岩石类材料峰后滑移剪膨变形特征研究

以某金属地下矿山采场巷道围岩中两种典型的破裂岩石为研究对象,共取14块有代表性的岩石试件,在MTS815．3电伺服岩石力学试验机上进行峰后循环加卸载试验,结果表明：岩石峰后出现破裂块体之间的摩擦滑移特性。峰后区v（ε3／ε1）一般均大于0．5。     

含水率和围压对安家岭泥岩峰后力学特性影响的试验研究

为分析含水率和围压对泥岩峰后力学特性的影响,从山西安家岭矿取泥岩,制成不同含水率的5组试样,在YAW2000电液伺服试验机上开展了三轴试验,获得了不同含水率泥岩试样三轴全程应力应变曲线,使用激光共聚焦显微镜观测了泥岩增水过程中微观结构变化。利用试验结果,分析了围压和含水率对泥岩峰值强度、残余强度、弹性模量、破坏应变和脆性模量的影响规律和泥岩增水过程中微观结构的变化规律。引入脆性模量系数和强度退化指数来描述围压对泥岩峰后强度退化过程和残余强度的影响,与FLAC中的SS模型结合,建立了考虑围压影响的泥岩应变软化力学模型,模拟了围压对泥岩应变软化行为的影响。研究结果表明:(1)随着围压增加,泥岩的峰值强度、偏应力峰值、破坏应变和残余强度都增长,峰后强度降低速率趋缓,强度退化指数和脆性模量系数可以较好地描述围压对泥岩残余强度和峰后强度退化过程的影响。(2)泥岩增水过程中,岩样内微裂隙及尺寸增长,泥岩的力学性质劣化。随着含水率增加,泥岩的弹性模量、峰值强度和残余强度降低,破坏应变增长。含水率与泥岩的弹性模量、峰值强度和破坏应变之间近似服从线性关系。(3)本文基于脆性模量系数的岩石应变软化模型能较好地描述三轴压缩泥岩的全程变形行为。     

充填泥沙裂隙岩石渗流特性的实验研究

对人工充填泥沙裂隙岩石在MTS815.02电液伺服岩石试验系统上进行渗流实验, 同时结合岩石孔隙电子显微照片, 探讨了泥沙颗粒对裂隙岩石渗透特性的影响规律. 实验表明, 在泥沙颗粒的作用下, 裂隙岩样渗透率明显减小; 泥沙颗粒在岩样宏观裂隙中运移达到重新平衡之后, 裂隙岩样渗透率随时间逐渐增大并最终趋于稳定.     

岩石某些力学参数的试验研究

本文对正长岩岩块进行了静态条件下的摩擦系数试验研究,并在振动台上进行了动态条件下摩擦系数的试验。试验结果表明静态条件下的静摩擦系数高于动态条件下的静摩擦系数。两种条件下的动摩擦系数的变化规律也有明显区别。     

岩石材料动态破坏的近场动力学方法数值模拟

裂纹的聚集、扩展、分叉是岩石等脆性材料破坏失效的关键因素，本文在验证了近场动力学方法在研究岩石类材料裂纹动态扩展方面的有效性之后，采用近场动力学方法分别对冲击载荷作用下含有双裂纹岩石材料和单轴压缩作用下含单斜裂纹的岩石材料进行数值模拟．结果表明，对于双垂直裂纹，其裂纹扩展路径大致与预制裂纹成70°夹角；对于单裂纹，裂纹的扩展路径随裂纹倾角的变化而变化，最终导致构件的整体破坏．数值模拟结果表明近场动力学方法可以很好地模拟岩石等脆性材料的裂纹扩展直至破坏的过程，反映裂纹扩展的物理机理；其作为一种新的基于非局部理论的数值方法，在地下岩体工程方面及页岩气的开采方面会有很好的发展前景．     

非均匀材料力学: 学术思想及研究趋势

针对非均匀材料力学当前的8个前沿性课题,以各国科学家在第一届国际非均匀材料力学会议(ICHMM)相关专题讨论会上的发言及总结为红线,介绍了当前国际上在材料/固体力学交叉领域内的一些新的学术思想及研究方向.对多尺度模拟, 新的计算方法,纳米力学,微结构概率力学,广义连续介质力学理论,材料设计,多孔材料和材料就位特性的试验技术等的综合性叙述,阐明了非均匀材料力学的一些新的生长点及其发展方法与前景.      

