注浆加固对岩体裂隙力学性质影响的试验研究EI北大核心CSCD

注浆技术对裂隙岩体的加固效果显著,对岩体裂隙面的力学特性产生极大影响。为研究注浆加固对岩体裂隙力学特性的影响规律,创新性地提出一种岩体裂隙试件制作方法,克服了原岩裂隙取样困难的难题。将该方法制取的裂隙试件在自主研发的裂隙岩体注浆系统平台上进行注浆加固试验,并对注浆加固后的岩体裂隙试件开展相关的法向及切向力学加载试验。试验结果表明:人工制取的裂隙试件与原岩裂隙几何相似性良好,符合室内物理试验要求;注浆加固会显著改变岩体裂隙面的法向切向力学特性,注浆加固后岩体裂隙的峰值抗剪强度及残余强度得到极大提高,裂隙面的抗变形能力增强;裂隙面法向加载会影响其切向力学行为,切向抗剪强度随法向应力增加而增加;注浆加固通过提高岩体裂隙面的力学性能来增加岩体的整体强度及稳定性。     

氧化石墨烯纳米片层增强水泥基复合材料力学性能研究

氧化石墨烯纳米片(GONPs)具有独特的物理性质,使其在水泥基体中成为有效的增强材料.通过试验,研究不同GONPs掺量对水泥基复合材料力学性能、孔径分布及微观结构特征的影响.GONPs以水泥质量分数为0％,0.01％,0.02％,0.03％,0.04％,0.05％制备水泥基复合材料,对经28 d养护的试块进行了抗压强度...     

氧化石墨烯-粉煤灰改性高水胶比注浆材料性能研究

针对常规水泥基浆液已很难满足复杂不良地质注浆的需求,尝试采用复掺氧化石墨烯和粉煤灰（FA）的方式来改善浆液工作性能,同时增强结石体的力学性能。试验结果表明,GO-FA协同效应可以在一定程度上改善浆液的流动度,降低浆液的析水率,缩短浆液的凝结时间,表现出明显的协同优化作用。GO-FA协同效应下结石体早期3～7d的强度虽然低于单掺GO的结石体强度,但是随着龄期的增长,GO-FA协同作用结石体强度高于单掺GO的强度,充分发挥了GO的促凝作用、纳米填充效应和FA的火山灰效应。相关结果对研究水泥基注浆材料具有理论意义和一定的工程实践参考价值。     

氧化石墨烯增韧碳纤维水泥基复合材料的力学特性研究

碳纤维增强水泥基复合材料因其优异的力学和物理化学特性而具有广泛的应用前景,但却面临纤维与水泥基体间界面性能薄弱的瓶颈问题.本文尝试将氧化石墨烯和石墨烯分别吸附在碳纤维表面,并用吸附后的碳纤维来增韧水泥基复合材料.研究发现,氧化石墨烯对碳纤维水泥基复合材料的界面性能和力学特性具有显著的增强作用,而石墨烯因其表面含氧官能团...     

早龄期氧化石墨烯增强碳纳米管水泥基复合材料的性能研究

文中报道了氧化石墨烯(GO)改善碳纳米管(CNTs)水泥基复合材料的抗折、抗压强度及电学性能的研究。当掺入2wt%CNTs时,CNTs水泥基复合材料抗折、抗压强度分别达最大值9.9、56.7MPa,然而随着CNTs掺入量的增加,CNTs水泥基复合材料的抗折、抗压强度出现了明显的降低趋势。此时在CNTs水泥基体中掺入一定量的GO,可以明显提高水泥基复合材料的抗折、抗压性能。同时GO的掺入可以提高CNTs水泥基复合材料的电学性能,仅掺入0.01wt%的GO时,GO/CNTs-1试样中的平均电阻率从CNTs-1样品的38.4Ω·m下降到了31.5Ω·m,降幅达到了17.9%。     

石墨烯水泥基复合材料力学性能及增强机理研究

首先通过表面活性剂与超声波处理相结合的方式制备了石墨烯(GNs)水性分散液,进而探究了不同浓度石墨烯掺量对水泥基复合材料力学性能的影响.结果表明:石墨烯(GNs)的掺入可以有效改善水泥基复合材料的力学性能,当石墨烯(GNs)掺量为0.06％时,水泥基复合材料的3、7、28 d抗压和抗折强度较纯水泥试样分别提高了19.7...     

