Al-Mg-Si合金热压缩变形的流变应力方程

为了给制定和优化热加工工艺参数提供理论依据,采用Gleeble-1500热模拟机研究了含锆Al-Mg-Si合金在变形温度为653~803 K、变形速率为0.01~10s^-1条件下的热压缩变形的流变应力行为,并通过回归法建立材料变形的流变应力数学模型.结果表明：该合金为正应变速率敏感材料,真应力-真应变曲线存在明显的稳态流变特征;流变应力随着变形速率的增加以及变形温度的降低而增加;在较低变形温度条件下,真应力〖CDF*3〗真应变曲线为动态回复曲线;在较高变形温度条件下真应力-真应变曲线为动态再结晶曲线.该合金流变应力σ可用包含Arrhenius项的Zener Hollomon参数的函数来描述,式中A、α和n的值分别为1.89×10¹⁰s^-1、0.024MPa^-1和7.46,热变形激活能Q为166.85kJ/mol.     

饱和软粘土的流变和循环流变试验研究

分别对上海淤泥质饱和软粘土进行了长期流变和循环流变试验,得出其在不同围压、不同偏压和不同动应力作用下的变形规律。结果显示,围压相同时,偏压比大,试样的流变变形大,而偏压比相同时,围压大,流变变形也大;循环流变试验总体规律和流变试验相同,但经过一个循环加载阶段之后,随后的流变变形则很小。这些结论对今后软土地区高速公路、铁路和地铁建设提供一些帮助。     

7055铝合金高温压缩变形的流变应力

在Gleeble 1500热模拟试验机上,采用高温等温压缩试验,研究了7055铝合金在250～450℃温度范围内压缩变形的流变应力变化规律.结果表明,应变速率和变形温度的变化强烈影响合金的流变应力,流变应力随变形速率的提高而增大;随变形温度的提高而降低.7055铝合金高温变形时的流变应力可用Zener Hollomon参数来描述.     

软土流变特性试验研究

根据室内三轴流变试验的结果,研究了北京地区粉质粘土的流变特性。结果表明,该类软土具有较明显的变形时效性及其在不同应力水平下的蠕变特性。通过分析蠕变曲线的规律,选择了广义开尔文五单元理论模型和时间硬化经验蠕变公式来描述软土的流变特性,并达到了良好的精度,建立了适合北京地区典型软土的流变理论模型和经验模型。     

岩石流变的一种非线性黏弹塑性流变模型研究

将黏滞系数视为非定常量,建立黏滞系数的非线性函数关系,提出一种能描述岩石蠕变全过程的非线性流变力学模型,且在一定条件下模型可蜕变为Burgers模型或西原正夫模型。推导了岩石在常应力和常应变条件下的流变方程;研究了岩石的非线性蠕变特性和松弛特性。对不同应力条件下的岩石蠕变试验结果进行拟合,并将本文的非线性岩石流变力学模型与试验结果进行比较。结果表明,试验曲线与理论曲线较吻合,从而证明了本模型的正确性与合理性。     

降雨入渗对浅埋黄土隧道稳定性的影响

为了研究降雨入渗作用下黄土力学性质劣化对浅埋黄土隧道稳定性的影响,对隧道围岩中的黄土进行了不同含水率和不同围压的剪切、等压三轴试验,结果表明,含水率对黄土力学性质和破坏形态有较大影响。根据试验结果建立了黄土不同含水率的塑性本构关系,对比了计算结果和试验结果,证明了该本构关系能较好地描述黄土的应力-应变规律。对不同降雨强度、不同深度的黄土在雨水入渗影响下的含水率分布规律进行分析,并在数值模拟软件中调用建立的不同含水率的黄土塑性本构关系,计算不同降雨强度下隧道结构的受力和变形,结果表明：考虑降雨入渗后隧道结构变形和受力增加明显,其中,拱顶沉降增幅达到46%,隧道初期支护应力增加20%~27%。将浅埋黄土隧道结构变形监测数据与数值模拟结果对比,验证了黄土本构关系的正确性,所模拟的降雨入渗对隧道结构稳定性的影响符合实际工程。     

