高吸水性树脂——淀粉-丙烯酸钠接枝共聚物的合成及性能研究

以淀粉和丙烯酸钠为原料,选择过硫酸铵为引发剂,环氧氯丙烷为交联剂进行接枝共聚,获得了吸水量1000倍以上的高吸水性树脂。对该树脂进行了结构、性能、以及在农业上使用的研究和分析,并得到了一些初步结论。     

自然养护条件下各龄期混凝土抗压性能研究

为研究自然养护条件下龄期和环境温度对混凝土抗压性能的影响,进行了25组75个立方体抗压试验,25组75个棱柱体轴心抗压试验,试验参数主要包括:28 d混凝土强度等级、龄期和环境累计温度。试验结果表明:龄期越早,养护累计温度对混凝土强度的发展进程影响越大,而龄期达到7 d以上养护累计温度对混凝土抗压强度发展的影响则较小。在试验的基础上,采用最小二乘法回归得到了基于龄期和养护累计温度的混凝土抗压强度预测计算式。最后,在现有混凝土受压应力-应变关系的基础上,提出了自然养护条件下基于龄期和养护累计温度双参数的受压应力-应变本构关系。     

冲击荷载下岩石裂纹动态扩展全过程演化规律研究

为研究岩石裂纹全过程扩展规律及扩展行为中的定区域止裂问题,提出修正侧开半孔板(improved single cleavage semi-circle specimen,ISCSC)构型构件。通过大直径分离式霍普金森压杆试验系统进行冲击试验,使用裂纹扩展计测试系统测定了裂纹扩展速度,同时引入拉伸断裂软化损伤破坏模型进行数值模拟,通过试验–数值法,深入分析动载荷下岩石裂纹全过程扩展演化行为及双空心孔对于裂纹扩展的影响。结果显示,ISCSC构型实现了裂纹扩展中的定区域止裂,可以精准预测止裂区域;预制双空心孔的构型分布对裂纹扩展行为影响巨大,裂纹扩展速度受到明显抑制;裂纹扩展至双孔中心连线区域时,裂纹尖端拉应力场与双孔形成的叠加应力场相互作用,导致主裂纹扩展速度急剧降低,甚至出现止裂现象;裂纹扩展至叠加场时,极易受到物质不均匀性影响,产生偏折或分叉;同时,数值计算的结果和试验吻合,验证ISCSC构型用于研究裂纹起裂、扩展及止裂全过程演化行为的有效性。     

酸雨腐蚀对混凝土材料断裂特性的影响

为研究酸雨腐蚀环境下混凝土断裂性能的劣化情况而进行混凝土的实验室加速腐蚀实验,并通过三点弯曲试验及电测法获得了不同腐蚀程度混凝土的起裂荷载、最大荷载以及试件的弹性模量和断裂韧度的劣化情况,同时借助电镜扫描获取腐蚀混凝土裂尖的劣化样貌。在模拟酸雨环境下,混凝土裂纹尖端的腐蚀深度随着侵蚀时间的持续而逐渐增长,裂纹尖端混凝土将发生结构性的损伤,混凝土材料松弛并产生微裂隙,这将直接影响混凝土裂尖的抗裂能力。与水中浸泡试件相比,腐蚀试件的抗裂能力发生显著的退化;在不同pH值的模拟酸雨环境中,试件的起裂荷载与最大荷载都随着腐蚀时间的增加而呈现先增长而后降低的趋势;随着腐蚀程度的增加,起裂荷载则会加速劣化。混凝土断裂韧度随腐蚀时间先增大后减小;溶液pH值越低,断裂韧度的增长周期越短,最终的损失也越大。H⁺和SO₄^2-使裂尖混凝土发生复杂的物理化学变化,直接弱化混凝土的抗裂能力。混凝土断裂韧度劣化率随裂尖腐蚀深度呈现出抛物线式的发展态势。     

早龄期持久受荷对混凝土劈裂抗拉强度影响的试验研究

为了研究混凝土早龄期持久受荷对28 d劈裂抗拉强度的影响,浇筑了14组共168个混凝土试件进行试验研究,其中6组进行早龄期受拉,8组进行早龄期受压.试验施加荷载以起始加载时同批次试件强度为基础,按一定的劈拉比或轴压比加载,探讨了不同的劈拉比、轴压比、持荷时间等对其28 d劈裂抗拉强度的影响.为此,分别设计了早龄期持久受拉、早龄期持久受压两套加载试验装置,可实现对多个混凝土试件进行同时加载.试验结果表明:混凝土早龄期在受劈拉比或轴压比不大于0.5的持久荷载作用后,对其28 d的劈裂抗拉破坏形态没有影响.劈拉比0.15、持荷7 d的受拉荷载作用后,混凝土28 d劈裂抗拉强度值下降了0.43％;劈拉比为0.3、持荷14 d的受拉荷载作用后,混凝土28 d劈裂抗拉强度值下降了1.95％;劈拉比为0.5、持荷7 d的受拉荷载作用后,混凝土28 d劈裂抗拉强度值最大下降了5.98％.轴压比0.1、持荷7 d的受压荷载作用后,混凝土28 d劈裂抗拉强度值提高了1.02％;轴压比为0.3、持荷7 d的受压荷载作用后,混凝土28 d劈裂抗拉强度值最小提高了7.95％,最大提高了12.24％;轴压比为0.5、持荷7 d的受压荷载作用后,混凝土28 d劈裂抗拉强度值最大下降了6.09％.     

