不同围压下砂岩能量变化试验研究

为了解周期载荷对岩石类材料力学性能的影响,利用MTS 815程控伺服岩石刚性试验系统,对砂岩进行不同围压下的加卸载试验,研究不同围压下的加卸载过程及砂岩变形特征的能量变化情况。分析表明:1)岩石在不同围压下的加卸载过程中,会形成一个开口向下的"尖叶状"滞回环,且随围压增大,滞后回线沿轴向应变增大的方向移动,且不可逆;2)根据砂岩弹性能量指数的变化,一定程度上揭示岩石在压密阶段的能量变化过程;3)静态三轴实验状态下,砂岩的平均能量指数与围压呈现一定的函数关系;4)总体上,砂岩的弹性能量指数随围压的增加而逐渐减小。这表明轴向压力作用下砂岩随围压的增加,吸收外界施加能量的能力逐渐变弱。     

不同应力路径下砂岩能耗变化规律试验研究

为研究不同应力路径下岩石的能耗变化规律,采用MTS815岩石力学试验系统开展了砂岩的单轴压缩、常规三轴和卸荷三轴试验。结果表明:耗散能曲线变化是岩石内部损伤和破裂产生的表现,在弹塑性变形阶段,常规三轴耗散的能量占岩石吸收总能量的比例最大,卸荷三轴次之,单轴压缩最小;岩石的储能极限与围压具有明显的线性关系,单轴压缩试验中岩石的储能极限最低,卸荷三轴次之,常规三轴试验岩石的储能极限最高;岩石峰前和峰后的能量耗散速率与围压也具有良好的线性关系,峰后应力跌落阶段能量耗散速率明显较峰前能量耗散速率大数倍至数十倍,说明岩石峰前损伤速率较小,而峰后却快速损伤破裂,耗散能曲线的突然变陡表明岩石破坏发生。     

UHPC三轴受压力学性能研究

为了研究三轴受压下UHPC的受力性能,以围压大小和钢纤维掺量为试验参数,进行20组UHPC试件常规三轴试验,分析UHPC的破坏形态、应力-应变曲线、峰值应力和应变等力学性能。结果表明：围压和钢纤维掺量均为零的试件破坏时呈劈裂破坏,其他试件则呈剪切破坏;围压和钢纤维掺量对应力-应变曲线弹性模量和弹性段曲线形状影响较小;随着围压增大,峰值应力和应变呈不断增大趋势;随着钢纤维掺量增大,峰值应力和轴向峰值应变呈先增大后不变和先增大后减小趋势,环向峰值应变则呈增大趋势。通过对UHPC八面体正应力-体积应变和剪应力-剪应变关系进行分析,基于Drucker-Prager二参数准则,建立了UHPC八面体破坏准则计算方法。     

围压对Ⅱ型CA砂浆力学性能的影响

对不同围压下的CRTS-Ⅱ型CA砂浆进行了三轴压缩试验,并测定CA砂浆的应力应变曲线。分析了峰值应力、峰值应变、残余强度及弹性模量随围压的变化规律,并对其进行线性拟合。结果表明,随着围压的增大,应力应变曲线峰值处逐渐平缓;峰值应力、峰值应变及残余强度逐渐变大,弹性模量基本不变;CA砂浆试件破坏时的裂缝与轴线的夹角逐渐增大。     

大理岩三轴压缩变形破坏与能量特征研究

利用伺服试验机对大理岩进行了常规三轴压缩试验,基于试验结果,研究了岩样三轴压缩变形破坏及其能量特征。结果表明,低围压时岩样内部材料并未均匀化,岩石表现为应变软化特性;而高围压时岩样内部材料强度由低到高逐渐屈服,变形趋于均匀,岩石出现塑性流动特性。岩石峰值应变与围压成正线性关系;岩石残余强度对围压的敏感性显著高于峰值强度。岩石破坏应变能随着围压的增大而增大,且两者成正线性关系;岩石全部断裂能随着围压的增加亦成正线性增加。     

