主动围压下地下工程岩石的冲击压缩特性试验研究

 岩石等脆性材料的力学性能与其所受围压的大小密切相关。为了研究地下工程岩石在围压下的冲击压缩特性,采用具主动围压加载的分离式Hopkinson压杆,对岩石进行主动围压下的SHPB冲击压缩试验,得到岩石在不同围压和不同应变率下的轴向应力–应变曲线,并对试验过程中试件的应力均匀性进行分析。研究表明：岩石类脆性材料在围压作用下其抗压强度和韧性大大提高,并且具有向延性特征发展的趋势,显现出较强的围压效应;在同等级围压下,岩石的峰值强度和峰值应变随应变率的变化表现出显著的应变率相关性,动态强度增长因子与应变率的对数呈近似线性关系,动态强度随应变率的增加而近似线性增长。单轴动荷载下,岩石在以拉应力为主,其他应力联合作用下发生破坏,表现出明显的脆性特征;随着围压的增加,岩石试件将发生脆性向延性的转变,破坏形态以压剪破坏为主,同时发生拉应变破坏和卸载破坏。     

碳纤维混凝土的动态损伤本构模型

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置进行了碳纤维混凝土(CFRC)的冲击压缩实验,获得了CFRC在10～102 s-1应变率范围内的应力应变曲线,分析了CFRC的强度和破坏形态,建立了碳纤维混凝土非线性损伤粘弹性本构方程。结果表明:碳纤维对混凝土有良好的增强作用,具备优异的冲击力学性能;本构模型提供的理论曲线与试验曲线比较接近,可以较为准确地描述碳纤维混凝土的高应变率力学行为。     

钢结构裂纹扩展的随机过程模型

钢结构中裂纹的存在及使用中裂纹的扩展将严重危及结构的安全。传统的断裂力学破坏准则只能判断出结构是否会发生断裂,并不能确定出结构处于各个状态的概率。本文运用随机过程理论对其进行描述,采用马尔可夫过程实现对钢结构断裂破坏过程的概率分析。经实例分析证明该方法准确、简便、适用,据此采取相应的维修措施,可以避免或减少事故的发生。     

氯离子对混凝土力学及声学性能的影响

研究了受NaCl溶液腐蚀后混凝土的力学及声学性能,并采用扫描电子显微镜(SEM)分析弱化机理。结果表明:腐蚀期间混凝土的静态力学性能及纵波波速变化规律相类似,均有明显的降低,且随腐蚀时间增长呈先增大后减小的趋势;混凝土受静压力荷载作用时,自由水通过孔隙水压力,改变了试件内部的应力分布,促进了内部缺陷的扩展;Cl-与水泥水化产物发生化学反应,产物体积大,强度低,破坏了原有结构。Cl-对混凝土具有显著的腐蚀弱化作用,极大地削弱了混凝土静态力学和声学性能。     

地质聚合物混凝土的变形特性研究

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,以峰值应变和极限应变为指标,研究了地质聚合物混凝土(GC)和普通硅酸盐混凝土(PC)在冲击荷载作用下的变形特性。结果表明:冲击荷载下,GC具有较强的变形性能;GC和PC的峰值应变和极限应变具有明显的应变率相关性,随应变率的增加而增加;和PC相比,GC在开始破坏前产生的变形较大,完全破坏时产生的变形较小。     

高温作用后混凝土动态压缩力学性能的试验研究

采用φ100 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验装置,分别对常温和经历200、400、600、800℃高温作用后的混凝土进行了冲击压缩试验,分析了高温和应变率对混凝土动态压缩力学性能的影响,并对其关系进行了拟合。结果表明:经历不同温度作用后的混凝土动态抗压强度、峰值应变以及比能量吸收都表现出较强的应变率效应。高温对混凝土动态力学性能影响显著,400℃是混凝土各项力学指标发生转折的温度:动态抗压强度、比能量吸收在400℃时回升至与常温接近,在400℃后又迅速下降;峰值应变在400℃以后增加明显,并随着应变率的提高而迅速增加。混凝土经400℃以上高温作用后,虽然强度损失严重,但在冲击荷载作用下,尤其是在较高应变率下,仍表现出良好的抗冲击韧性。     

