玄武岩纤维混凝土冲击劈拉特性研究

利用直径100 mm的SHPB试验系统,对不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土进行平台巴西圆盘试验,研究其在冲击荷载作用下的劈裂拉伸特性。试验结果表明:BFRC的静态劈拉强度和静态抗压强度随纤维体积掺量的增大呈先增大、后减小的变化趋势;随着冲击弹速的提高,BFRC的冲击劈拉强度及冲击劈拉韧度不断增大,表现出明显的冲击强化效应;掺入玄武岩纤维可以有效提高BFRC的冲击劈拉性能,使得同一弹速下BFRC的冲击劈拉强度和冲击劈拉韧度较素混凝土普遍增大;基于本文的试验条件及配合比,玄武岩纤维的相对最优体积掺量为0.2%。     

冻结黏土动态力学特性的SHPB试验研究

通过使用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB）动力学试验,系统研究了不同应变率、不同温度和不同含水率条件下冻结黏土的动态力学特性,获得了冻结黏土的动态应力-应变关系以及相关冻土动力学参数的变化规律。试验结果表明：冻土具有明显温度效应和应变率效应,随着应变率的增加和温度的降低,冻土破坏过程从塑性破坏逐渐转变为脆性破坏。在冲击荷载作用下,冻土的动态应力-应变关系曲线随加载应变率的不同呈现3种典型曲线,冻土的最大应变与且仅与应变率呈线性递增规律;单一因素影响下,冻土的动强度、动弹性模量均随应变率的增大、温度的降低和未超过饱和状态的含水率的增大而增加。     

冲击载荷瞬时扰动原煤试样破裂演化及瓦斯放散特征研究

为了揭示冲击扰动煤体瞬时破坏及瓦斯异常涌出机制，采用含瓦斯煤霍普金森压杆试验系统，开展冲击载荷下三维含瓦斯煤冲击破坏及瓦斯放散测试，研究冲击载荷瞬时扰动下原煤试样破裂演化特征及瓦斯放散规律，分析轴向静载、围压、瓦斯压力和冲击载荷速度4个受载因子对初始最大瓦斯放散速度的影响。结果表明：在低围压或高冲击载荷条件下，三维含瓦斯煤呈现粉碎式破坏，其他试验条件下煤样呈现轴向拉伸破坏模式，裂纹尺度和数量随着轴向静载、围压、瓦斯压力和冲击载荷数值大小而有所不同；冲击载荷作用瞬间，原煤试样瓦斯放散速度瞬时达到最大，随后呈幂指数形式衰减；瓦斯放散持续时长基本在2.00 s之内，随受载因子变化而略有不同；冲击瞬间最大瓦斯放散速度随轴向静载呈指数函数增加，随围压呈线性降低，随瓦斯压力和冲击载荷速度呈线性增加趋势。通过单位尺度受载因子变化对原煤试样最大瓦斯放散速度的贡献度，确定影响煤体瓦斯放散的受载条件重要度为r(冲击载荷)>r(围压)>r(轴向静载)>r(瓦斯压力)。基于乌斯基诺夫式煤粒瓦斯放散模型，建立冲击扰动原煤瓦斯放散模型，对比不同冲击载荷速度下放散模型计算的放散速度理论值与实验值，...     

冲击荷载作用下岩石动力特性的试验研究

应用高压气枪冲击试验设备对大理岩样进行了不同固体冲击速度下的冲击试验,探讨岩石类材料在冲击荷载下作用下的破坏过程和动力特性。共对9组大理岩样进行了冲击试验,试验时固体冲击速度逐渐增加,速度范围是126.2～531.9m/s。得到的初步试验结果如下:当固体冲击速度较低时,岩样整体没有崩解破碎,局部发生破碎,且随着冲击速度的增大,产生的微裂纹会逐渐增多;当固体冲击速度较高时,岩样整体发生崩解破碎,且随着固体冲击速度的增大,破碎后的岩样中细颗粒的含量增大,即随着固体冲击能的增大,岩样的破碎程度逐渐增加。     