砂岩在不同围压条件下变形特征的试验研究

对取自某油田深部含油气地层的砂岩,利用MTS 815岩石力学测试系统,对砂岩进行不同围压条件下的加、卸载试验。研究围压对砂岩变形特征的影响,探讨砂岩在加、卸载过程中应力-应变曲线的变化规律,以及对弹性模量的影响程度。结果表明:三轴加、卸载的应力-应变曲线不重合,形成一个开口的塑性环;在不同的围压条件下,加、卸载阶段的弹性模量不相等,卸载时的弹性模量高于加载时的弹性模量;在保持轴向应力不变的情况下,随着围压的增加,加载阶段弹性模量逐渐增大,围压在40 MPa时,弹性模量达到最大值,随后弹性模量趋于平缓甚至有下降的趋势。     

被动围压条件下岩石材料冲击压缩试验研究

为研究煤矿岩石材料被动围压条件下动态力学性能和变形破坏规律,利用Ø50mm变截面分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,对45#钢质套筒环向约束状态下煤矿岩石试件进行了不同加载速率冲击压缩试验。试验结果表明：被动围压条件下SHPB试验中,岩石试件的材料延性和抗破坏能力均得到增强,试件轴向应力是采用同种加载条件无围压SHPB试验时的1.2倍,破坏应变比无围压SHPB试验提高2～3倍,且径向应力随轴向应变增大总体呈上升趋势,试件破坏为压剪破坏模式,与无围压SHPB试验有所不同。     

多围压下三轴压缩试验与不可破裂颗粒离散元法分析

采用大型三轴试验仪器对道砟散体材料进行试验,重点研究不同围压条件下三轴试验力学特性与影响规律。同时基于离散单元法(DEM),采用非破裂不规则颗粒簇,在伺服条件下建立道砟三轴试验散粒体模型,对道砟颗粒在不同围压下进行相关数值三轴模拟,探讨偏应力、体应变、围压、体积应变与轴应变之间的关系,反映道砟基本力学特性。研究结果表明:采用离散单元方法进行数值模拟与室内三轴试验得到的一系列应力-应变规律基本一致,验证了离散单元法在道砟研究中的可行性与可靠性。同时,围压对道砟散体变形、最大偏应力、偏应力比值具有影响,其中随着围压提高道砟变形降低,因此在有砟道床设计和养护维修中,增大道床围压可降低道床沉降与变形。     

粗粒土路基循环荷载试验及累积变形模型研究

为了探讨粗粒土路基在往复列车荷载作用下产生的累积变形和动力特性,开展了粗粒土的室内动三轴试验,分析了不同循环应力比、不同围压对粗粒土路基累积变形的影响。根据动三轴试验结果,提出了考虑围压和循环应力比影响的粗粒土路基累积变形模型。研究结果表明:循环应力比为0.3时是加载次数-累积动应变曲线由稳定型向破坏型演化的起点,随着循环应力比的增大,软化指数不断增大;当循环应力比小于0.3时,软化指数随着围压的增大而减小,当循环应力比大于0.3时,软化指数随着围压的增大而增大。累积变形模型反映循环应力比和围压对累积动应变的影响,能较好地预测累积动应变的发展趋势,且模型参数有明确的物理意义,能为粗粒土路基的设计和养护提供参考。     

再生混凝土三轴受压力学性能试验研究

为了研究再生混凝土在三轴应力状态下的力学性能,以再生骨料取代率和围压值为变化参数,设计了36个圆柱体试件,采用位移控制的加载方式进行常规三轴试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取试件受力破坏全过程应力-应变曲线以及峰值应力、峰值应变等特征参数,分析了再生骨料取代率和围压值对再生混凝土三轴受压力学性能的影响,提出了侧向围压值与初始弹性模量、竖向峰值应力、峰值应变之间的关系公式。研究结果表明:取代率对三轴受力再生混凝土的峰值应力和峰值应变影响不大,与天然混凝土相比,其变化分别在5%和2%的范围内波动,而取代率对再生混凝土的初始弹性模量有较大的影响,与天然混凝土相比,三轴受力再生混凝土的弹性模量提高了20%左右;侧向围压值对三轴受力再生混凝土的各项性能指标影响显著,增大围压值能有效提高再生混凝土的弹性模量、承载能力和变形性能。研究结果为再生混凝土的进一步科学研究和推广应用提供参考。     