纳米氧化石墨烯对水泥基人造石性能的影响

为提高水泥基人造石的力学强度和耐久性,在其中掺入纳米氧化石墨烯(NGO),研究了NGO掺量对低水胶比水泥净浆及水泥砂浆凝结时间、流动度、力学性能和耐久性的影响,并通过水化热、X射线衍射仪(XRD)、热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)和压汞仪(MIP)等微观表征手段分析了NGO的作用机理.结果 表明...     

氧化石墨烯水泥净浆的力学性能与微观结构的分形特征

采用改进Hummers法和超声波分散法制备氧化石墨烯片层分散液,利用傅里叶红外光谱(FTIR)和X-射线衍射(XRD)表征GO;测试了不同掺量氧化石墨烯水泥净浆的抗折和抗折强度,通过SEM扫描了水泥净浆水化产物微观图像,结合分形理论计算SEM图像的分形维数并分析其变化规律,探讨了抗压强度与分形维数的关系。研究表明:氧化石墨烯可以有效提高水泥净浆的力学性能和改善其微观结构;分形理论能定量分析不同掺量氧化石墨烯水泥净浆的微观结构变化特征;分形维数随氧化石墨烯掺量的增加呈现逐渐降低的趋势;分形维数和水泥净浆抗压强度存在着良好的二次函数关系,其水泥净浆的抗压强度随分形维数的增加而降低,其最佳掺量为水泥质量的0.03%。     

氧化石墨烯对水泥宏观力学性能及水化进程的影响研究

对氧化石墨烯增强水泥基体材料力学性能的机理进行了研究,分析了氧化石墨烯在宏观力学特征上对水泥材料的增强效果,并进一步探讨了氧化石墨烯对水泥水化产物和微观结构的影响。研究结果表明:采用聚羧酸减水剂的掺量为纳米材料掺量2倍的方式能在不影响水泥净浆强度的前提下最大程度保证水泥浆体的流动性。氧化石墨烯能大幅度提高水泥浆体的抗压及抗折强度,28 d期龄时,掺量为0.03%的GO能提升水泥试块22%的抗压强度和37%的抗折强度。水泥的水化期龄逐渐增加时,水泥在高温受热下的凝胶失重和Ca(OH)2含量也在逐渐增加。由于氧化石墨烯并未影响水泥内Ca(OH)2的总质量,因此可推测氧化石墨烯对C-S-H凝胶含量也无影响。掺入氧化石墨烯后的水泥石与纯素水泥石之间的凝胶失重差异是由水泥内C-S-H凝胶包裹的自由水蒸发引起的。掺入适量且分散均匀的氧化石墨烯能使水泥内部的C-S-H凝胶和Ca(OH)2晶体之间已经较好的结合在一起,浆体结构更为密实,孔洞和裂隙也大量减少,同时会在水泥内部形成大量排列规整的片状及花瓣状晶体,微观结构下基本看不到裂缝和孔隙的存在。     

氧化石墨烯及样品形状对水泥基复合材料力学性能的影响

为了研究氧化石墨烯（GO）掺量、龄期和样品形状对GO水泥基复合材料的压缩强度和弹性模量的影响。分别制备7组不同GO掺量的水泥基复合材料立方体试件（边长为50 mm）和圆柱体试件（直径60 mm、高30 mm）,进行3、7、28 d的静态压缩试验,给出其应力-应变曲线,提出形状效应系数及其计算式;同时用扫描电镜（SEM）观测28 d圆柱体试件断面的微观形貌,阐述GO水泥基复合材料强度随GO掺量变化的微观机理。结果表明：3、7 d立方体和圆柱体的抗压强度达到最大时,GO掺量为0.03%,28 d立方体和圆柱体的抗压强度达到最大时,GO掺量为0.04%。SEM结果发现GO可以优化水化产物的微观形貌,形成致密的微观结构。随着龄期的增加,立方体和圆柱体抗压强度呈现增加的规律。GO水泥基复合材料圆柱体试件与立方体试件测得的材料性能有差异,样品形状对力学性能的影响不可忽略,GO掺量相同时,样品形状分别对3 d时抗压强度和28 d时弹性模量影响最大。     