基于应变强化效应的管道流变应力分析

为了得到管道流变应力的计算方法和不同流变应力表达式的适用范围,本文基于变形失稳理论和有限应变理论,在考虑应变强化效应的基础上,得到管道内压作用下流变应力的解析解,并结合试验数据验证了解析解的适用性。通过解析解与常规流变应力进行对比,对不同流变应力表达式的适用性进行分析。研究结果表明:钢材屈服准则和强化指数是影响流变应力计算模型的重要因素。当钢材等级小于等于X70时,流变应力取值为0.9σ_u较为准确;当钢材等级大于等于X80时,流变应力取值为1.1σ_u较为准确。     

河道淤泥气泡混合轻质土剪切流变特性及模型

利用剪切流变试验对以水泥为固化剂的河道淤泥气泡混合轻质土的流变特性进行了试验研究。试验结果表明,经固化处理的河道淤泥气泡混合轻质土在荷载作用下具有类似于硬粘性土的流变特征。剪切流变可以分为3个阶段：在剪应力水平较低时,剪切流变曲线呈衰减稳定型;随着剪应力水平的提高,剪切流变曲线呈非稳定的等速型;当剪应力水平增大到一定程度时,剪切流变曲线呈加速型。河道淤泥气泡混合轻质土的流变性随着混合轻质土强度的提高而降低。根据试验所呈现的剪切流变规律,可以发现河道淤泥气泡混合轻质土的剪切流变符合七元件黏弹塑性剪切流变模型,模型能够比较好地描述河道淤泥混合轻质土在各种剪应力水平下的衰减、等速以及加速流变过程。     

铝合金7050高温流变应力特征及本构方程

在高温分离式Hopkinson压杆装置进行高温冲击压缩试验，研究航空铝合金7050—77451在温度范围200—550℃及应变率范围1400—2800s’内压缩变形时的流变应力变化和特征。结果表明，流变应力随着温度的升高而降低，随应变率的升高而增大。温度对流动应力的影响较应变率对流动应力的影响更为显著。用修正的Johnson—Cook模型建立7050-T7451铝合金的本构方程，描述了该合金材料高温下流变应力、应变与应变率之间的关系。     

岩石广义流变柔量、模量时间依存性

地下工程中,岩体有蠕变特性和应力松弛特性,但在很多的工程实践中,岩体变形既不是纯蠕变,也不是纯应力松弛,而是随着时间的增加,应力和应变同时发生变化,表现出时间依存性变形,导致岩体最终破坏,这种现象用一般的蠕变和应力松弛很难解释清楚,它是岩石力学研究工作者所面临的一个挑战性难题。蠕变柔量由蠕变试验获得,松弛模量由应力松弛试验获得,在线性粘弹性理论中,蠕变柔量和松弛模量呈线性流变特征,两者互为倒数关系,且可相互转化,没有本质区别。但在非线性粘弹性理论中,两者关系还不明确,由应力归还控制的试验方法为研究两者关系提供了可能。利用应力归还控制的试验方法执行I类岩石和II类岩石的广义流变试验,得到不同应力水平和不同方向系数下岩石广义流变演化规律。在线弹性蠕变柔量和松弛模量定义的基础上,运用广义流变理论,探寻了广义关联应变和关联应力,并提出了广义流变柔量和模量的计算方法。对试验结果进行计算可以看出,提出的计算方法具有广义性,计算结果发现两类岩石广义流变柔量、模量与粘弹性变形相关,具有明显的时间依存性和非线性流变特征,且两类岩石广义流变柔量和模量的比值随着时间的增加逐渐减小,表明破坏前岩石刚性逐渐降低。因此,本文构建的计算方法可进一步分析岩石破坏前和破坏后刚度和塑性变形的定量关系,为研究岩石的时间效应奠定了基础,对评估地下工程的长期稳定性具有重要的意义。     