渗透压循环加卸载作用下页岩渗透率演化规律研究

为研究页岩在渗透压循环加卸载作用下渗透率演化规律,利用改进的脉冲衰减气体渗透率测量装置对页岩进行不同围压、不同渗透压循环加卸载试验。试验结果表明:初始围压的大小会影响页岩的初始渗透率,初始围压越大初始渗透率越小;在定围压循环加卸载渗透压的过程中,渗透率随着渗透压的加载而增大,随着渗透压的卸载而减小;在同一渗透压加卸载循环中,加载阶段和卸载阶段的渗透率曲线不重合,且卸载阶段渗透率曲线位于加载阶段渗透率曲线的上方;对渗透率随渗透压循环加卸载的变化关系进行拟合,拟合结果符合二次函数关系,相关系数大于95%。     

缝合式三维编织C/SiC复合材料拉伸加卸载力学行为

本文通过开展缝合式三维编织C/SiC复合材料的准静态单轴拉伸及循环加卸载试验,研究加卸载行为对复合材料的损伤及材料内部能量耗散的影响。通过对材料的断口分析,探究加卸载对材料破坏强度的影响规律。结果表明,加卸载行为会消耗材料内部的能量,对纤维束与基体之间的界面造成损伤,进而降低材料的承载能力;材料滞回曲线的面积随着卸载点应力的增大而增大;材料的整体失效属于脆性破坏,复合材料断口表现出明显的分层现象,且单轴拉伸时断口相对于循环加卸载更整齐。      

玻璃纤维珊瑚海水混凝土三轴受压力学性能试验

为研究玻璃纤维珊瑚海水混凝土的三轴受压力学性能,以围压值和纤维掺量为变化参数,对36个圆柱体试件进行常规三轴试验。试验观察了试件的破坏形态,获取了其应力-应变全过程曲线;基于试验数据深入分析了变化参数对其各项力学性能的影响规律。结果表明：随着围压值的增大,破坏形态由竖向劈裂转为斜向剪切和挤压流动破坏,应力-应变曲线峰值增大、峰点后曲线平缓,其初始弹性模量、峰值应变、峰值应力、能量耗散均增大,而延性系数先增后降,当围压值为6 MPa时,延性系数分别为其单轴受压状态下的3.64倍、3.32倍、2.86倍;随着纤维掺量的增大,其初始弹性模量、延性系数、峰值应力、能量耗散均先增后降,而峰值应变先降后增,当玻璃纤维掺量为4 kg·m^-3时,其平均弹性模量达到5.83 GPa,相比其他两种掺量,其平均延性系数分别增长了3.0%、16.7%,平均峰值应力增长了9.6%;侧向围压与外掺玻璃纤维均可降低损伤发展的速率和程度。     

饱水石灰岩冲击过程中能量耗散特性

喀斯特地貌地区地下空间的建设普遍受地下水影响,岩石的含水情况严重影响岩石的力学特性,与地下工程建设及爆破的安全性息息相关。利用Φ50 mm分离式霍普金森杆装置(SHPB)分别对含水处理后的饱水石灰岩和自然状态下的自然石灰岩(50 mm×30 mm的圆柱岩样)采取动态加载试验。研究结果表明：动态冲击中,自然条件岩样的应力集中破坏以原生裂纹端部为主,饱水岩样内部自由水将原生裂纹端部充填,阻碍岩样裂纹扩展,导致饱水岩样的应力集中现象弱化,损伤破坏需耗散更多的能量;不同环境下的两种岩样耗散能随时间均呈稳定的“S”形发育,其耗散能随冲击气压增大而增大,轴压增加时,相同冲击气压能量耗散相对较少;岩样吸收入射能与破碎耗能密度呈线性关系,岩样吸收水后虽体积增大,但其能量利用率亦远高于自然条件下的岩样;自然岩裂纹扩展系数增长速率大于饱水岩,随应变率增大,自然岩裂纹扩展系数加大,破坏更明显。     

