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.     

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。     

高温石灰岩纵波波速的实验研究

通过对石灰岩试件常温至800℃高温过程中的物理特性及声学特性进行实验研究．结果表明,高温后由于水分的挥发、矿物水化物、有机物的分解石灰岩试件的质量逐渐减少．石灰岩试件尺寸的变化主要是物理变化以及部分化学变化引起的．随着温度升高,石灰岩试件的纵波波速逐渐减小,纵波波速的衰减在500℃以前较小,在500℃以后衰减增大．因为500℃以前石灰岩结构较密实,孔隙的直径、数量较少,对纵波的影响较小,纵波速度衰减也较小;500℃以后结构较疏松,孔隙数量增多、长度加大,纵波衰减也较大．500℃是石灰岩试件尺寸、质量、纵波衰减变化的一个分界点．     

岩石动静态参数间关系的研究

岩石由矿物颗粒组成,内部存在弱面、裂隙等结构,并非线弹性材料,动静态参数之间并没有确定的力学关系.含有大量裂隙的砂岩、煤等软弱岩石,动态模量大于平均模量;大理岩的动态模量大于变形模量,但与平均模量的关系较为复杂;火成岩及其变质岩,动态模量可以小于变形模量.动态泊松比对波速极端敏感,与静态参数没有明确的关系.现场取回岩块已经卸载、脱水,岩样加工也会对材料产生损伤,内部出现张开裂隙,超声波速度降低.如某大理岩矿岩墙端头所测纵波速度的平均值就大于室内岩样纵波速度的最大值,因而以岩体与岩样纵波速度的比值评价岩体完整性将偏于不安全.     

高温及双向约束下岩石膨胀应力测试装置的研制

关于高温及双向约束下岩石的膨胀力的研究并没有完善的、现成的仪器设备可以用,为研究煤炭地下气化炉项、底板岩石在高温下的膨胀力与温度的关系,本文研制了双向约束框架．文中主要结合高温及双向约束下岩石试件的膨胀特点进行了岩石试件膨胀力计算,对框架结构进行了参数选取、计算模型简化、变形验算、强度验算,并按照机械设计规范对双向约束框架的某些部件选取规格,此装置和静态应变仪、压力传感器结合使用可以用来测试高达900℃时岩石的双向约束下的膨胀力．     

岩石动静态参数间关系的研究

岩石由矿物颗粒组成,内部存在弱面、裂隙等结构,并非线弹性材料,动静态参数之间并没有确定的力学关系.含有大量裂隙的砂岩、煤等软弱岩石,动态模量大于平均模量;大理岩的动态模量大于变形模量,但与平均模量的关系较为复杂;火成岩及其变质岩,动态模量可以小于变形模量.动态泊松比对波速极端敏感,与静态参数没有明确的关系.现场取回岩块已经卸载、脱水,岩样加工也会对材料产生损伤,内部出现张开裂隙,超声波速度降低.如某大理岩矿岩墙端头所测纵波速度的平均值就大于室内岩样纵波速度的最大值,因而以岩体与岩样纵波速度的比值评价岩体完整性将偏于不安全.     

海底金矿岩石弹性纵波与孔隙率特性

采用量体积法、饱水试验法、超声波脉冲法分别测定岩石干密度、孔隙率和弹性纵波,进行孔隙率和弹性纵波关系拟合分析并构建相关模型.基于岩石的干密度、孔隙率、纵波波速和动弹性模量之间的一致性关系,提出岩体的质量分类标准,并对三山岛金矿各水平进行岩体质量分级.对孔隙率小于10%的岩石,依据动能守恒原理和岩石二相体模型,构建弹性纵波-孔隙率模型.结果表明:矿石的纵波波速大,孔隙率小,其稳固性大于岩石;岩石干密度、孔隙率和纵波波速间存在明确的线性关系,具有很好的一致性;矿区内部裂隙在孔隙率小于10%时贯通性较差,在孔隙率大于10%后较多裂纹贯通.     

