大理岩三轴压缩变形破坏与能量特征研究

利用伺服试验机对大理岩进行了常规三轴压缩试验,基于试验结果,研究了岩样三轴压缩变形破坏及其能量特征。结果表明,低围压时岩样内部材料并未均匀化,岩石表现为应变软化特性;而高围压时岩样内部材料强度由低到高逐渐屈服,变形趋于均匀,岩石出现塑性流动特性。岩石峰值应变与围压成正线性关系;岩石残余强度对围压的敏感性显著高于峰值强度。岩石破坏应变能随着围压的增大而增大,且两者成正线性关系;岩石全部断裂能随着围压的增加亦成正线性增加。     

干、湿养护下橡胶细集料水泥砂浆压缩破裂及能量演化特性

开展相对湿度为95%和50%养护条件下橡胶水泥砂浆试件的单轴压缩试验,对试件压缩变形过程的破裂机理及能量转化进行了分析,建立了橡胶水泥砂浆的单轴受压理想细观模型。结果表明,与普通水泥砂浆相比,橡胶水泥砂浆单轴压缩破坏模式有很大差异,表现为裂而不散的延性破坏模式,而非普通水泥砂浆的锥形脆性破坏模式。试件破裂能量演化过程包括压密、弹性变形、破裂发展、峰后软化四个阶段,并伴随着能量输入、能量积聚、能量耗散、能量释放四个过程。降低养护湿度和增加橡胶掺量均会使试件吸收能量的速率降低,在破坏阶段试件仍然可以继续积聚弹性能,且随橡胶掺量的增加其积聚弹性能的能力越强。养护湿度对普通水泥砂浆的储能极限影响较大,对橡胶水泥砂浆的储能极限影响较小,橡胶水泥砂浆■的最大值也仅为普通水泥砂浆■的1/10左右。     

不同应力路径下辉绿岩能量演化与破坏机制研究EI北大核心CSCD

以灵宝矿区辉绿岩为研究对象,开展了单轴及三轴循环加卸载试验和恒轴压卸围压试验,分析了应力-应变曲线及破坏形态,研究了辉绿岩在不同应力路径下的能量演化过程与破坏机制。研究表明:在三轴循环加卸载变形破坏过程中,随着循环次数的增加,滞回环的面积逐渐增大,岩样耗散能与弹性能均增大,耗散能的增长速率逐渐变大,弹性能的增长速率逐渐变小,且围压越大耗能比越大,岩样内部的裂隙扩展和汇合现象显著增加;在恒轴压卸围压变形破坏过程中,围压对辉绿岩的抗压强度和横向变形影响较大;在相同初始围压下,相比较循环加卸载应力路径,卸围压应力路径下试件破坏时弹性能密度更大。     

三向应力状态下混凝土动态强度和变形特性研究

利用大连理工大学自行研制、改造的大型液压伺服静动三轴试验系统对立方体混凝土试件进行恒定围压下的动态三向压缩试验,侧向恒定围压分别为0MPa、4MPa、8MPa、12MPa、16MPa五个级别,应变速率分别为10-5/s、10-4/s和10-3/s三个量级,系统研究了不同恒定围压和应变速率对混凝土强度和变形特性的影响。试验表明:随着围压的增加,混凝土三轴极限抗压强度有明显的增强趋势;峰值应力处的应变值增加幅度显著。随着应变速率的增加,围压较低时,混凝土动态强度的增加趋势明显;围压较高时,动态强度随应变速率增加而增加的趋势减弱,特别是当围压值超过混凝土的单轴强度时,可以不考虑混凝土应变速率对混凝土强度的影响。得出了混凝土在不同应变速率以及不同恒定围压下的应力应变全过程曲线。     