花岗岩高温高压条件下冲击旋转破碎规律研究

花岗岩在高温高压环境下会产生热破裂,强度减小,断裂韧度降低。研究不同温度条件下冲击回转凿岩规律具有重要意义,可以为设计地热开采的新型钻探方法提供理论依据。利用中国矿业大学的"20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机"、大尺寸(φ200 mm×400 mm)花岗岩试样研究了花岗岩在高温高压状态下的冲击旋转破岩规律。得出以下结论:①在高围压状态下,随着温度升高,花岗岩的强度逐渐降低,冲击旋转钻进速度随之逐渐增大;②在高围压状态,冲击旋转破岩的单位破岩能耗随着温度升高而降低,凿岩效率明显提高;③在高温高压环境下,在一定钻压和冲击功率范围内,凿岩速度随着钻压或冲击功率的增大而增大,单位破岩能耗基本随着钻压的增大而减小。     

中低速冲击载荷下巷道内裂纹的动态响应

 由于爆破开挖,巷道内常含有径向裂隙,并影响巷道的稳定性,为了详细地研究含径向裂纹巷道在冲击载荷作用下的动态断裂行为,采用砂岩材料制作巷道模型试样进行中低速冲击动态断裂试验,并采用AUTODYN有限差分软件进行数值模拟分析。分析巷道对称轴线上的径向裂纹在冲击荷载作用下的扩展特性及止裂现象,并采用试验–数值–解析法计算出裂纹的起裂韧度及扩展速度等参数。研究结果表明：(1) 巷道围岩在静力载荷作用和动力载荷作用下的破坏行为有较大差异,动力载荷下破坏仅是裂纹尖端处的起裂、扩展;而静力载荷下破坏除了发生在裂纹尖端处,也会在巷道拱肩、拱脚及两侧帮处发生破坏。(2) 巷道对称轴线上的裂纹在冲击载荷下的扩展路径大致沿着裂纹的原方向扩展,扩展路径中存在明显的止裂现象。(3) 采用试验–数值–解析法能够较好地计算出裂纹的起裂速度及扩展速度,进一步采用位移外推法能够求解出巷道内裂纹的动态应力强度因子时程曲线,利用测试的裂纹起裂时间确定起裂韧度。     

高温条件下炮孔围岩爆炸冲击损伤特性研究EI北大核心CSCD

高温条件下脆性岩石的冲击损伤总体上反映了其开裂特性,对干热岩能源具有实际工程意义。通过对不同温度下花岗岩的霍普金森压杆破坏过程的模拟,得到能反映温度作用效应的HJC本构模型参数,研究不同温度条件下的花岗岩炮孔围岩的爆炸冲击损伤和开裂特性。结果表明,在爆炸冲击荷载作用下,炮孔周围的粉碎区对温度变化不敏感,而爆炸裂隙区在100℃温度时较常温显著增大,100℃~500℃范围则变化不大;其次,在保持爆炸冲击荷载峰值1 500 MPa不变的条件下,爆炸荷载加载速率增大,对常温围岩裂隙区有显著影响,而对高温围岩影响不明显;当爆炸荷载冲量增大或作用时间延长时,裂隙区范围显著增加,100℃~500℃范围高温围岩增加幅度更大。因此,在干热岩开采井下致裂过程中,为减小孔壁粉碎区、增大裂隙区范围,建议采用低爆速炸药,以控制炮孔周围粉碎区的范围,同时需增加装药量以延长荷载作用时间,从而增大裂隙区范围,达到更好的致裂效果。高地温虽然会在一定程度上影响炸药的冲击性能,但更有利于爆炸冲击致裂。     