岩石碎屑流运移堆积过程数值模拟

岩石高速远程崩滑是一种特殊的、危害性很大的地质灾害,崩滑后期形成的高速岩石碎屑流具有很高的运移能力,破坏力极强。以岩石碎屑流为研究对象,重点模拟岩石碎屑流形成后,碎屑流的运移堆积过程和最大运移堆积距离。利用二维颗粒离散元数值模拟方法,建立碎屑流二维运动堆积模型,分析了岩石碎屑流初始高度、体积、加速斜面坡度、堆积底面摩擦系数以及堆积底面地表起伏程度对于岩石碎屑流最大运移堆积距离的影响。实验结果显示:岩石碎屑流运移堆积过程体现出了碎屑流物质的离散性和流动性; 碎屑流最大堆积距离随高度、体积、斜面坡度增大而增大; 随堆积底面摩擦系数、堆积底面地表起伏程度增大而减小。     

岩石压剪断裂核的试验研究

本文介绍了岩石压剪断裂试件切口端部微裂区的研究成果。通过白光散斑,光弹贴片测试及切片镜检,查明了该微裂区呈不对称的桑叶状,其内部岩石晶粒碎裂,形成多条裂纹,岩石压剪主破裂面沿微裂区边界面扩展。在上述结果基础上,提出了描述该微裂区的岩石压剪断裂核的形状方程。     

冻融环境下红砂岩力学特性试验及损伤分析

将实验研究与损伤力学理论分析相结合,对红砂岩进行饱水状态下的冻融循环试验及不同冻融次数下的力学特性试验,分析了岩石的冻融损伤劣化过程,系统研究了岩石的变形破坏规律及损伤扩展力学特性.研究表明:红砂岩呈现出剥落和断裂的冻融损伤劣化模式;随着冻融次数的增加,岩石的强度及弹性模量急剧降低,并表现出压密性增大、弹性减弱、塑性增强的特征;岩石初始细观结构的缺陷经过损伤的非线性演化,表现出宏观力学性能的劣化.     

围压条件下岩石断裂韧性的实验研究

研制了围压条件下内压式岩石断裂韧性测试仪,并对试样进行围压下岩石断裂韧性的测试,结合实验数据,利用断裂力学理论求得了不同围压条件下的断裂韧性,解决了水力压裂设计所需要的断裂韧性的这一重要参数的获取,有利于提高压裂设计,预测的精度。     

化学腐蚀对混凝土材料力学特性影响的试验研究

对不同水化学环境腐蚀过程中砂浆试样物理力学性质进行了试验研究,分析了溶液pH值、浓度及水化学成分对砂浆的腐蚀程度,探讨了砂浆试样的化学腐蚀机制。试验结果表明:在相对封闭的环境条件下,无论是哪种水化学溶液,随着化学侵蚀时间的加长,溶液的pH值均趋于碱性;同时,溶出的Ca2+、Mg2+离子具有累积性特点。在其他条件相同的情况下,水化学溶液的离子成分对砂浆试样的腐蚀程度各不相同。酸性条件下,Na2SO4溶液砂浆试样物理化学性质的影响要比NaHCO3溶液大;中性条件下,与纯净的蒸馏水相比,Na2SO4溶液对砂浆试样的腐蚀作用要强一些。     

Experimental and Numerical Assessment of the Hydrodynamical Properties of Cementitious Materials

Durability of concrete structures is strongly conditioned by the occurrence of several chemical and physical phenomena that can be linked to the displacement of water in the constitutive material. Previous studies have already emphasized that in moderate temperature and pressure conditions, water transfers in weakly permeable cementitious material happen predominantly in the liquid phase, and can be modelled as a nonlinear diffusive process. The main goal of this study is to evaluate the intrinsic parameters involved in this diffusive process. For that purpose, a set of isothermal drying experiments are conducted on samples of different types, compositions and sizes. The classical Mualem expressions are fitted to the experimental sorption isotherms, and a numerical 1D model is used to fit the intrinsic permeability of the material. On the one hand, the values of the Mualem parameters we obtain show a significant sensitivity on the nature of the material and on the sample size. On the other hand, the Mualem expression, originally formulated for soils, does not fit perfectly experimental data, especially near saturation. A dual porosity formulation is proposed and allows a better representation of the material behaviour. Numerical simulations conducted with the Mualem tortuosity parameter L set to its usual value of 0.5 show a large underprediction of the value of the unsaturated permeability for low saturation values. It appears necessary to fit this parameter to values between –2.5 and –3 to obtain a good agreement with observed drying kinetics. This discrepancy must be linked to microcracks development in the sample which leads to larger apparent hydraulic conductivity at low saturation states.     