玻璃纤维珊瑚海水混凝土三轴受压力学性能试验

为研究玻璃纤维珊瑚海水混凝土的三轴受压力学性能,以围压值和纤维掺量为变化参数,对36个圆柱体试件进行常规三轴试验。试验观察了试件的破坏形态,获取了其应力-应变全过程曲线;基于试验数据深入分析了变化参数对其各项力学性能的影响规律。结果表明：随着围压值的增大,破坏形态由竖向劈裂转为斜向剪切和挤压流动破坏,应力-应变曲线峰值增大、峰点后曲线平缓,其初始弹性模量、峰值应变、峰值应力、能量耗散均增大,而延性系数先增后降,当围压值为6 MPa时,延性系数分别为其单轴受压状态下的3.64倍、3.32倍、2.86倍;随着纤维掺量的增大,其初始弹性模量、延性系数、峰值应力、能量耗散均先增后降,而峰值应变先降后增,当玻璃纤维掺量为4 kg·m^-3时,其平均弹性模量达到5.83 GPa,相比其他两种掺量,其平均延性系数分别增长了3.0%、16.7%,平均峰值应力增长了9.6%;侧向围压与外掺玻璃纤维均可降低损伤发展的速率和程度。     

冲击作用下含水煤样能量吸收和耗散规律及本构关系研究

煤层注水是综放开采回采巷道预防冲击地压的主要措施之一。为了研究含水煤样动态力学性质和力学参数,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同含水率的圆柱形煤样进行单轴冲击压缩试验,研究含水率和冲击速度对煤样动态应力-应变曲线、动态力学参数以及耗散能变化规律的影响。研究结果表明：(1)煤样动态力学参数与冲击速度和含水率有关。当煤样含水率一定时煤样动态抗压强度、动态弹性模量与冲击速度成正相关;而冲击速度一定时煤样动态抗压强度、动态弹性模量与含水率成负相关;(2)在冲击过程中煤样的损伤耗散能直接反映煤样中微裂隙发育程度,随着冲击时间的增加,煤样损伤耗散能增大,煤样坍塌破坏时损伤耗散能达到最大值。当含水率一定时煤样破坏耗散能与冲击速度成正相关;而冲击速度一定时煤样破坏耗散能与含水率成负相关;(3)损伤因子定义为煤样损伤耗散能与破坏耗散能的比率。基于煤样单轴冲击压缩试验结果,建立了煤样损伤体-黏弹性本构模型和本构关系,对不同含水率煤样动态应力-应变试验曲线进行理论拟合,理论拟合曲线与试验曲线拟合度高,因此理论曲线可用来表示单轴冲击压缩煤样的应力-应变关系。研究结论为冲击地压矿井深孔煤层注水预防冲击...     

高性能PVA 纤维增强水泥基复合材料常规三轴受压本构模型

对PVA 纤维体积率从0%~2%的高性能水泥基复合材料(HPFRCC)圆柱体试件进行了6 种不同围压下的常规三轴受压试验,研究其三轴受压性能,测得了极限抗压强度、峰值应变、极限应变以及应力-应变曲线。根据试验结果得出HPFRCC 的极限抗压强度、峰值应变以及极限应变与侧向围压之间的关系。基于实测圆柱体应力-应变曲线的特点,提出了HPFRCC材料常规三轴受压本构模型。计算结果与试验数据的对比表明,根据该文模型所得的计算曲线与试验曲线吻合较好,研究成果可为HPFRCC结构非线性有限元分析提供依据。     

基于流变试验的向家坝砂岩长期强度评价

基于向家坝砂岩的常规三轴压缩试验和三轴压缩流变试验成果,分别通过应变等时曲线簇、稳态蠕变速率与应力水平的关系、裂纹损伤应力、流变荷载与破坏时间关系确定砂岩的长期强度,并比较这4种方法的适用性。结果表明:砂岩体积应变等时曲线簇的拐点比轴向应变、侧向应变等时曲线的拐点更为明显,而且其对应力水平和时间的反应更敏感;轴向稳态蠕变速率和侧向稳态蠕变速率与应力的关系符合指数函数关系,采用给定稳态蠕变速率阈值确定岩石长期强度比利用稳态蠕变速率-应力曲线的拐点确定长期强度更为合理;岩石的裂纹体积应变等时曲线簇以及其稳态蠕变速率与应力的关系也可以作为确定岩石长期强度的一种方法;岩石的裂纹损伤应力反映长期强度所在应力水平,为蠕变试验荷载分级提供依据。     

