2种岩石直接拉压作用下的力学性能试验研究

 利用Instron1342液压伺服机对2种典型硬岩和软岩试样进行单轴试验,包括单轴压缩试验和直接拉伸试验,研究这两种岩石在直接拉压作用下的力学性能,对比2种岩石的单轴抗压强度和单轴拉伸强度。试验过程中监测岩石试样的轴向应变和水平应变,并记录岩石试样的声发射特征,得到2种岩石在单轴拉压下的应力–应变曲线和声发射计数率曲线,对比2种岩石在单轴拉压下的声发射变化规律。试验发现,直接拉伸下2种岩石在加载初期较大范围内基本无声发射事件发生,直到破坏前声发射事件数才突然增大。讨论2种岩石在不同加载模式下的弹性模量和泊松比变化关系,发现单轴压缩下,硬岩的弹性模量随载荷变化先增大而后趋于稳定,当载荷超过单轴抗压强度的80%时又变小;而单轴拉伸下,硬岩的弹性模量初始较大,随后随着载荷增大而逐渐减小。单轴压缩下2种岩石的泊松比为0.2～0.3,而单轴拉伸下岩石的泊松比很小,几乎可以忽略。比较2种岩石的破坏角、内摩擦角以及黏聚力,讨论2种岩石在直接拉压作用下的不同破坏模式。利用三维表面形貌扫描仪对直接拉伸试样的破坏断面进行三维扫描,得到破坏面细观结构图和裂纹面表面粗糙度曲线。     

砂土循环累积变形规律与显式计算模型研究

海洋基础在上部结构风和波浪等长期循环荷载的作用下产生累积变形,易影响海上风电机组等构筑物的正常服役性能,其本质是基础周边土体的循环累积变形问题。针对该问题,开展了一系列饱和砂土在排水条件下的循环剪切三轴试验,研究了动应力比、初始密实度、初始平均应力和初始静应力比等土性和应力参数对循环累积变形的影响,发现随动应力比、初始平均应力和初始静应力比的增大及初始密实度的减小,饱和砂土的轴向循环累积应变增大。从试验数据分析来看砂土轴向循环累积应变和循环次数之间近似存在双对数线性关系。将砂土轴向循环累积应变与第一次循环轴向应变归一化能消除上述土性和应力参数的影响,进而分析了第一次循环轴向应变与土性和应力参数之间的关系,通过引入与密实度相关的砂土抗剪强度计算表达式,建立了饱和砂土在排水条件下的循环累积变形显式计算模型,适合海洋基础长期循环累积变形分析。     

单轴压缩条件下花岗岩变形与破坏特征试验研究

为准确得到甘肃北山核废料地质处置区花岗岩围岩强度与变形特征。在MTS815岩石电液伺服机上对花岗岩进行了单轴压缩试验,并对试验结果进行了系统的分析。结果表明:北山花岗岩在单轴压缩条件下形成了平行于轴压方向上的张拉裂纹,而在达到峰值强度后裂纹迅速扩展,并纵向贯通,将岩石分为竖向块体,呈现出脆性破坏特征;将花岗岩石峰前应力应变曲线分为四个阶段,初始压密、弹性变形、裂纹稳定扩展和裂纹非稳定扩展阶段。应用裂纹体积应变模型求得各阶段终止时分别对应岩石的四个特征应力值:起裂应力、弹性应力、损伤应力和峰值应力;依据裂纹体积应变概念,将轴向应变与径向应变分为裂纹应变与弹性应变,提出可以通过比较轴向与径向裂纹应变间的大小来确定其起裂方向。     

基于梯度塑性理论的岩样峰后变形特征研究

提出了单轴压缩的岩样在受到剪切破坏条件下的全部变形特征,即轴向、侧向、环向、体积应变及峰后泊松比的解析式。弹性应变采用虎克定律描述;塑性应变依赖于局部化带尺寸,由梯度塑性理论确定。在弹性及应变软化阶段,由于分别采用了线弹性及线性应变软化的本构关系,轴向应力-轴向应变曲线、轴向应力-侧向应变曲线、轴向应力-体积应变曲线及轴向应变-体积应变曲线都具有双线性特征。然而,在软化阶段,轴向应力-峰后泊松比曲线却是非线性的;峰后泊松比是变化的,可能超过0.5,这与泊松比不同。由轴向应变及侧向应变计算得到的体积应变依赖于试样的几何尺寸,因此,在软化阶段,轴向应力-体积应变曲线的斜率并非材料本构参数。以往的力学模型很难采用解析式描述全部变形特征,这充分体现了这里所采用力学模型的优越性。     