冲击载荷作用下含孔洞大理岩动态力学破坏特性试验研究

 利用一种大理岩试件加工制备含圆形和椭圆形孔洞的板状试样,试样尺寸为60 mm×60 mm×15 mm,使用75 mm杆径的分离式霍普金森压杆(SHPB)进行冲击压缩试验,通过超动态应变仪监测入射杆和透射杆的应变信号,利用高速摄像仪记录试样完整的裂纹萌生、扩展、贯通直至试样破坏的全过程,分析冲击载荷作用下预制孔洞试样的动态抗压强度、破坏模式和裂纹扩展特性。研究发现,孔洞大小、形状和空间位置对岩石的动态抗压强度都有一定影响,孔洞的存在降低了大理岩试样的动态抗压强度。在冲击载荷作用下,预制中心孔洞的大理岩试样在孔洞周边产生平行于轴向加载方向的初始拉伸裂纹和类X型初始剪切裂纹,在试件破坏中起主导作用。圆形孔洞试样中,随着孔径增大,剪切裂纹扩展速度随之增大,而拉伸裂纹扩展速度则减小;椭圆形孔洞的长短轴比、长轴与加载方向的夹角均是影响裂纹扩展速度和动态抗压强度的因素。在30～45 s－1的加载应变率范围内,大理岩孔洞试样的平均裂纹扩展速度为100～450 m/s。     

振动冲击锤的动力学特性研究

振动冲击锤沉桩,特别是对于坚硬的土层,其高效节能的优点十分明显.德国、法国、日本及俄罗斯等国均有振动冲击锤产品,而国内尚无生产厂家.探讨使振动冲击锤所兼备的振动与冲击两者动力学性能充分发挥的性质与条件,给出了产生振动冲击的充分必要条件、冲击作功有效性的相位差必要条件以及土层获取最大冲量对应最佳冲击点的条件,并阐述了动力学参数选取的原则,为研究开发振动冲击锤提供理论依据与方法.     

PTFE/Al复合材料的冲击反应阈值试验研究

通过16mm口径气枪发射PTFE/Al圆柱破片碰撞靶板的试验和冲击压缩的理论分析,研究了该材料在冲击条件下的反应阈值。实验中,通过4种试样长度、不同发射速度以及2024铝、45号钢和LDPE这3种靶板材料的组合,对比分析了碰撞应力和应变率对反应的影响,同时获得了PTFE/Al材料的冲击反应阈值。实验结果表明:碰撞应力和应变率均对PTFE/Al的冲击反应有影响,并且共同决定材料的反应情况;碰撞应力和应变率均高于临界值是PTFE/Al材料出现反应的必要条件。综合实验数据提出,PTFE/Al材料在本文所研究条件下反应的临界应力和应变率阈值分别为665 MPa和6 594s~(-1)。     

饱和冻结粉土在常应变率下的单轴抗压强度*

 在常应变率下对饱和冻结兰州粉土(黄土)进行了单轴抗压强度试验。通过对试验资料的分析，得出如下规律：(1) 抗压强度对温度十分敏感，它随着温度降低以幂函数的形式增加。(2) 在一定应变率范围内抗压强度对应变率变化反应也比较敏感，它以幂函数的形式随着应变率的增加而增加。(3) 在一定破坏时间范围内抗压强度随着破坏时间的增长同样以幂函数规律减小。(4) 在应变率及温度相同条件下，干容重大的粉土抗压强度高于干容重小的粉土抗压强度，二者的差异程度主要受应变率的影响。     

人工冻结竖井中冻土壁强度与变形分析*

 在K0排水固结后再冻结(K0DCF)过程下，通过冻结兰州砂土和冻结兰州黄土的卸载剪切试验发现，不同围压下两种土质的应力-应变曲线均类似于理想刚塑性应力-应变曲线，但是K0固结段却表现出明显的差异。他们的屈服强度随围压的增大而线性增大，且黄土的屈服强度明显大于砂土；破坏变形随围压的增大也线性增大。他们的屈服强度均随温度的降低而增加，但黄土的强度值明显大于砂土；对破坏变形则存在两种不同的关系，对砂土，随温度的降低破坏变形降低；对黄土，随温度的降低破坏变形逐渐增大。     