延安新区压实Q_2黄土增湿变形特性研究

以延安新区黄土高填方工程建设为依托,开展了16组不同初始压实度和初始含水率条件下的压实Q_2黄土高压力下的增湿变形试验,分析不同压实度和含水率条件下增湿变形系数随压力增大的变化规律及影响增湿变形特性的主要因素。结果表明,不同初始压实度和初始含水率条件下的曲线形态差异较大;压实Q_2黄土的增湿变形特性受压实度和含水率影响很大,提高压实度和含水率可以显著减小其遇水饱和后的增湿变形量,将压实度提高至90%或将含水率增大至16.8%时,压实Q_2黄土不再发生湿陷变形。     

含水炭质板岩非线性蠕变损伤模型及应用

对深埋隧道炭质板岩进行高围压不同含水状态三轴蠕变试验.蠕变过程中,随着加载应力水平提高及含水量的增加,炭质板岩产生衰减、稳态及加速蠕变3阶段.将Burgers模型串联一个由非线性黏壶η(n,t)与塑性体并联而成的非线性粘塑性元件,改进后的模型可描述加速蠕变曲线.由该模型建立本构方程,拟合分析不同含水状态炭质板岩的蠕变参数,结果显示粘滞系数ηM、瞬时变形模量EM、粘弹性变形模量EK、粘弹性粘滞系数ηK随含水率增加呈指数形式递减,但递减规律并不相同.引入含水损伤变量D(w),计算得到各蠕变参数指数型含水损伤演化方程,进而建立了考虑含水损伤的非线性蠕变模型,可充分反映不同含水状态对炭质板岩的蠕变损伤特性.建立数值模型,计算不同含水状态隧道围岩时效变形规律,结果显示初期支护体系于168 h左右闭合能有效限制围岩蠕变变形发展,二衬宜于初期支护闭合后360 h左右施作.     

黄土地基水分入渗分析及增湿变形计算

黄土地基因渗漏水导致局部地基增湿从而引起的工程事故时有发生，但目前对渗水增湿过程及增湿变形尚难预测．首先对渗水量已知情况下的黄土地基渗水增湿过程进行理论分析，建立了二维湿陷性黄土地基线源入渗增湿计算模型，该模型揭示出黄土地基非饱和增湿过程，这与实际是相符的．入渗增湿计算得到黄土地基含水量变化后，进一步根据含水量确定模量，采用分层总和法计算黄土地基增湿前后的沉降量，前后的沉降量之差即为增湿变形，并经实例计算验证了该入渗增湿计算模型及增湿变形计算方法的合理性．     

模拟堆载作用的黄土边坡土体变形机理试验

通过固结不排水剪试验,研究了堆载作用下不同深度、含水量和围压的原状黄土的变形和破坏特征,并从 黄土的微观结构角度分析了产生这一现象的原因,结合黄土边坡特殊的工程地质条件,分析了堆载作用下黄土 边坡土体的变形破坏过程。试验结果表明,不同深度、含水量和围压的原状黄土的应力应变曲线和抗剪强度具 有不同的特征;特殊的工程地质条件,使黄土坡体的某些部位形成了堆载作用下不利于黄土材料强度保持的含 水量和围压的组合,导致了这些部位黄土的变形破坏,进而诱发坡体的变形破坏。     

北山花岗岩短长期常规三轴力学特性试验研究

为研究北山花岗岩的物理力学特性，开展了常规三轴、蠕变和松弛试验，研究过程与结论如下：（1）开展北山花岗岩在不同围压条件下的常规三轴压缩试验，对比分析试样的变形和破坏形式等力学特征，得出北山花岗岩岩石破坏时的不可恢复变形较小，且随着围压增大未出现脆-延性转变现象的结论；（2）开展北山花岗岩单级蠕变试验及不同围压条件下的多级蠕变试验，分析不同偏应力的形变和单级蠕变的蠕变速率，得出北山花岗岩的蠕变形式为非稳定蠕变，其应变曲线出现了典型的蠕变三阶段特征的结论；（3）开展北山花岗岩单级应力松弛试验及循环松弛试验，分析偏应力的变化规律，得出北山花岗岩在应力松弛过程的初始松弛阶段，其偏应力下降速率很快，在较短时间内即能够达到稳定状态的结论。     

