 137 s⁻¹。试验结果表明：半导体应变片灵敏系数和压杆弥散关系的标定对试验结果的准确性具有重要影响;当钙质砂应变小于0.025时潮湿试样的切向模量高于干燥试样,而在应变大于0.025时则相反;潮湿钙质砂的切线模量随含水率的增加先减后增。通过分析非饱和钙质砂在锁变后其轴向应力应变曲线及侧压力系数的变化规律,提出了非饱和钙质砂锁变现象的模型。

     

摩擦材料在无围压和加围压条件下的形变比较

研究铜基粉末冶金摩擦材料在无围压和加围压条件下的动态力学特性及其形变特征。试验在Hopkinson压杆上完成,通过试验发现,材料在无围压、应变率低于1000-1s时,有应变率强化效应;在更高应变率下,材料有损伤软化效应。微观分析可以看到试件上大量的平行滑移裂纹导致了材料破坏,形变是滑移伴随少量的孪晶;裂缝中有大量的碳纤维组织,这些纤维状组织对裂纹的扩展起抑制作用。而材料在加围压下的性能得到了很大的改善,同一应变率下最大应力、屈服极限和动态杨氏模量均有提高。在高应变率时,无论是加围压还是无围压,破碎的硬质颗粒都是长条状的。由此得出推论,球状、细化的硬质颗粒,可提高基体的强度。     

含水率对砂岩渐进破裂过程影响的试验研究

为了研究含水率对砂岩渐进破裂过程的影响,采用MTS-815岩石力学试验系统,考虑不同围压及含水率条件下砂岩的三轴试验,对其渐进破裂坏过程进行试验研究,分析不同含水率条件下砂岩的渐进破裂指标及其扩容特性的演化规律。研究结果表明,含水率对砂岩的渐进破裂过程存在促进作用;随着含水率的增加,砂岩的闭合应力、起裂强度、损伤强度和峰值强度均逐渐减小;且当砂岩饱水系数在0.7左右时,岩石损伤强度和峰值强度减少量超过20%;砂岩含水率对岩石强度的弱化作用较明显,而砂岩含水率的变化对扩容速率影响不明显,但随着含水率的增大,岩石压缩极限减小,扩容提前发生。     

含水率及围压对砂岩蠕变特性影响的试验研究

在荷载作用下,岩石不仅表现出弹性和塑性,而且具有与时间相关的性质,即岩石的流变性。工程实践中,岩石流变现象随处可见,岩石流变所造成的危害也不容忽视。但目前在岩石含水率及围压对其流变特性影响研究仍不完善。本文采用岩石三轴压缩流变仪开展了不同含水率及围压条件下的砂岩压缩蠕变试验。试验发现,围压越大,砂岩的蠕变量越小;但当围压达到一定值后,围压对蠕变量的影响降低;砂岩含水率越高,瞬时应变越大,破坏时应变越大,长期强度越低;瞬时应变和破坏时应变均与含水率呈线性关系,长期强度与含水率呈负指数关系。     

苹果树枝力学特性试验研究

为避免采摘机器进行水果采摘时机械臂对树枝的损伤,并为采摘机械臂设计和驱动电机功率选择提供依据,以苹果成熟时枝条为研究对象,在微型电子万能力学试验机上对其拉压、弯曲变形的弹性模量等力学性能进行试验确定。通过试验得出:树枝枝条轴向拉伸状态下弹性模量平均值为54.2228MPa;轴向压缩状态下弹性模量平均值为32.5580MPa;弯曲变形弹性模量平均值为90.4343MPa。此结果表明苹果树枝在承受轴向拉压和弯曲等不同载荷作用下具有不同的力学特性,进一步对其产生的原因进行分析。依据材料力学理论建立了树枝弯曲变形弹性模量与轴向拉压弹性模量的关系,给出中性面偏移量计算表达式。由于中性层偏移,树枝受压侧承受的最大应力大于受拉侧,且树枝本身轴向压缩弹性模量比拉伸弹性模量小,因此在承受弯曲变形时,受压侧早于受拉侧达到强度极限而发生破坏。     

高分子材料湿度含量对其力学性能的影响的实验研究

本文从实验的角度对湿度因素影响下的高分子聚合物材料的力学性能进行了研究。选用了尼龙6材料进行了一系列的有关湿度实验，通过不同含湿率下与时间相关的材料性能实验首次从实验上证明高分子聚合物材料存在湿度-时间等效性。即对材料力学性能而言延长作用时间与增加材料含湿率与等效的，并且具体给出了尼龙6材料的湿度-时间等效关系。如该材料在不同含湿率下的广义曲线，本文工作为进一步研究湿度因素影响下的材料性能提供了实验依据。     

塑胶预埋件力学性能的试验研究

塑胶预埋件是由塑胶材料制作的新型预埋件。通过对埋设在混凝土中的塑胶预埋件进行抗拉、抗剪和拉力疲劳荷载性能试验,考察了塑胶预埋件的极限承载力和破坏形态,研究了拉力疲劳荷载对预埋件抗拉性能的影响。针对M10型预埋件的塑胶-锥体复合拉伸破坏形态,得出极限拉伸荷载的简化计算公式。研究结果表明塑胶预埋件力学性能较好,具有很好的应用前景。     