氧化石墨烯改性纤维增强水泥基材料的拉伸性能

为了提高聚乙烯醇（PVA）纤维增强水泥基材料的力学性能,将氧化石墨烯（GO）引入PVA纤维增强水泥基材料中,探究GO掺量在0%~0.05%范围内对材料单轴拉伸性能的影响.结果表明：掺入适量的GO能够有效提高材料的单轴拉伸性能,当GO掺量为0.01%时,28 d时材料的初裂拉伸强度、极限拉伸强度和极限拉伸应变均达到最大值,与未掺GO的对照组相比分别提高了26.97%、31.28%、23.25%;适量的GO可以优化孔隙结构,减少材料内部缺陷,促进水化产物的生成,使微观结构致密化,增强纤维和基体间的界面结合力,从而改善PVA纤维增强水泥基材料的宏观性能.     

3D打印可冲刷水泥基材料建造及力学性能EI北大核心CSCD

针对混凝土结构复杂构件的3D打印需求,提出了通过可冲刷模板与现有常规3D打印混凝土组合打印来实现空间结构造型的技术,并基于3D打印可冲刷水泥基材料四面体性能机制模型和层次分析法优化了可冲刷模板设计流程.通过分析硫氧镁水泥中吸水性树脂(SAP)与高岭土掺量对水泥基材料力学性能、可打印性、可建造性和可冲刷性的影响规律,设计出具有良好流动性,适宜可打印性和稳定可建造性的硫氧镁水泥3D打印可冲刷模板.采用数字图像相关方法(DIC)来动态监测打印成型阶段的条带层叠时随变形,建立了可冲刷模板条带层叠时随变形对数模型,为3D打印复杂空间结构建造提供技术支撑.     

氧化石墨烯对粉煤灰基地质聚合物力学性能的影响

通过改进Hummers法制备了一系列不同尺寸的氧化石墨烯（GO）,研究了GO对粉煤灰地质聚合物流变性能、力学性能和微观结构的影响,结果表明当粉煤灰地聚物净浆流动度随GO的尺寸和掺量增大而降低;此外GO的掺入,会阻碍粉煤灰地聚物早期强度发展,但是会提高后期强度的发展速度。通过扫描电镜观察粉煤灰地质聚合物微观结构,结果表明GO的掺入会导致粉煤灰地质聚物中出现大量的针棒状结晶体。     

下期内容预告EI北大核心CSCD

下期《岩石力学与工程学报》主要发表下列内容的文章:(1)深部岩体力学研究与探索;(2)恒阻大变形锚杆冲击拉伸实验及其有限元分析;(3)我国煤矿冲击地压的研究现状:机制、预警与控制;(4)岩石波速与损伤演化规律研究;(5)锦屏二级深埋隧洞构造型岩爆诱发机制与案例解析;(6)高拱坝谷幅变形机制及非饱和裂隙岩体有效应力原理研究;     

全风化花岗岩注浆加固体抗冲刷特性试验研究EI北大核心CSCD

突水突泥是全风化花岗岩隧道施工中常见的地质灾害,土体颗粒的流失和抗冲刷特性是决定全风化土体发生突水的关键因素。为了研究注浆加固体颗粒流失与抗冲刷特性,自行设计注浆试样制备及抗冲刷试验装置,能够实现全风化花岗岩劈裂、挤密注浆试样制作,以及模拟注浆加固体受水流冲刷的关键过程。利用该试验装置开展注浆量、动水流速、养护龄期、土体初始含水量等因素对注浆加固体的颗粒流失与抗冲刷特性试验研究,并定义颗粒流失率指标来定量评价土体颗粒流失与抗冲刷特性。试验表明:注浆加固体抗冲刷特性随注浆量及其养护龄期的提高均明显改善,动水流速的增加显著加大颗粒流失,含水量过低或过高时,加固体的抗冲刷特性均较差,存在一个最佳含水量值使得抗冲刷特性最优。同时,单位浆液量胶结土体范围(浆液胶结率)随注浆量呈二次抛物线变化,且浆液胶结率峰值随动水流速的提高向高注浆量方向移动。最后,根据试验结果提出地层注浆量的计算方法及含水量分区治理的原则。     