超静孔隙水压下软土卸荷蠕变特性试验研究

考虑超静孔隙水压作用的软土卸荷力学特性对富水软土地区地下空间开挖变形和稳定性分析具有重要作用。以深圳地区淤泥质软土为研究对象,开展不同初始超静孔隙水压作用下的K₀固结不排水三轴卸荷强度试验和卸荷蠕变试验。试验结果表明：初始超静孔隙水压越大,固结围压越小,软土卸荷破坏越具有突然性;软土卸荷强度应力-应变曲线大致呈双曲线型,其双曲线函数拟合结果表明,卸荷强度随着初始超静孔隙水压的增大而大致线性减小。卸荷蠕变对初始超静孔隙水压敏感性很大,卸荷蠕变破坏时的偏应力约为卸荷强度试验中偏应力的90%。UU0.5应力路径相对于UU0.0应力路径更容易发生卸荷强度破坏和卸荷蠕变破坏,在实际工程中,应尽可能控制软土侧向卸荷比和超静孔隙水压的大小。     

茅口灰岩单轴压缩条件下的流变特性试验研究

取重庆北碚车站隧道茅口灰岩,根据现场岩层覆盖厚度及其茅口灰岩容重,取单轴压缩应力为6 MPa,采用MTS815多功能岩石试验机对岩样进行24 h单轴压缩蠕变试验,得到岩石轴向应变-时间曲线。分析岩石应变-时间曲线,发现茅口灰岩具有弹性-弹粘性之流变特性,与Poyting-Thomson model相似。用Origin软件对流变试验数据用Poyting-Thomson model方程进行拟合,得到低应力下流变拟合曲线,该拟合曲线能较好反应试验数据。因此,Poyting-Thomson model能较好反应茅口灰岩流变特性。最后求出了茅口灰岩低应力作用下流变模型各项参数。     

合肥非饱和膨胀土单轴压缩蠕变试验研究

针对合肥地区非饱和膨胀土进行单轴压缩蠕变试验,根据应变-时间关系曲线,探讨该区非饱和膨胀土的蠕变特性。试验结果显示：非饱和膨胀土蠕变经历两个阶段,即瞬时弹性蠕变阶段和稳定蠕变阶段。瞬时弹性阶段时间比较短,蠕变快,很快进入蠕变稳定阶段,蠕变稳定阶段持续时间很长。在相同含水率情况下,应力作用值越大,瞬时弹性蠕变量越大,稳定蠕变阶段时间越久;在相同应力作用下,含水率越大,瞬时弹性蠕变量越大。在40 kPa的小应力作用下,应变-时间呈线性关系;在100 kPa、200 kPa的较大应力作用下,应变-时间呈非线性关系,拟合函数为对数函数。     

Influence of moisture content on shearing strength of unsaturated undisturbed quaternary system middle pleistocene

The unsaturated undisturbed quaternary system middle pleistocene loess,a typical unsaturated soil,often occurs in the implementation of western development strategy.To obtain the shearing strength characteristics of this unsaturated undisturbed loess,based on the analysis of mineral composition,the triaxial shear test of undisturbed quaternary system middle pleistocene loess under different moisture contents is conducted with the specialized triaxial instrument for unsaturated soil.The test results show that the mainly mineral composition of undisturbed quaternary system middle pleistocene loess is quartz and albite.Under the same confining pressure,the matric suction increases with the decrease of moisture content.The smaller the moisture content,the larger the matric suction;the higher the moisture content,the lower the matric suction.Under the same moisture content,the matric suction increases with the confining pressure and reaches a maximum when the confining pressure is 100 kPa,and then decreases with the increase of confining pressure.This phenomenon is closely related to the grain contact tightness of soil mass under high confining pressure.According to the triaxial test of loess,the sample of loess experiences 4 stages from loading to failure:1) compaction stage;2) compression stage;3) microcrack developing stage;4) shear failure stage.The test sample is of brittle failure(weak softening)under low moisture content and confining pressure.With the decrease of matric suction and the increase of consolidated confining pressure,the stress-strain curve changes from softening type to ideal plastic type.In the shearing strength parameters of unsaturated undisturbed loess,the influence of moisture content on internal friction angle is small,but that on cohesive force is obvious.Therefore,the shearing strength of unsaturated undisturbed loess is higher than that of saturated undisturbed loess and varies with the moisture content.