砂岩裂纹发育细胞观机理CT实时研究

利用最新研制成功的医用Ｘ射线ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｂｙ）机配套的专用岩石破坏试验加载设备,完成了单轴压缩使用下砂岩细观损伤演化特征的ＣＴ检测试验。得到了岩石破坏全过程中从微孔洞被压密到微裂纹发生、发展、贯通破坏、卸荷等不同发展阶段的ＣＴ图像。基于试验行到和岩石损伤扩展的细观机理,将岩石全过程曲线分为六段。     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性及破坏模式试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行不同围压与不同应变率下三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT - 150C试验机也进行了部分准静态下三轴压缩实验.根据实验结果,分析围压对砂岩动态冲击性能的影响,并讨论冲击过程中岩石的破坏模式.研究结果表明,在围压一定情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同情况下,岩石的动态压缩强度与弹性模量会随着围压的增大而增大.岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大.岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,且递增的程度随围压的增加而增加.三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式.     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性和破坏模式的试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行了不同围压和不同应变率下的三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT-150C试验机也进行了部分准静态下的三轴压缩实验。根据实验结果,分析了围压对砂岩动态冲击性能的影响,并重点讨论了冲击过程中岩石的破坏模式。研究结果表明,在围压一定的情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同的情况下,岩石的动态压缩强度和弹性模量会随着围压的增大而增大。岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大。岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,而且递增的程度随着围压的增加而增加。三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式。     

钢纤维混凝土多轴损伤比强度准则EI北大核心CSCD

以损伤比强度理论为基础,建立了钢纤维混凝土真三轴损伤比强度准则,并根据钢纤维混凝土试验资料,推荐了钢纤维混凝土损伤比变量表达式中的6个经验参数。利用钢纤维混凝土在单轴、双轴和三轴受力状态下的应力-应变曲线试验结果验证了损伤比取值合理性,对比了单轴受拉、单轴受压和双轴等压等典型受力状态下钢纤维混凝土和普通混凝土损伤比变量取值的差异。通过与国内外共104组钢纤维体积率为0.5%~2.5%的钢纤维混凝土三轴强度试验资料的比较,表明六经验参数钢纤维混凝土损伤比强度准则的三维破坏包络面接近已有认识;通过与国内外强度准则比较,表明损伤比强度准则与钢纤维混凝土三轴试验数据有较高的吻合度。对于围压三轴受力状态,提出简化的钢纤维混凝土常规三轴强度准则,并与已有常规三轴强度准则进行比较分析。此外,对于材料处于二轴受力,推荐了简化的损伤比二轴强度准则中的经验参数取值。     

岩石可释放应变能及耗散能的实验研究

地下岩石结构的变形破坏是能量耗散与能量释放的综合结果.岩石结构内部储藏的可释放应变能和己耗散能的计算,涉及到在当时工况下岩石的卸荷弹性模量和泊松比,并与加载速度与载荷水平有关.该文在不同加载速度及不同载荷水平下,对岩石试件进行了单压加卸载实验,得到了卸荷弹性模量与泊松比、可释放应变能与耗散能的变化规律;进行了SHPB动...     

Behavior of high performance fiber reinforced cement composites under multi-axial compressive loading

Experiments were conducted to better understand the behavior of strain hardening, high performance fiber reinforced cement composites (HPFRCC) when subjected to uniaxial, biaxial, and triaxial compression. The experimental parameters were: type of fiber, fiber volume fraction, and loading path. Two types of commercially available fibers, namely high-strength hooked steel fiber and ultra high molecular weight polyethylene fiber, with volume fractions ranging from 1.0% to 2.0%, were used in a 55-MPa mortar matrix. The selected loading paths consisted of uniaxial compression and tension, equal biaxial compression, and triaxial compression with two levels of lateral compression. The test results revealed that the inclusion of short fibers can significantly increase both strength and ductility under uniaxial and biaxial loading paths, but that the role of volume fraction is rather small for the range of fiber volume contents considered. The results also showed that the confining effect introduced by the fibers becomes minor in triaxial compression tests, where there is relatively high external confining pressure. The experimental information documented herein can serve as input for the development of multiaxial constitutive models for HPFRCCs.     

