高温作用后混凝土力学性能试验研究

混凝土试样经历200～1 000℃高温作用后,用洒水冷却或自然冷却,利用RMT-150B岩石力学试验系统对其进行巴西劈裂和单轴压缩试验.研究其纵波波速、抗压强度、抗拉强度、平均模量以及极限应变等与经历高温之间的关系.试验结果表明,试样抗压强度、抗拉强度、平均模量、纵波波速随温度的升高而降低,峰值应变则随温度的升高而增大;抗拉强度、抗压强度与温度的关系用指数函数表征,平均模量与高温的关系用乘幂函数表征;纵波速度与强度、平均模量成正相关,具有一定的统计关系.冷却方式对抗压强度、抗拉强度、平均模量、峰值应变以及破坏特征影响不明显.试验结果为预测和评估混凝土火灾后的稳定性和安全性以及修复加固设计提供参考依据.     

饱水对岩溶灰岩力学性质与纵波波速的影响

为研究饱水对岩溶灰岩力学性质和纵波波速的影响,进行自然和饱水状态下岩样的力学性能和弹性波测试。试验结果表明:饱水对岩溶灰岩的单轴抗拉强度、抗拉强度和弹性模量有明显的软化作用,饱水状态试样的峰值应变和泊松比整体上大于自然状态的对应值;岩溶灰岩试样在饱水条件下的纵波波速均明显高于自然状态下的纵波波速,试样的单轴抗压强度和抗拉强度与纵波波速具有较高的线性相关性。基于目前的研究现状,阐述了研究成果在隧道与周边高压充填隐伏溶腔间防突岩层稳定性评价及最小防突厚度确定中的应用。     

模拟月壤的抗剪强度特性研究

着落器月面软着陆时,着陆地月面岩土体特性和初始着陆速度是影响着陆成败的关键。模拟月壤是登月工程模型试验的重要材料,其性质直接影响着落器着落反应。为更好地实现安全着落,文章对着陆试验所用模拟月壤进行了系统的力学特性测试,由于月面不存在液态水、月面土层密度随深度变化很大,采用干燥试样进行了系列三轴试验,研究了不同相对密度、不同剪切速率条件下模拟月壤的抗剪强度,得到了不同密实程度的模拟月壤的应力应变关系曲线、弹性模量、峰值和残余段的粘聚力和摩擦角,通过不同应变速率的剪切速率测试,得到了模拟月壤的剪切速率与各力学强度参数的关系。结果表明:模拟月壤具有应变软化特性,剪切速率越大模拟月壤的弹性模量越小;峰值段摩擦角42.8~59°、残余段摩擦角16.8~22.4°,剪切速率越大模拟月壤的摩擦角越小。     

不同围压下灰岩力学特性及破坏力学模型研究

为了研究围压对灰岩力学特性及破坏力学模型的影响,采用MTS815对完整灰岩岩样进行三轴压缩试验。基于岩样宏观破坏形式,建立张拉剪切破坏模型,构建峰值强度与围压关系表达式;讨论张拉剪切模型与纯剪切模型对岩石剪切强度参数值（粘聚力与内摩擦角）的影响。研究结果表明：岩样弹性模量、抗压强度及残余强度均随围压升高而增大,且残余强度与围压呈非线性相关;当岩样最终破坏时,环向应变与轴向应变比值随围压升高呈负指数降低;一定围压范围内,岩石抗压强度受剪切强度参数和抗拉强度影响;张拉剪切模型确定岩石剪切强度参数值随破裂角增大而增大,与纯剪切模型相比,数值均较小。因此,低围压时,考虑岩石破坏模型具有一定的实际意义。     

高温状态砂岩遇水冷却后力学行为研究

为研究遇水冷却温度对高温状态砂岩力学行为的影响,对处于自然状态和遇水冷却后的砂岩进行波速测试、单轴压缩试验以及试验全过程声发射信号监测.结果表明:试样密度衰减率K_ρ和波速衰减率K_v随着峰后遇水冷却温度的降低表现为先小幅度波动再逐渐减小的趋势;随着峰后遇水冷却温度的降低,试样在应力-应变曲线中表现出压密段变短,峰值应变减小的趋势;试样单轴抗压强度和弹性模量均随着峰后遇水冷却温度的降低而增大.最后,基于试样在高温炉内自然冷却所用时间的统计数据,拟合了试样在高温炉内自然冷却情况下实时温度与时间的关系式.     