微波增强掺氧化石墨烯-氧化碳纤维磷酸镁水泥力学性能研究

为补偿缓凝改性磷酸镁水泥(MPC)因凝结时间延长带来的力学性能损失,研究外掺氧化石墨烯(GO)、氧化碳纤维粉末(OCFP)对MPC力学性能的影响,确定最优掺量配比;在此基础上设计了4种微波养护方案,探究了其对MPC力学性能的影响,并采用XRD、FTIR分析其影响机理。结果表明,随氧化石墨烯、氧化碳纤维掺量的增加,MPC的力学性能先提高后降低,在最优掺量(0.4%OCFP及0.3%GO)时,MPC早期抗折、抗压强度分别提高约50%、35%;微波能促进MPC尤其是掺氧化石墨烯、氧化碳纤维MPC早期强度的提高,但强度提高率随着龄期的延长而减小,经最佳微波养护方案养护后,改性MPC早期抗折、抗压强度分别提高约45%、25%;GO及OCFP的掺入及微波作用仅提高了水化产物的产量及生成速率,未产生新的分子结构及化学键。     

节理接触面对应力波传播影响的SHPB试验研究EI北大核心CSCD

为探讨岩体的节理接触面积对应力波传播规律的影响,采用分离式霍普金森压杆试验装置开展试验研究,分析不同接触面积比的节理的动态力学特性以及节理的接触面积几何分布对应力波传播特性的影响。人工切槽的岩块与完整岩块组合得到不同接触面积比的节理岩块作为试样。通过一系列的实验,得到以下的结论:节理的接触面积比、接触面积分布和冲头冲击速率不仅影响节理岩块的动态力学特性而且影响应力波的传播。应力波的透射系数与冲头冲击速率、节理面大小及相对密集度(即接触面分布离散和接触面分布紧凑)有关;当节理接触面的几何相对密集度一定时,应力波透射系数随着节理接触面积比的增大呈线性增长,且透射系数随冲头速率的增大而增大;此外,相对于节理接触面积小但分布离散的岩体,应力波通过接触面积大、分布紧凑的节理的衰减更为明显。     

锚固支护深部巷道爆破开挖模型试验研究EI北大核心CSCD

为研究锚固支护对钻爆法施工深部巷道围岩分区破裂的影响,采用深部巷道围岩破裂机制与支护技术模拟试验装置,开展高轴地应力条件下锚固支护深部巷道爆破开挖三维相似物理模型试验。爆破开挖、轴向超载完毕,模型巷道洞周围岩径向拉应变和径向压应力均呈现出波峰与波谷的波浪变化,与未支护模型巷道洞周径向拉应变变化规律相似,表明锚固支护模型巷道依然存在分区破裂的趋势。与未支护模型试验结果对比,锚杆和锚索联合支护的模型巷道在锚固支护部位未出现分区破裂现象,分析得出锚杆和锚索的联合作用可实现围岩应力的转移和重分布。研究结果表明,锚固支护对抑制深部巷道分区破裂具有重要的作用。     

砂岩的蠕变与弹性后效特性试验研究EI北大核心CSCD

采用岩石全自动伺服三轴流变试验设备对三峡库区典型砂岩试样开展分级加、卸荷的蠕变与弹性后效试验,得到岩样在不同应力水平条件下时效变形曲线。试验结果表明:岩样的时效变形特征明显,随着应力水平的逐渐增大,试样的蠕变、弹性后效、不可逆变形的量值及其平均速率均呈现出逐步增大的变化趋势;其中蠕变与不可逆变形量的变化规律性具有较好的一致性,弹性后效恢复的变形平均速率的变化幅度越来越小,逐渐趋向于某一定值;岩样在加载至最后一级应力水平下出现了非线性加速蠕变现象,试验全过程曲线反映了蠕变变形典型的三阶段特征。推导了三维应力状态下的Burgers模型的蠕变与弹性后效本构方程,基于流变试验得到的数据利用优化搜索后的算法对相应参数进行辨识,分别得到岩样在蠕变与弹性后效阶段的相应三维参数;对时效参数分析得出,黏性参数mη随应力水平的增加而呈非线性劣化的规律,表现出较为明显的非定常性规律特征;当试样处于蠕变阶段时,黏性参数反映的是岩石稳态蠕变变形特征,而在试样处于弹性后效阶段时,黏性参数则是描述岩样卸除荷载后不可逆变形的变化规律。