深基坑圆形冻土帷幕力学性能的模型试验研究

 利用自行设计加工的大型深基坑冻结模拟试验台，进行大直径圆形冻土帷幕受力与变形的物理模拟试验，获得深基坑开挖过程中圆形冻土帷幕水平位移随基坑开挖深度、开挖半径和冻土平均温度等影响因素的变化规律以及冻土帷幕暴露段水平变形规律。试验结果表明，冻土帷幕水平位移随基坑开挖深度和开挖半径的增大而增大，随冻土的平均温度降低而减小。随着开挖深度的增加，冻土帷幕暴露段的水平变形不断增大，且表现为“中间大、两头小”的变形特征；不同温度下冻土帷幕的弹性变形占总变形量的比值不同，由－4 ℃时的30%增加到－18 ℃时的90%。对几个影响因素进行综合分析可知，冻土帷幕水平变形的主要影响因素是基坑半径和开挖深度，而帷幕平均温度、厚度及施工段高的影响相对较小。     

菏泽矿区深部黏土层冻结土的力学性状试验研究

 对万福矿井400～700 m深度3个巨厚黏性土层取样进行冻土力学性状试验研究,获得如下结果：(1) 深部黏性土冻土的应力–应变曲线关系主要表现为应变硬化特点,达到峰值应力之前显现较大幅度的屈服形变;(2) 从－15 ℃,－20 ℃和－25 ℃三种对比温度的冻土力学性状看,温度对于冻土蠕变性的影响较对强度的影响更明显,－20 ℃是有效控制深部黏土冻结壁蠕变性的冻结状态界限值。经分析认为,深层黏土冻土力学性状及其与冻结温度的关系特点主要与层深部黏性土的含水性和结构性有关。试验土样处于半坚硬状态,所含水分以结合水为主。因结合水冻结温度要比重力水低得多,温度降低至－20 ℃以下,土中胶结冰含量会因结合水的冻结而明显增加,胶结冰和粒间摩擦力对于冻土强度的发挥程度趋于稳定,由此导致冻结土流变性的急速降低。     

冻结饱和标准砂压缩性试验研究

在寒区进行高速公路和高速铁路等对变形要求严格的工程时,必须考虑冻土的压缩性。以冻结饱和标准砂为研究对象,利用自主研发的冻土侧限压缩仪开展不同温度下的分级加载试验。试验采用-0.5,-1.0,-2.0,-3.0和-5.0℃五级温度,压力分为1,2,3,5和10 MPa五级。根据试验结果得到e–σ_z和e–lgσ_z曲线,求得压缩系数和压缩指数,比较分析室温下的融土试样与不同温度下冻土试样的压缩系数和压缩指数随温度的变化,得到从正温到负温完整温度序列的试验规律。根据前人的模量公式得出相关参数,从而建立公式中参数与温度之间的关系。试验表明:饱和冻结标准砂压缩曲线与常温土相似;在高温条件下冻土的压缩性比较可观;冻土的压缩性受温度的影响十分显著,即压缩系数随温度的升高而增大,呈现指数函数的形式;模量公式中的参数与温度之间可建立一定的定量关系。     