Experimental characterization of the stress–strain behaviour of cemented paste backfill in compression

It is of great interest for economical and security reasons to understand the compressive properties of underground cemented paste backfill. In this paper, the stress–strain behaviours of cemented paste backfill (CPB) subjected to uniaxial compression and conventional triaxial tests are presented and discussed. The effect of CPB basic components, strength, ageing and confining pressure on the deformation behaviour of CPB are evaluated and discussed. The results show that the stress–strain behaviour of CPB is strongly influenced by the confinement, the age and strength of CPB, and its components. The increase in confining pressure leads to a change in the mode of failure, in the stiffness, and an increase in the strength.     

Analysis of the energy and damage evolution rule for sandstone based on the particle flow method

We use the particle flow code PFC3D to simulate the triaxial compression of sandstone under various radial stresses and loading strain rates to determine the triaxial stress-strain curves, crack propagation path, and contact forces to investigate the failure process of sandstone. We analyze the energy and damage evolution during triaxial compression. The results indicate that the tension and shear-induced cracks increase with the increase of radial stress under the same loading strain rate. Both normal and tangential contact forces exhibit strong anisotropy and increase with radial stress and strain rate. The normal contact force has an approximately symmetrical distribution with respect to the horizontal plane, whereas the tangential contact force has an approximately symmetrical distribution with respect to the axis. For the characteristics of the energy evolution, the boundary energy density, strain energy density, and dissipated energy density all increase linearly with the radial stress, and the boundary energy density increases at the fastest rate, followed by the strain energy density and dissipated energy density. In the post-peak stage the primary energy consumption is the dissipated energy. After that, in the remaining stage the strain energy decreases gradually. By analyzing the evolution of the damage variables in the prepeak area we observed that the damage variable followed an exponential relationship with the axial strain. When the loading strain rate is constant, the damage variable corresponding to the same strain value decreases with increase of radial stress. The results indicate that the increase in radial stress delays the damage acceleration. In contrast, the effect of the loading strain rate on the damage variable is small. The findings reveal the internal structural evolution of rocks during deformation and failure.

     

混凝土三轴蠕变统计损伤模型研究

为探讨混凝土三轴蠕变特性,采用SAM-2000微机控制电液伺服材料三轴试验机并配备压力自平衡式三轴压力室对混凝土进行了三轴压缩试验和三轴蠕变试验,结果表明:围压的存在可以显著提高混凝土的承载能力,围压越大,混凝土的轴向承载能力越高,蠕变变形量和变形速率越小。假设混凝土破坏为其内部微元破坏累积所致,微元破坏概率与混凝土应变存在一定关系P[#x003b5;],且服从Weibull分布,结合三轴压缩试验结果,计算得到了描述混凝土损伤特性的统计损伤变量;基于Burgers流变模型,通过引入损伤变量建立了混凝土三轴蠕变统计损伤模型,利用MATLAB软件进行了模型参数拟合,经对比分析,模型曲线与试验曲线拟合结果较理想,主偏应力越大,拟合结果越精确。此模型可供今后研究参考。     

钢纤维高性能轻骨料混凝土多轴强度和变形特性研究

为了研究钢纤维掺量和三轴应力比对高性能轻骨料混凝土破坏准则和本构关系的影响规律,进行了钢纤维全轻混凝土和钢纤维次轻混凝土多轴强度和变形特性的试验研究,考虑到试验机加载能力和新拌高性能轻骨料混凝土的工作性能,选取的钢纤维体积掺量为0、0.5%、1.0%和1.5%,试验加载路径有单轴拉、压,双轴等压和真三轴压。结果发现在单轴应力和低应力比条件下,钢纤维能够明显地发挥增强阻裂作用,随着钢纤维掺量的增加,中间主应力对极限抗压强度和峰值应变的影响越来越大,且钢纤维体积掺量对两种轻骨料混凝土应力-应变曲线下降段有一定的影响;在高应力比条件下,钢纤维体积掺量对峰值强度、峰值应变和应力-应变曲线下降段无明显影响,但对高应力比下轻骨料混凝土应力-应变曲线上特有的应力平台区域有较大的影响。考虑钢纤维含量特征参数的影响,对普通骨料混凝土的Kotsovos破坏准则进行了相应的修正,得出了适合钢纤维增强轻骨料混凝土的破坏准则表达式。