灰粉比对苯丙乳液基水泥复合填缝料剪切性能的影响

制备了一种适用于机场水泥混凝土道面接缝的苯丙乳液基水泥复合填缝料(SCS),采用HS-3001B型剪切试验装置研究了不同灰粉比(水泥与无机粉料质量比)对SCS剪切性能的影响.结果表明:随着灰粉比增大,SCS的剪切强度及剪切模量显著提高,其剪切破坏形态由"内聚破坏"向"粘结破坏"转变,SCS在剪力作用下的负荷位移减小;适当增大灰粉比可显著提高SCS的剪切断裂伸长率、剪切峰值应变和剪切韧性;此外,结合扫描电镜分析可知,合理增大灰粉比可改善SCS的内部结构,进而提高其抗剪强度、剪切变形性能及剪切韧性.     

复合纳米材料对混凝土动态力学性能的影响

制备了掺量为0.2%(以水泥质量为基准)的纳米Fe₂O₃(NF)、复掺纳米Fe₂O₃和纳米CaCO₃ 2种纳米材料(NFC)以及复掺纳米Fe₂O₃、纳米CaCO₃和纳米SiO₂ 3种纳米材料(NFCS)的混凝土,之后采用直径100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置测试了养护龄期为28 d的3种混凝土在不同平均应变率等级下的动力特性并与普通混凝土(PC)进行对比研究。结果表明:准静态载荷下,复合纳米材料的掺入可有效调高混凝土的抗压强度;冲击载荷作用下,中低水平平均应变率时, NFC动态抗压强度最高, 80 s-1时NFC比PC高31.6%,高水平平均应变率下NF动态抗压强度具有优势,在125 s-1时, NF比PC高16%;NF在冲击载荷作用下峰值应变具有显著优势,具有良好的变形性能;以比能量吸收作为韧性评价指标,在平均应变率为75 s-1和125 s-1时, NF比PC增幅达到66.6%和75.7%。通过SEM照片分析,纳米Fe₂O₃颗粒增大了水泥石密实度,进而改善了NF的强度和韧性;由压汞试验分析,纳米CaCO₃颗粒在混凝土中,改善了水泥石孔隙结构。      

纳米氧化铝对混凝土静动态力学性能的影响

制备了掺量为0.2％的纳米氧化铝混凝土(NAC),采用HYY系列液压伺服试验系统和φ100 mm分离式霍普金森压杆分别研究了NAC的准静态及在不同应变率下的动态力学性能.结果表明:准静态荷载下,NAC的强度及变形性能较素混凝土(PC)明显提高,抗压强度提高约44.5％.动荷载作用下,NAC的应变率敏感性显著,随着应变率的增大,峰值应力显著提高,极限应变增幅明显.此外,掺入纳米氧化铝后,NAC的强度和变形性能较之PC亦均提升显著.分析峰值韧度指标可知,随着应变率的提高,NAC的峰值韧度近似线性增大,纳米氧化铝的增韧效果十分显著.通过电镜扫描微观机理分析,纳米氧化铝提高了水泥硬化浆体的密实度,改善了混凝土界面过渡区,进而改善了NAC的强度和韧性.     

改性微晶纤维素的制备及其对填充丁苯橡胶性能的影响II 改性棉纤维素对填充丁苯橡胶性能的影响

研究了微晶纤维素(MCC)和改性微晶纤维素(MMCC)的用量对丁苯橡胶(SBR)硫化胶物理机械性能的影响,以及分别填充20phrMCC和MMCC的SBR复合材料的耐磨性和动态力学性能分析。结果表明,当MCC和MMCC的用量都为20phr时,硫化胶有最大的拉伸强度,分别为15.3MPa和19.0MPa;填充MMCC的SBR复合材料的磨耗体积比填充MCC的降低了41%;填充20phr的MCC和MMCC的SBR具有相似的玻璃化温度。