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。     

高导无氧铜在大变形、不同温度和不同应变率下的流动应力和本构模型

为了理解高导无氧铜(OFHC Cu)的塑性流动行为,采用Instron液压试验机和分离式Hopkinson压杆,系统地对OFHC Cu进行了温度为77 ~1 000 K,应变率为0.001 ~7 000 s-1,以及真实应变超过80%的单轴压缩试验。结果表明：在0.001 s-1应变率下, OFHC Cu在约500 K呈现动态应变时效现象。随应变率增高,动态应变时效温度区域向更高温度移动,甚至动态应变时效现象消失。在高应变变形区域,相对温度来说,OFHC Cu塑性流动应力对应变率依赖更强。基于位错运动学和动力学概念,考虑位错在高温和高应变率的粘-曳阻力现象,结合试验结果,导出一个基于物理概念的本构模型。此模型可预测从低到高不同应变率不同温度下OFHC Cu的塑性流动应力。通过比较表明,本构模型预测结果与试验结果吻合较好。     

深部软岩新型相似模拟材料的研制

在总结以往相似模拟材料特点的基础上,结合深部软岩强度、变形特征,本着相似材料组分简单、模型制作便捷等原则,研制了仅以河砂为骨料,松香酒精溶液为粘结剂的深部软岩新型相似模拟材料。通过对不同配比试样进行单、三轴压缩、巴西劈裂试验,获得了不同配比条件下该相似模拟材料的强度、变形、破坏特征。研究表明,通过简单的配比调配,该相似模拟材料可以较好地模拟深部大多类型的软岩,且具有组分简单、模型制作便捷、力学性能稳定、无毒无污染、价格低廉、一定程度上可重复利用等特点。     

基于一维渗流的单轴压缩流变仪研制

传统固结仪在进行固结试验时不能考虑变水头的渗流作用,而一般的渗流仪较难考虑不同压力下试样的流变特性。利用WG-4应力控制式轻便固结仪和QY1-2渗流仪,进行重新设计与改造,获得基于一维渗流理论的单轴压缩流变仪。该仪器可以进行双面排水固结试验、常水头渗透试验、单轴压缩流变试验,特别是可以进行一维渗流条件下试样的流变试验,可以研究在不同渗透压的作用下,土体的流变特性。改装后的设备原理简单,操作简便,通过对比试验,该仪器的测试数据准确、容错率高。     

电极面积对介电弹性体薄膜电致起皱影响的实验研究

介电弹性体(dielectric elastomers,DE)薄膜在其自身的应变能和外加电场能的相互作用下既能实现大的电致变形,也容易发生失稳起皱。对于单轴预拉伸的介电弹性体薄膜,电极的长度是决定其电致变形的重要参数,同时也可能是影响薄膜起皱的关键因素。为了确定以及量化该影响,本文实验测量了不同电极长度下薄膜的临界起皱电压。同时为了分析薄膜的褶皱特征,测量了不同电压下的褶皱波长。实验结果表明:电极宽度对介电弹性体薄膜的起皱有较大影响;随着电极长度逐渐增大,薄膜的临界起皱电压呈现出先快速减小,随后相对稳定,最后又逐渐升高的趋势。而其褶皱波长随电压升高逐渐减小。实验结果显示,褶皱分布在电极及电极附近,据此分析认为,薄膜的起皱是一种局部效应,电极区与非电极区的相互作用与能量传递对其有较大影响。实验中通过铜丝搭接的方式引出电极能有效解决电极引出线的附加刚度影响薄膜起皱的问题,可为相关实验提供技术参考。     

冻融循环作用下注浆裂隙岩体力学特性试验研究

为了研究冻融环境下裂隙岩体注浆固结体力学性能的变化规律,对类岩石预制裂隙试样及其注浆固结体开展不同循环次数的饱水冻融试验,对特定冻融次数(0次、5次、10次、20次、40次及60次)下的试样进行单轴压缩试验和同步VIC-3D观测.试验结果表明:(1)随冻融循环次数增加,裂隙试样及注浆固结体的质量均先增后减,并伴随有表面...     