27SiMn高强钢板单向拉伸力学性能试验研究

27SiMn钢是我国自主研制的一种高强钢材,具有较高的抗拉强度、良好的冲击韧性和焊接性能。为了研究27SiMn钢板的基本力学性能,针对4块名义厚度为6. 8 mm的27SiMn钢板试件开展了单轴拉伸试验。试验中分别采用激光位移计和DIC(Digital Image Correlation)技术量测钢板拉伸应力-应变全曲线及相关力学参数。研究发现,DIC法消除了拉伸机械刚度和初始加载时抖动的影响,获得的应力-应变全曲线更加光滑准确。试验结果表明:27SiMn钢板极限强度为753 MPa,断后伸长率为20%,屈强比为0. 74,与同强度其他钢材相比具有更好的延性;其单向拉伸应力-应变曲线分为准弹性段、弹塑性段、屈服缓升段、强化段和二次塑流段,并以低碳钢的五阶段模型为基础得到了27SiMn钢板单向拉伸应力-应变曲线五阶段本构关系模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

复材格栅-高延性纤维水泥基受拉本构关系模型

对复材格栅增强高延性纤维水泥基(ECC)复合试件进行单轴拉伸试验,研究复材格栅厚度对复合试件拉伸力学性能的影响。在试验研究的基础上建立复材-ECC复合层轴向拉伸应力-应变本构关系模型,并与试验结果进行比较分析。试验结果表明:复材格栅与ECC界面间没有发生相对滑移,ECC试件的破坏模式为聚乙烯醇纤维被拉断或拔出破坏,而复材-ECC复合层试件的破坏模式为复材格栅断裂。复材格栅作为增强材料嵌入到ECC中,可以显著提高复材-ECC复合层的轴向刚度、极限承载力,明显改善其拉伸性能。计算结果表明:建立的预测模型与试验值吻合较好,可以有效地预测复材-ECC复合层的极限拉伸强度及轴向受拉应力-应变关系。     

ETFE薄膜双向力学性能试验研究

利用圆形气泡试验研究ETFE薄膜双向受力性能,得到了完整的真实应力-应变曲线和基本力学性能参数.结果表明:当真实应力为17~18MPa时,ETFE薄膜的真实应力-应变曲线出现第1个转折点,与单轴拉伸试验结果相同;当真实应力约为50MPa时,该曲线趋于平缓;当真实应力约为60MPa时,由于局部破损导致ETFE薄膜球冠失效;在双向拉伸下,ETFE薄膜破裂时的真实应变为30%~40%,远小于单轴拉伸试验结果.基于试验结果提出了1种四折线本构模型,并通过数值模拟验证其适用性.     

应力路径对饱和黄土孔压的影响研究

利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,对陕西杨凌Q3饱和黄土进行了常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p应力路径的各向等压固结不排水三轴试验,探讨和分析了应力路径对饱和黄土孔隙压力的影响,试验结果表明:不同应力路径作用下,饱和黄土的孔隙压力随着轴向应变的增大而不断增大;当土体的轴向应变较小时,孔隙压力基本上不受初始固结围压的影响,而当轴向应变超过5%之后,饱和黄土所受的初始固结围压越大,主应力差越大,其孔隙压力也会越大。     

三轴应力下塑性混凝土应力应变关系试验研究

通过4组塑性混凝土的单轴和常规三轴压缩应力应变全曲线试验,研究了三轴应力下塑性混凝土应力应变关系.结果表明：在围压作用下,塑性混凝土轴向应力应变曲线与单轴压缩下的曲线差别明显,主要表现为直线上升段很短,曲线上升段较长,无明显峰值点,下降段较平缓.利用割线模量表征塑性混凝土三轴应力下应力应变曲线上升段的主要变形特征,分析了影响割线模量的主要因素,建立了割线模量与围压、单轴抗压强度和弹性模量之间的关系式.研究了塑性混凝土三轴应力下峰值应变随围压、单轴应力下抗压强度及峰值应变的变化规律,并建立了相应的关系式.全面分析了塑性混凝土单轴及三轴作用下应力应变曲线特征,通过归一化处理后,拟合出常规三轴应力下塑性混凝土轴向应力应变关系式.     

混凝土间同向拉伸应力—应变全曲线的测试

探讨了一种混凝土间接轴向拉伸试验测试方法,并应用该方法测出了4组钢纤维高强混凝土的拉伸应力－应变全过程曲线,试验证明,混凝土间接拉伸试验测试方法是简便可行的,实现了在普通试验机上测试混凝土拉伸应力－应变全过程曲线。