储层温压条件下岩石的波速特性及变化规律

岩石处在一定的地质环境中,其温度和压力条件对岩石声学性质具有重要的影响。本文以超声波实验方法作为主要研究手段,在储层温压条件下对岩石的纵波速度进行了测量,得出纵波速度随温度、压力的变化曲线和拟合公式,实验结果表明,纵波波速随压力的增大以对数形式增加,随温度的升高呈线性减小,并对不同温度和压力对岩石纵波速度的影响机理进行了剖析。     

煤层顶板砂岩在高温下微观结构变化的研究

采用SEM，偏光显微镜和热分析仪等方法研究了鹤壁煤层项板砂岩在常温至1200℃高温条件下微观结构的变化．结果表明，该砂岩在400℃时出现裂隙，600℃出现颗粒破裂，裂隙增加，900℃时大多数颗粒破裂并有烧结现象，砂岩中含有有机物，其析出温度为400～670℃，砂岩在高温作用下微观结构变化是矿物晶体转化、体积膨胀等产生的热应力和有机物析出与迁移共同作用的结果。     

酸性溶液中砂岩声波特性变化规律的试验研究

波速与岩石的物理力学参数具有较好的相关性,超声波检测技术被越来越多的应用到岩石物理性质的研究中.利用超声波检测技术的纵波波速、振幅以及频谱图等参数,对砂岩在不同HCl溶液和H_2SO_4溶液浸泡时段的波速变化规律进行了跟踪研究.实验发现酸对砂岩的腐蚀速率呈现出一定的阶段性特征;酸性较强时,酸的种类对腐蚀影响较大,酸性较弱时,酸的浓度对腐蚀影响较大;腐蚀后,烘干试样孔隙率增大波速下降,下降最高为2.5%,而浸泡试样孔隙被液体填充后砂岩试样趋于均匀,从而使波速增大,最大变化率为16.65%;HCl和H_2SO_4溶液中试样的振幅变化规律与波速相似,呈现一定的阶段性特性,其中HCl溶液中试样的振幅下降66.7%,而H_2SO_4溶液为57.9%;经腐蚀后试样波形发生畸变,主频衰减,HCl溶液浸泡试样波形变化和主频衰减程度较大于H_2SO_4溶液浸泡试样.     

动载下层状岩体力学特性试验与数值模拟

为研究冲击载荷作用下层状复合岩体的动态力学性能和破裂机制,基于煤单体和白砂岩构成层状软硬煤岩复合体,利用分离式霍普金森压杆试验装置和LS-DYNA有限元分析软件,结合Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型,开展不同速率和不同冲击方向下层状软硬煤岩复合体加载试验。结果表明：静态载荷作用下,层状煤岩复合体的强度不会随加载方向变化,动态载荷下层状煤岩复合体的峰值应力和动态增长因子DIF都随冲击速度增加呈线性增大,并且波阻抗匹配效果更好的HS复合体力学性能始终优于SH复合体(S和H分别代表煤单体和白砂岩),随着冲击速度增加这种现象逐渐减弱;层状煤岩复合体耗散能密度与入射能密度呈二次增长关系,分形维数也随着速度增加而不断增大,其中,应力波由硬入软时得到的效果优于由软入硬;层状煤岩复合体破碎程度随冲击速度增加而愈发剧烈,HS复合体破坏程度大于同条件下的SH复合体,白砂岩多呈剪切状破碎,煤单体多呈粉碎锥形破坏;层状煤岩复合体交界处与其他区域强度不一致,造成复合体破坏顺序改变,复合体整体强度规律从小到大依次为煤单体非交界面区域、煤单体交界面区域、白砂岩交界面区域、白砂岩非交界面...     

Size effect of sandstone after high temperature under uniaxial compression

Uniaxial compression tests on sandstone samples with five different sizes after high temperature processes were performed in order to investigate the size effect and its evolution. The test results show that the density, longitudinal wave velocity, peak strength, average modulus and secant modulus of sandstone decrease with the increase of temperature, however, peak strain increases gradually. With the increase of ratio of height to diameter, peak strength of sandstone decreases, which has an obvious size effect. A new theoretical model of size effect of sandstone material considering the influence of temperature is put forward, and with the increase of temperature, the size effect is more apparent. The threshold decreases gradually with the increase of temperature, and the deviations of the experimental values and the theoretical values are between 0.44% and 6.06%, which shows quite a credibility of the theoretical model.     