高应力高水压下砂岩三轴蠕变特性试验研究

对砂岩进行高围压高水压条件下的三轴压缩蠕变试验。试验表明,在整个加载过程中,孔隙水压力主要起到增强轴向变形和横向变形的作用;但在加载的初始阶段,孔隙水压力在一定程度上抑制了轴向变形。当应力水平高于屈服应力时,横向蠕变速率明显大于轴向蠕变速率,且横向蠕变率先进入加速蠕变阶段。本文提出一个新的非线性黏性元件,并引入一个能判断是否进入加速蠕变阶段的计时器元件,组建一个非线性黏塑性加速蠕变启动模型,将该黏塑性模型与Burgers模型串联,构建一个新的非线性黏弹塑性蠕变模型,推导了该模型在常规三轴应力状态下的本构方程。基于试验结果,通过对非线性优化算法(BFGS)的Matlab编程,实现对本文提出蠕变模型的参数识别,识别效果比较理想。对比试验曲线与拟合曲线,二者相当吻合,验证了新提出的非线性黏弹塑性蠕变模型的正确性。     

NiTi形状记忆合金丝力学性能试验研究

形状记忆合金(SMA)是一种具有多种特性的新兴功能材料,其力学性能与材料本身的元素组成比例、应力状态以及周围的环境温度等有着复杂的关系．本文选用某金属开发有限公司生产的镍钛SMA为研究对象,对12组48根奥氏体状态下形状记忆合金丝试件进行力学性能试验,通过改变电流、加载幅值、加载速率、循环次数和直径等主要试验参数,研究了形状记忆合金材料的力学特性．结果表明：加载幅值和加载速率是影响奥氏体SMA材料力学性能的主要参数．     

钙质砂的胶结性及对力学性质影响的实验研究

对南海钙质砂进行了三轴实验研究,重点针对不同胶结情况下的力学性质,如不同胶结材料和含量的变化对强度和应力应变特性的影响等。研究表明,钙质砂具有与陆源砂不同的性质,它的内摩擦角高达48°,远大于一般陆源砂的35°左右;在低围压下钙质砂表现出剪胀性,但随围压增加剪胀性降低;利用硅酸盐水泥作为胶结材料效果较好;随着水泥含量的增加,钙质砂试样的强度增加。     

再生碎石混凝土力学性能试验研究

针对再生粗骨料为碎石的再生混凝土,设计了99个试件,分别进行立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗折强度、弹性模量和泊松比等力学性能的试验。本文研究了再生混凝土的强度指标、变形性能、损伤过程、能量耗散等特征,分析了骨料取代率对其各性能指标的影响;基于试验数据,得出各强度性能指标的换算关系;分别采用分段式本构关系模型和损伤本构关系模型对再生混凝土的应力-应变本构关系进行研究,并提出相应的本构方程。研究结果表明:与天然骨料混凝土相比,再生混凝土的各项强度指标均略为增大,但变形性能和耗能性能降低,应力-应变全曲线下降段更为陡峭;随着取代率的增大,弹性模量呈先减小后增大的变化趋势,泊松比无明显变化,与天然混凝土接近;其损伤发展过程加快,应变在ε=(3~5)×10-3时最为迅速。分段式本构方程和损伤本构方程的计算结果与试验值均能较好地吻合。     

水分及冻融循环对红砂岩物理力学特性的影响

将干燥红砂岩进行饱水及开放系统下的冻融循环实验,并对干燥、饱水及经历一定冻融次数后的试样进行单轴压缩实验,系统地研究了红砂岩的遇水软化性及冻融损伤劣化特性,分析了岩石的弹性模量、强度、应力-应变关系的变化规律。结果表明：在水分的作用下,红砂岩的弹性模量及强度显著降低,且强度受水分影响引起的损伤较弹性模量大;水分及软弱结构面的存在促进了岩石的冻融损伤劣化,并伴随着岩石延脆性性质的改变,最终在冻融循环的作用下完全崩解;在寒区岩体工程设计和施工过程中,必须考虑水分和温度对工程稳定性的影响,采取加强防排水及隔热保温技术等综合防治措施减少冻融灾害。     

锡青铜纤维基自润滑复合材料的机械和摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金工艺制备了以锡青铜纤维为基体,以ＰＴＦＥ和ＭｏＳ２固体润滑剂为复合润滑相应的自润滑材料,考察了其机械性能和摩擦磨损性能,并与以锡青铜粉为基体的同种自润滑材料进行了性能对比。结果表明：纤维基材料的抗拉强度和冲击韧性分别为粉末基材料的２￣６倍和２￣８倍,且具有良好的渗透性,因纤维体通孔多和具有蜂窝结构,有利于润滑剂的渗透和贮存,因而相应的复合材料的自润滑性能良好。