高地应力下砂岩力学参数和波速变化规律试验研究

基于波动方程,提出一种砂岩的纵波波速与静水围压关系的数学模型。在岩石常规三轴试验的基础上得到不同静水围压下砂岩的静弹性模量、静泊松比和纵波波速,并分别拟合得到静弹性模量-静水围压和静泊松比-静水围压关系的拟合曲线和拟合公式。试验结果表明,砂岩的静弹性模量和静泊松比随静水围压的增大而增加,且静弹性模量增加速率缓慢减少。基于波动方程求解得到纵波波速-静水围压关系的数学模型,利用数学模型计算得到的纵波波速可知,砂岩的纵波波速随静水围压的增大而增大,且增加速率逐渐变缓。计算得到的纵波波速与试验测得的纵波波速进行对比验证,误差范围为7.0%~8.3%,故基于波动方程求解的砂岩纵波波速-静水围压关系的数学模型可靠性和准确性较高,对高地应力下岩石的物理力学参数和波速变化规律的分析判定具有指导意义。     

含预制椭圆形孔洞砂岩强度及破坏特征试验研究

通过对含预制椭圆形孔洞板状砂岩试样进行单轴压缩试验,研究了椭圆长轴与短轴之比k及石膏充填作用对岩样强度和破坏特征的影响规律.研究表明,含孔洞岩样的强度和变形参数相对于完整试样均有不同程度的降低,而石膏充填后试样的峰值强度和弹性模量均有所提高,但峰值应变无明显变化规律;无论充填与否,试样峰值强度均随着k值的增加均呈指数形式降低;充填作用对岩样宏观破坏模式无明显影响,岩样最终均以剪切破坏为主,主破裂面沿对角线分布;相对于无充填的岩样,石膏充填后的岩样破坏时宏观裂隙数目增多,破坏程度加剧.     

液限对南阳原状膨胀土抗剪强度影响的研究

为探讨膨胀土液限与黏粒含量的关系,以及液限对膨胀土峰值强度摩擦角和残余强度摩擦角的影响,利用电动应变控制式剪切仪和ShearTracⅡ反复直剪仪对26种原状膨胀土进行快剪试验(快剪、饱和快剪、饱和固结快剪)和反复剪试验。结果表明:膨胀土液限与黏粒含量呈良好的线性正相关关系;不同状态下试样的峰值强度大小顺序为饱和固结快剪强度快剪强度饱和快剪强度;随着液限增加,峰值强度的摩擦角逐渐减小,且液限对饱和快剪摩擦角的削弱作用强于对其他两者的削弱作用,当液限超过57%后,饱和快剪摩擦角略微增大,但不明显,三者摩擦角大小排序与峰值强度排序相同;低法向应力下,饱和样残余强度应力位移曲线的应变软化特性相较天然样有所减弱,峰态也逐渐减弱或消失;随着液限增加,试样残余强度摩擦角呈多项式逐渐减小趋势。     

大掺量粉煤灰超高性能钢纤维混凝土的静动态力学行为

研究了4种不同钢纤维掺量(体积掺量分别为0%,1.0%,1.5%,2.0%)的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的单轴压缩强度、弹性模量、单轴抗拉强度、弯曲韧性、断裂韧性、断裂能等静态力学行为,以及高速冲击、压缩作用下的应力波传播规律、应力–应变曲线和破坏特征等动态力学行为.结果表明:掺加钢纤维的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的轴心抗压强度、弹性模量和抗拉强度略有增大,韧性指数、残余强度、断裂韧度和断裂能成倍提高;未能增加冲击、压缩作用下的应变率效应程度,但却增大动态应力–应变曲线下的面积,提高试件破坏的应变率阈值,使混凝土存在裂而不散的破坏现象.     

低温饱水粗粒砂岩强度特性和破坏模式研究

为了研究低温条件下饱水粗粒砂岩的力学特性,以内蒙古自治区鄂尔多斯某冻结副立井为工程背景,以-500～-700 m基岩段粗粒砂岩为研究对象,进行常温(20℃)和不同低温(-10,-15,-20,-30℃)条件下饱水粗粒砂岩的单轴压缩试验,分别探讨低温对饱水粗粒砂岩单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的影响以及低温饱水粗粒砂岩的破坏模式。结果表明:随着温度的不断降低,低温饱水粗粒砂岩的弹性模量和单轴抗压强度均不断增大,泊松比不断降低;低温饱水粗粒砂岩单轴压缩破坏形式主要有两种,即柱状劈裂破坏和单一斜截面剪切破坏附带劈裂裂隙。研究结果可为低温条件下岩石力学特性和煤矿冻结凿井施工设计提供参考依据。     