主动围压下岩石的冲击力学性能试验研究

利用具有主动围压加载装置的直径为100 mm分离式Hopkinson压杆（SHPB）试验装置和薄圆形紫铜片作为波形整形器,研究了斜长角闪岩在不同围压等级（0~6 MPa）、不同应变速率（50~170 s-1）下的动态力学性能,并对试验有效性进行了分析。试验结果表明：斜长角闪岩的动态强度增长因子与应变率的对数呈近似线性关系,强度与比能量吸收随应变率的增加而近似线性增加,体现了显著的应变率相关性;在同等级应变率范围内,随着围压的增加,岩石的增强效果与增韧效果逐渐增强;同时发现,在围压作用下,岩石的破坏由拉伸破坏向压剪破坏逐渐过渡和发展。SHPB试验中,近似恒应变率加载时间比例约为69.5 %,能够较好地满足应力均匀分布及近似恒应变率加载要求,表明SHPB试验的有效性和结果的可靠性     

对粘弹性材料力学性质的再认识

以[1]的线性理论为基础,分析粘弹性材料动态压缩试验的压力,变形及加卸卸载速率,据此绘制材料的应力应变曲线,证明粘弹性材料动态压缩试验的加载与卸载曲线不重合,指出卸载阶段约束时试件有不能立即恢复的粘弹性变形,并导出了与粘弹性回复曲线对应的指数衰减函数。     

循环荷载作用下饱和砂土的性质演化规律及液化阶段性特征

正确认识饱和砂土在液化过程中的性质演变规律是解决可液化土层大变形问题的关键。通过饱和砂土不排水三轴试验,研究了饱和砂土液化过程中剪应力-剪应变关系、孔压增长速率和流动性的演化规律。发现饱和砂土由固态向液态的转变过程存在显著的阶段性特征,饱和砂土的液化过程可根据孔压比增长速率特征点划分为固态、固-液过渡、触变性流体及稳定流体四个阶段,而土体的孔压比增长速率与其产生的残余剪应变相关;围压和循环应力比会影响土体液化过程中各阶段的持续时间,围压越低、循环应力比越高,饱和砂土越容易从固体阶段转变为流体阶段;饱和南京细砂从一个阶段进入另一个阶段的所需振次与对应的孔压比之间呈线性关系。     

变围压条件下饱和红黏土动力特性研究

真实路基填料的应力路径十分复杂,常规循环三轴动力试验在常围压条件下进行,无法模拟真实路基填料的受力状态。基于此,为了更好的模拟交通荷载下路基层的真实受力状态,采用GDS循环三轴系统对赣南地区的路基红黏土分别进行了变围压(VCP)和常围压(CCP)下的循环三轴试验,在三种应力状态下,即相同的最大应力状态,相同的平均应力状态,相同的初始应力状态,对比分析了变围压对红黏土孔压发展、回弹模量和轴向累积变形的影响。试验结果表明,各应力状态下变围压都导致了孔压累积的增加。对于相同的最大应力状态,变围压下试样回弹模量较低,累积变形较大,而在相同的最小应力状态下则结论相反。对于相同的平均应力状态,变围压对红黏土长期变形特性的影响可忽略。     

结构振动控制的不同直径NiTi丝力学性能试验研究

试验研究了三种直径超弹性NiTi SMA丝的力学特性,考察了循环加载次数、应变幅值、加载速率和环境温度对其力学性能（相变应力、每循环耗散能量、割线刚度、等效阻尼比和残余应变等）的影响,揭示了加卸载过程中因潜热引起的SMA丝温度的变化规律。研究表明：随着循环加载次数的增加,三种材料的马氏体相变开始应力降低、每循环耗散能量和割线刚度逐渐减小,而残余应变累计增大,但约20圈后趋于稳定。而在同等条件下,三种材料相比,直径0.5mm SMA丝阻尼耗能特性和自复位特性优于另两种材料,而直径1.2mm和2.0mm SMA丝的力学性能基本接近。试验结果为SMA阻尼器的设计提供了依据。     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性及破坏模式试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行不同围压与不同应变率下三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT - 150C试验机也进行了部分准静态下三轴压缩实验.根据实验结果,分析围压对砂岩动态冲击性能的影响,并讨论冲击过程中岩石的破坏模式.研究结果表明,在围压一定情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同情况下,岩石的动态压缩强度与弹性模量会随着围压的增大而增大.岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大.岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,且递增的程度随围压的增加而增加.三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式.