高强度结构钢材Q460-C低温冲击韧性试验研究

高强度钢材在建筑行业中逐渐被应用,而随着钢材强度的增大,其韧性性能会有一定程度的退化,特别是在低温环境中更加明显。因此,有必要研究高强度建筑钢材的冲击韧性。通过对14 mm厚的高强钢材Q460-C进行低温下的冲击韧性试验,并将其夏比冲击功值与60,90,120,150 mm厚Q345的AKV值进行比较分析。结果显示,Q460-C的冲击韧性随温度的降低而下降,在20～-20℃,14 mm厚Q460-C钢材的低温冲击功值依次低于同温度下的150,120,90,60 mm厚Q345的AKV值,在低于―20℃时,Q460钢材的强度对其低温脆性的影响没有Q345钢材的厚度对其低温脆性的影响明显。同时,还利用Boltzmann函数对试验结果进行拟合分析,得到Q460-C钢材的韧脆转变温度为-11.1℃;最后对不同温度点下的冲击试件断口进行扫描电镜分析,观察到-20℃下冲断的试件断口形貌有相当的脆性特征,基本已完成了从韧性向脆性断裂的转变。试验表明,Q460-C钢材的低温脆性特征明显,应引起足够重视。     

负温对土动剪切模量阻尼比的影响规律

 以我国引进的首台低温共振柱仪为依托,研究不同负温下冻结土的初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比非线性曲线的变化规律和模式。对低温共振柱仪试验技术进行研究,结果显示,采用常温试验方法进行低温共振柱试验,会导致结果离散过大,通过试验确定围压介质、冻结时间等试验条件和参数。同时,采用更符合客观实际的围压、固结和冻结方式,以粉土为样本,在室温和不同负温下进行对比试验。结果表明：负温对土的初始模量和剪切模量比影响显著,0 ℃～－4.0 ℃为敏感段,－4.0 ℃后为平稳段;敏感段内,随负温增加,初始剪切模量呈Boltzmann函数形式急速增加,参考剪应变则呈Boltzmann函数形式迅速下降,平稳段上,二者随负温增加分别平稳上升和下降;负温下阻尼比曲线在剪应变小于一定值时高于常温曲线,而在大于该应变时常温试验曲线则超过负温曲线;负温对最大阻尼比有较大影响,随负温增大,最大阻尼比呈指数形式降低。该试验采用专门的低温共振柱仪完成,围压、固结和冻结条件更接近客观实际,得到的负温对土动剪切模量阻尼比的影响模式更真实可靠,可为季冻土区抗震规范中设计谱修正以及季冻土区重大工程抗震设计中获得合理地震动输入提供依据。     

高温后超高韧性水泥基复合材料冲击破碎#br# 分形特征分析

采用了Ф80mm的分离式Hopkinson压杆对经历不同温度（常温、200℃、400℃、500℃、600℃、800℃）后的混杂纤维UHTCC材料进行了三组冲击气压下(0.35MPa、0.45MPa、0.55MPa)的动态压缩试验，收集冲击破碎后的试块进行分形特征分析。利用X-CT和SEM扫描电子显微镜对高温后试样的内部结构进行观测，从微观上解释了碎片分形特征随温度变化的原因。结果表明：UHTCC的分形维数随着冲击气压的增大而增大，耗能能力随着分形维数的增加呈指数式上升。与传统混凝土材料不同，UHTCC的分形维数随着温度的升高而降低，800℃时其分形维数接近于混凝土。UHTCC中PVA和钢纤维的协同阻裂作用改变了裂纹的发展路径，造成断裂面粗糙度增加，这可能是分形维数高于混凝土的原因；随着温度的增大，纤维桥联作用的弱化、温度裂纹的出现以及水化产物的分解导致材料断裂面粗糙度降低，分形维数逐渐接近于混凝土。     

地埋管换热器周围土壤冻结温度场的模拟研究

考虑了未冻水质量分数对冻结土壤传热特性的影响,采用控制容积法建立了地埋管换热器周围土壤冻结温度场的数学模型,分析了土壤冻结对土壤物性参数和土壤温度分布的影响,探讨了不同液态水质量分数下土壤冻结温度场的变化。随着土壤温度的降低,冻结土壤的单位体积定压热容减小,热导率增大。由于土壤冻结过程中释放出相变潜热,考虑冻结计算出的土壤温度比未考虑冻结的土壤温度高,土壤中液态水质量分数越大,土壤冻结时释放的潜热量越大,有利于土壤源热泵的运行。