冻融环境下沙漠砂对混凝土轴心受压力学性能的影响

为研究沙漠砂对混凝土抗冻性能的影响,采用快速冻融方法,进行掺沙漠砂混凝土冻融后轴心抗压强度试验,得到不同冻融循环作用下掺沙漠砂混凝土破坏特征和应力-应变曲线,分析不同冻融循环下掺沙漠砂混凝土表面损伤特征、质量损失率、动弹性模量损失率和超声波波速损失率的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数增加,掺沙漠砂混凝土质量损失率变化较小,动弹性模量损失率、超声波波速损失率、相对峰值应变和极限应变均增大,相对峰值应力和横向变形系数均减小,弹性模量先增大后减小;在相同冻融循环次数下,掺沙漠砂混凝土弹性模量损失率、超声波波速损失率和相对峰值应变均小于普通混凝土,相对峰值应力、横向变形系数和弹性模量比普通混凝土高.采用过镇海提出的单轴受压本构模型拟合得到应力-应变全曲线方程,分析冻融循环对应力-应变曲线控制参数的影响,可对沙漠砂混凝土结构的抗冻性能进行分析.     

黄土大剪切位移下的强度特性研究

本文采用ZJ型4联应变控制直剪仪,对延安典型黄土滑坡带的土样进行不同压力下反复剪切试验,分析了天然和饱和状态下的黄土在不同压力下的剪切位移和强度特性,以确定其峰值和残余强度。试验结果表明:天然含水量条件下,峰值和残余值强度均较高,随着含水量的增加,土体的粘聚力显著减小,内摩擦角基本上变化不大;对同一种土体来说,残余强度值明显小于峰值强度值;残余强度是一个稳定值,是土体本身的性质,与土体的受力历史无关。     

裂隙砂岩力学特性颗粒流数值模拟

为了研究裂隙砂岩力学特性,利用颗粒流(PFC)软件构建含不同几何状态的裂隙试样模型,分析裂隙几何状态对裂隙试样力学特性和变形特性的影响。结果表明:相比于完整试样,裂隙试样的峰值强度、弹性模量、峰值轴向应变均有所降低,泊松比明显提高;裂隙试样峰值强度、弹性模量随着岩桥宽度的增加逐渐增加,随着岩桥倾角增加,裂隙试样弹性模量呈现先减小后增大的变化规律,当岩桥倾角与裂隙倾角相同时,裂隙试样的弹性模量、峰值强度最小;裂隙试样泊松比随着岩桥宽度、围压的增加逐渐降低,随着围压增加,裂隙试样峰值强度、峰值轴向应变逐渐增加;裂隙的存在弱化了试样的力学特性,改变了试样的变形特性,岩桥宽度越小,弱化能力越强,相比于岩桥宽度对裂隙试样的影响程度,岩桥倾角对试样的影响程度较小。     

温度对深部岩石力学性质的影响

处于地温环境中的深部岩石,其力学特性与地表岩石有极大差异.温度对岩石力学性质的影响机理包括:矿物颗粒热膨胀;含水性及比例;岩石孔 隙结构;矿物结构及成分.随温度增加,岩石变形特征从脆性向塑性变化,峰值强度降低,弹性模量降低,压密阶段应变变长,线弹性阶段的应变降低,峰后阶段的应变增加,抗压强度降低,弹性模量降低.     

早龄期混凝土力学性能试验及其单轴本构模型

为了研究早龄期混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、静力受压弹性模量以及单轴受压应力应变曲线的规律,进行了系统的加载试验和试验数据分析.总结了早龄期阶段力学指标随龄期的变化规律以及与立方体抗压强度之间的换算关系,通过拟合相关参数,提出了分段式的受压应力应变全曲线拟合公式,拟合结果与试验数据吻合较好.试验结果表明,早龄期C40混凝土的强度和弹性模量随着龄期非线性增长,7 d是增长变化的分界时点;随着龄期的增长,峰值应变减少,脆性变大;早龄期C40混凝土的单轴受压应力应变曲线与充分养护龄期混凝土形状相似.     

砂-结构接触面直接剪切的物理试验与数值模拟

利用DRS-1型超高压直残剪试验系统以及颗粒流软件PFC2D,对砂与地下结构的接触面分别进行了直接剪切物理试验与数值模拟,获得了砂与地下结构接触面力学特性的宏观表象及内在机理.结果表明:砂与地下结构接触面的剪切应力-剪切位移曲线随法向应力的增加,其应变软化特性逐渐减弱而硬化特性逐渐增强.在一定法向应力条件下,随着结构面粗糙程度的增加,应变软化特性增强,且达到峰值剪应力所需要的剪切位移逐渐减小;随着法向应力的增加,结构面粗糙度对接触面力学特性的影响程度降低.在一定的法向应力条件下,对同一结构面,接触面的剪切强度符合摩尔-库伦强度准则;不考虑颗粒破碎时,颗粒的"剪胀"是引起砂-结构接触面剪切强度变化的主要原因之一;当相对粗糙度R较小时,结构面的存在所引起的剪胀量较小,接触面的峰值剪应力较小;随着R增大,颗粒受结构面的约束,引起的剪胀量变大,峰值剪应力增加;当R增大到一定程度时,结构面对颗粒运动的约束作用所引起的试样剪胀量变小,峰值剪应力亦随之降低.     