砂岩双相介质孔隙度地震波场数值模拟研究

为了研究煤系含水砂岩的双相介质地震波场特性,用Biot双相介质数学模型描述煤系含水层。本文应用交错网格有限差分方法对煤系含水砂岩双相介质模型的孔隙度进行了地震波场数值模拟,模拟结果显示双相介质中孔隙率大小对慢纵波有较大的影响,主要表现在随着砂岩孔隙度的增大,慢纵波的传播速度也随着增大。利用双相介质理论探索地震波场对砂岩孔隙度响应特性,对了解煤系砂岩的富水性以及孔隙特性具有现实意义和理论价值。     

X70管线钢热轧钢卷冷却过程中的相变与应力变化

为了分析钢卷冷却对带钢板形的影响,运用有限元方法研究了层流冷却后的X70管线钢热轧钢卷冷却过程,建立了热轧钢卷热力耦合模型,计算了卷取温度分别为500℃和550℃时冷却过程中的钢卷温度、相变体积分数、残余应力.模型考虑了钢卷径向层间接触对传热的影响,以及钢卷内径壁、外径壁和2个端面的换热系数的差异.结果表明:冷却过程中,钢卷的温度和相变不均匀使得钢卷的切向上边部受拉应力,而中部受压应力;钢卷在550℃卷取后,带钢边部20 mm以内的拉应力超过基体的屈服应力,板形有边浪趋势;降低带钢的卷取温度至500℃促进相变充分进行,有利于钢卷冷却后残余应力的降低.开卷后X70管线钢的边浪和横向C型弯曲板形是不均匀的层流冷却和不均匀钢卷冷却共同作用的结果.     

落球撞击岩石热红外辐射温度的时延特征

采用热红外（TIR）成像技术和落球撞击实验，对大理岩、花岗闪长岩、红色斑状花岗岩、辉长岩和砂岩等5类典型地壳岩石试件进行了热红外辐射观测．通过对靶元区域受撞击前后TIR辐射温度进行图像处理，对靶元红外辐射的时延特征进行了研究，得到了相应的辐射温度时延曲线，分析了影响时延曲线形态的相关因素，并对相同撞击条件下不同岩石以及不同湿度岩石的时延曲线特征进行了比较．结果表明：岩石撞击靶元TIR辐射温度的时延曲线形态与撞击速度有关；撞击前后红外辐射的升温幅度、时延曲线的离散性、局部波动性、单调性和斜率等5项特征指标受岩石热导率、比热和发射率等影响；干燥岩石撞击后的TIR升温幅度要稍大于潮湿岩石，干燥岩石的降温要快于潮湿岩石．     

热处理对TRIP590钢微观组织及力学性能的影响

采用Gleeble3800热模拟机对TRIP钢拉伸试样进行不同工艺条件的快速热处理模拟实验,并采用金相分析、显微硬度测试等方法对试样进行组织观察和性能测试,目的是通过适宜的热处理工艺促使材料微观组织中出现适量的残余奥氏体组织,增强该材料在变形过程的相变诱导塑性（TRIP）效应,强化材料.结果表明：在两相区内,TRIP钢中的残余奥氏体含量随着退火温度和退火时间的增加而增大,以25℃/s缓慢加热到700℃,再以150℃/s的速率快速加热到820℃保温120 s后淬火处理,处理后的试样,残余奥氏体体积分数达到13%,显微硬度最高,达到262 HV.     

综放开采顶板冒落撞击摩擦火花引爆瓦斯研究

针对康家滩煤矿8^#煤层综放开采条件，采用专门设计的实验装置对其顶板冒落撞击摩擦火花引爆瓦斯的可能性进行了实验研究．结果表明：冒落岩石的质量、冒落岩石撞击高度与角度、岩石性质及砂岩中的石英含量、岩石的潮湿度等是影响岩石撞击摩擦火花温度及其能否引爆瓦斯的重要因素．当石英砂岩间在接触压力迭171．2N以上、以10m／s的速度摩擦，在2～30s内可引起瓦斯爆炸．康家滩煤矿8^#煤层局部区域的石英砂岩冒落撞击高度最大达6．76m，撞击速度可达11．51m／s，具有引爆瓦斯的可能性．     

引汉济渭工程三河口水库拱坝坝基岩体质量特征与建基面优化选择

研究坝基岩体质量有助于合理选择建基面,为工程设计、施工和安全运行提供科学依据。以引汉济渭工程三河口水库拱坝坝基岩体为研究对象,通过对坝基开挖揭露的岩体重新进行勘探试验,利用勘探孔进行孔内电视、纵波波速及变形模量等测试工作,对坝基岩体风化特征、结构特征、变形模量与纵波波速关系等问题进行综合分析研究,特别是对坝基局部的断层破碎带及碎裂岩体能否利用等问题进行了具体分析,并对坝基岩体质量进行了工程地质分类,选出了符合实际的建基面,使大坝建基面高程由原来的501.0 m抬升至504.5 m,优化了坝基开挖深度,减少了坝基处理难度与混凝土浇筑量,缩短了工期,节约了工程投资。