强磁场对硅锰铸钢等温珠光体粒化的影响

对硅锰铸钢在相变温度(A1)附近进行等温处理的研究表明,经磁场处理后的试样组织中存在更多的粒状珠光体组织。此粒状珠光体由两部分构成:一部分来自块状铁素体中直接析出粒状的不连续渗碳体;一部分来自等温过程中片状渗碳体的熔断。磁场通过促进铁素体的形核与长大,使较多的碳原子"陷落"在铁素体内以沉淀析出方式形成粒状渗碳体,处理温度越低,此作用越明显。此外,磁场下珠光体组成相磁致伸缩率存在差异,引起珠光体两组成相之间的应变能变化,有利于渗碳体以球状析出于奥氏体或铁素体中,也对粒状珠光体分数的增加作出贡献。     

马蹄形隧道拱脚裂纹对围岩稳定性的影响

详细研究了隧道拱脚处裂纹对围岩稳定性及破坏模式的影响,裂纹分两组进行设置：一是裂纹以拱脚交界点为圆心逆时针方向分布在A(0°<α≤90°),B(90°<α≤180°)及C(180°<α≤270°)区域,且与隧道底板面成夹角α;二是裂纹倾角α为127°,与隧道跨度成不同裂纹长度比β。采用物理模型试验和数值模拟对比分析拱脚裂纹的不利因素,随后选择砂岩材料制作隧道模型试件进行室内试验,得到裂纹因素对围岩强度的影响。数值模拟采用有限元程序分别计算裂纹尖端的应力强度因子与围岩损伤演化云图。通过两者对比论证可以得到如下结论：①裂纹在隧道拱脚位置处成不同倾角α时,裂纹分布区域的危害程度可依次排列为B>C>A;②裂纹倾角α在120°~135°时,裂纹对隧道整体的稳定性影响最大;③在双轴压缩载荷作用下,围岩的破坏行为主要是裂纹尖端与边墙的拉剪破坏及局部的拉伸破坏;④裂纹长度比β对围岩整体稳定性影响表征为线性反比例函数关系。     

冲击荷载下层理对页岩内裂纹扩展行为影响规律的研究

为了研究冲击荷载作用下页岩的断裂特性及层理对裂纹扩展行为的影响规律,基于实验–数值法,采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)加载系统分别对0°,30°,45°,60°及90°层理倾角的页岩侧开单裂纹三角孔板构型试件(single cleavage triangle,SCT)进行动态冲击实验,并借助AUTODYN有限差分软件采用复合层状岩石模型对裂纹扩展过程进行数值模拟。实验结果表明,层理对裂纹扩展方向及试件破坏形态影响显著。裂纹的扩展速度与加载速率整体上呈正相关关系,加载速率较低的情况下裂纹停滞现象容易发生。沿层理面开裂是页岩等层状类岩石主要的破坏形式,但是次生裂纹的起点并不完全随机,实验发现裂纹扩展速度减缓处是次生裂纹起萌的高发区域。     

T应力对闭合裂纹断裂行为的理论和实验研究

研究受压情况下T应力对闭合裂纹断裂行为的影响。首先,根据裂纹表面的应力边界条件和Muskhelishvili基本理论得到裂纹尖端附近应力的理论解;其次,采用中心闭合裂纹砂岩试件进行单轴压缩试验,并将砂岩试件和PMMA试件起裂角的实验结果与理论值进行对比,验证该理论解的有效性。结果表明压缩荷载作用下,闭合裂纹尖端的应力应同时包含应力强度因子K的奇异项和3个T应力分量(T_x,T_y和T_(xy))的非奇异项;且引入3个T应力分量(T_x,T_y和T_(xy))的理论预测值能更好的吻合砂岩和PMMA试件的实验结果。通过理论分析可得:(1)忽略T应力将增大裂纹尖端的周向应力并减小起裂角;(2)考虑T应力影响时,包含3个T应力分量(T_x,T_y和T_(xy))的起裂角预测值介于只考虑T_x与考虑T_x和T_y两种情况下的理论值之间。因此闭合裂纹尖端存在3个T应力分量(T_x,T_y和T_(xy)),且这3个分量对闭合裂纹断裂行为有显著影响。