黄土-三趾马红土滑坡滑带土剪切力学特性影响因素

中国西北地区黄土广泛沉积于三趾马红土之上形成“双层异质”接触层面,控制和影响黄土滑坡的形成。为研究黄土-三趾马红土界面剪切力学特性,研制可视化界面直剪仪,开展界面试样剪切试验,探讨齿面角度、含水率、干密度对其剪切破坏模式、强度与变形特性影响规律。结果表明:试样均沿界面产生剪切破坏,试样剪切破坏模式可分为齿间滑动、齿间滑动-齿面剪断、齿面剪断3种; 界面试样剪切应力-位移曲线呈应变软化型,峰值强度后应变“跳跃”及“塑态”特征反映出界面的脆性与塑性剪断破坏特征,剪切刚度、剪切破坏位移演化规律均受界面接触条件影响; 界面剪切过程存在明显剪胀效应,剪胀位移演化规律反映了剪切过程的齿面挤密、齿间滑动、齿面剪断与界面摩擦阶段; 界面试样强度随界面接触条件均呈非线性变化,齿面角度越大,峰值强度与残余强度越高,试样剪切破坏模式越趋于脆性齿面剪断; 含水率越高,界面峰值强度越低,试样剪切破坏模式越趋于塑性齿面剪断; 界面试样干密度越大,峰值强度越大,残余强度越低,试样剪切破坏模式越趋于脆性的齿间滑动-齿面剪断。研究成果可为进一步研究黄土-三趾马红土界面强度准则,揭示黄土-三趾马红土复合型滑坡启动机制提供参考。     

不同配比大尺度相似模拟试件单轴压缩实验研究

依据相似模拟理论及试件单轴抗压强度不同,分别采用河沙-石膏-大白粉及河沙-石蜡两种相似模拟材料不同配比制作了3组共6块150 mm×150 mm×150 mm大尺度试件,在室内RMT-150B岩石力学实验系统上对其进行了单轴压缩实验。结果表明:低强度河沙-石膏-大白粉试件压密、弹性、屈服阶段轴向应变较小,峰值强度范围变化大,岩体破坏后残余强度缓慢减小,且轴向应变较大,试件沿轴向呈反拱及层状破坏;河沙-石蜡试件压密、弹性、屈服及破坏阶段明显,峰值及残余强度较为稳定;随着河沙-石蜡试件胶结程度的提高,峰值及残余强度增大,软化程度变小,试件沿轴向呈对角线剪节破坏,岩体破坏后残余强度减小较快,试件强度指标趋于稳定,试件均质性好。     

铁晶砂胶结类岩石材料的参数敏感性分析

为了得到高重度、低强度、低模量的岩石相似材料模型,采用正交试验设计的方法对铁晶砂胶结类岩石试样材料参数进行敏感性分析。以骨料含量,铁粉:重晶石粉,(铁粉+重晶石粉):粗石英:细石英以及水泥:石膏为4因素3水平,相应设计了9组不同材料的配比方案对胶结试样进行研究。通过单轴压缩试验得到不同配合比材料岩样的单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变等力学参数。利用极差分析,得到以下结果:(铁粉+重晶石粉):粗石英:细石英对人工制备岩样的密度和弹性模量有较显著影响;骨料含量对岩样的单轴抗压强度有较显著影响;铁粉:重晶石粉对岩样的峰值应变有较显著影响;其他因素的影响不是很明显。     

侧限压缩条件下充填体与岩柱相互作用机理

利用伺服实验机对不同配比充填体-岩柱进行侧限压缩实验,研究不同工况下岩柱的峰值强度、残余强度、峰值应变、破坏形式,以及充填体-岩柱的受压特性.结果表明:充填体-岩柱的承压过程主要分为岩柱试件承载阶段、岩柱试件的破坏阶段、充填体和岩柱共同承载直到破坏阶段、充填体和岩柱散体承压阶段.随着充填体强度的增大,岩柱的峰值强度、残余强度以及破坏时的轴向应变逐渐增大,同时岩柱的破坏形式逐渐由单轴压缩时的拉伸破坏向剪切破坏转化,而无充填体包裹的岩柱则主要发生单斜面剪切破坏.相比充填体-岩柱应力-应变曲线峰后的下降斜率,单岩柱破坏时表现出了更强的突变性.