纺织结构复合材料力学性能的实验研究

本文通过实验测定了三维编织结构复合材料侧边未切割、受切割和中央钻孔试件的拉伸性能，对比了受切割和未切割纤维对于试件侧边拉伸应变的影响，并且讨论了拉伸失效的机理和原因．发现受切割和钻孔试件的拉伸性能低于未加工试件的性能，受切割侧边的拉伸应变高于未切割侧边的拉伸应变，三维编织结构复合材料的拉伸失效主要由纤维断裂引起的．文中还对三维编织结构复合材料的孔边应力集中现象进行了研究，并进行了深入分析，得到一个重要结论，即四步法复合材料的孔边应力集中系数比传统层板复合材料和金属材料的低．从这个意义上说，三维编织结构复合材料适合于作为含孔结构的连接件．     

复合材料断裂力学参量的实验测定

本文采用三维云纹干涉仪同步测量含裂纹复合材料弯曲板的面内位移场及离面位移场，并对离面位移场云纹图进行计算机自动采集和处理，编制了云纹数字图像处理软件。文中推导了正交异性复合材料弯曲问题的离面位移场表达式，得到了弯曲板裂纹尖端位移w与应力场强度因子K1的关系式。通过实测位移，结合裂尖位移场推导出应力强度因子K1值。     

输电线路挤扩支盘桩受力特性的试验研究

挤扩支盘桩是一种具有较高的承载力和较小的沉降变形的新桩型。对某220kV送电线路工程的挤扩支盘灌注桩分别开展了下压+水平联合工况、上拔+水平联合工况和水平荷载的现场真型静载荷试验,得到了挤扩支盘桩在不同工况下的承载力、桩身轴力、桩周侧阻力和桩端阻力的分布规律。支盘桩的抗拔承载力较普通灌注桩提高约20%,支盘的存在使得桩身轴力呈现明显的阶跃式变化。根据挤扩支盘桩的荷载传递规律,建议承力盘间距不小于桩身设计直径的4倍,且不小于承力盘设计直径的2倍。     

平面应力条件下闭合断续节理岩体力学特性试验研究

通过平面应力条件下闭合断续节理岩体的破坏试验,采用自行研制的高压柔性加载装置施加垂向和侧向荷载,用千分表和激光散斑照相技术量测试体位移场,用应变花量测试体平面应力场． 结果表明,激光散斑法用于测定闭合断续节理岩体的位移场效果良好,其测值比对应点千分表测值偏小１４％ 左右．据所测得的位移场和应力场,研究了裂纹尖端应力场的演变及裂纹扩展的路径,分析了试体的变形和破坏特征,测定了翼裂纹初裂角,探讨了试体的破坏机理．     

Experimental and Numerical Study of Shear Fracture in Brittle Materials with Interference of Initial Double Cracks

A simultaneous experimental and numerical study of shear fracture of concrete-like materials is carried out using Brazilian disc specimens with initial double edge cracks and fourpoint bending beam specimens with double edge-notches.The interference effects of two cracks/notches are investigated through varied ligament angles and crack lengths.It is shown that shear fracturing paths change remarkably with the initial ligament angles and crack lengths.The cracked specimens are numerically simulated by an indirect boundary element method.A comparison between the numerical results and the experimental ones shows good agreement.     

腰椎力学分析的数值模拟与实验研究

采用数值模拟和实验测试技术对两种不同内固定法的腰椎模型进行应力和变形分析,基于CT图像建立L4-S1的三维数值模型,经ANSYS计算分析得出五种工况下的终板应力值;在实验中采用了一种薄膜压力测试传感器结合图像处理的方法,提高测试椎间盘压力分布的精度;同时采用数字图像相关技术对腰椎骨上下关节突在承载情况下的空间位移进行了测量,获得了腰椎间盘（L3-L4）在承受轴压、前屈后伸和侧弯情况下的压力分布,以及对应的关节突的位移迹线。结果表明：本研究采用的数值分析技术和实验开发的测试技术可操作性强,精度满足要求,有望在类似的生物力学分析中得到应用。     

Experimental and Numerical Investigations of the Characteristics of Pulsed Thermal Actuators

The purpose of the study is to numerically, experimentally, and analytically investigate the characteristics of plasma pulsed thermal actuators (PT actuators) and to assess their possibilities in controlling flow around airfoils, wings, and configurations at large subsonic freestream velocities. For the PT actuators of the types considered the mathematical models adequately describing their effect on flow past bodies are developed. The characteristics of a prototype PT actuator are experimentally investigated on a specially developed rig. A new type of the PT actuator equippedwith a channel (PTC actuator) is proposed; it is designed to operate at a high pulse repetition frequency and at large flow velocities. Numerical investigations show that the PTC actuators are free of the essential and fundamental shortcoming of the PT actuators which consists in the working zone superheating at high pulse repetition frequencies.