火灾后十字形型钢混凝土柱单向偏心受压力学性能试验研究

对4根十字形型钢混凝土柱进行了火灾后的力学性能试验研究,并按照ISO834标准升温过程曲线进行火灾试验。1根未受火试件作为对比。异形柱采用桁架式配钢形式,横向腹杆间距为260mm。试件通过静力荷载作用下的单向偏心受压试验,研究加载偏心距对力学性能的影响。通过试验,得出了试件的破坏形式以及极限承载力、截面平均应变分布、柱中侧向位移曲线、荷载-滑移曲线和截面特性。试验结果表明:(1)受火1小时后的十字形型钢混凝土柱仍然具有较高的竖向承载力;(2)试验测量的混凝土与槽钢之间滑移较小,说明型钢与混凝土之间能够协同工作,平截面假定在十字形型钢混凝土柱的截面中仍然适用;(3)在90°荷载角的作用下,十字形型钢混凝土柱会发生单向弯曲;(4)随着荷载的增加,挠度曲线存在水平段,说明火灾后型钢混凝土柱仍具有较大的后期变形能力,并且随着偏心距的增大,试件的变形能力更强。     

单轴压缩下2种PBX炸药的动态变形损伤及其温升效应

通过炸药单轴压缩实验,利用高速摄影和高速红外热像仪,对2种典型PBX炸药变形损伤过程和温升效应进行了实时观测。实验结果表明,2种典型PBX炸药的损伤以及温升效应表现出明显差别：低粘结剂含量的炸药表现出明显的脆性特征,材料应力应变曲线中的应变软化阶段是伴随着材料损伤的演化过程,最终的失稳破坏导致样品中贯穿裂纹的形成,非均匀的裂纹分布对应于局部高温带的出现; 高粘结剂含量的炸药表现出明显的韧性特征,材料应力应变曲线未出现应变软化现象,变形损伤分布较均匀,但剪切方向出现网络状的温升分布。     

单轴压缩下裂隙倾角对花岗岩-混凝土力学行为及能量演化的影响

为探究单轴压缩下不同裂隙倾角对花岗岩-混凝土组合体试件的强度及能量演化的影响,结合室内试验标定的细观参数,采用二维离散元颗粒流程序（PFC^2D）对组合体试件开展了数值模拟研究。结果表明：花岗岩-混凝土的强度和变形特征受裂隙倾角影响,其强度和变形参数随裂隙倾角的增大呈逐渐增大趋势;在单轴压缩过程中,试样内部能量转化为宏观裂纹扩展,最终的破坏模式主要以拉伸失效断裂和剪切失效断裂为主;组合体试件的总能量和耗散能随裂隙倾角的增大而增大,试件破坏时总应变能大于耗散能。基于耗散能的计算,构建了损伤本构方程,当损伤因子为0.8时,试件接近极限状态,此时的能量消耗较大,显著降低了组合体试件的强度。

     

循环荷载作用下聚丙烯纤维再生混凝土受压性能试验研究

为研究循环荷载作用下聚丙烯纤维再生混凝土(PFRAC)的力学性能,以粗骨料取代率、纤维掺量、加载速率为变化参数,设计了78个圆柱体试件进行单轴循环受压试验。通过试验观察PFRAC的破坏形态,获取了应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变、刚度退化等重要指标,研究了不同变化参数对其力学性能指标的影响规律,得到了循环荷载作用下聚丙烯纤维对再生混凝土的阻裂机理。结果表明：循环荷载作用下PFRAC主要发生斜向劈裂破坏;随着聚丙烯纤维掺量的增加,试件表面主裂缝宽度减小;循环荷载下PFRAC试件受压应力-应变曲线包络线与单调受压应力-应变曲线相似;聚丙烯纤维的加入可显著改善PFRAC循环荷载下的力学性能,随着纤维掺量的增加,峰值应力、弹性刚度比先增大后减小;纤维掺量为0.9%时的纤维改性效果最优,峰值应力和峰值刚度比分别提高了4.4%和7.4%。