基于RTS-500岩石流变仪三轴强度和变形特性

采用英国GDS公司生产的RTS-500型岩石三轴流变仪试验机,进行不同围岩条件下的三轴压缩实验,并对试验结果进行分析. 确定三轴围压下的峰值应力以及其应变的变化规律,以及根据Mohr-Coulomb强度理论确定岩石的c、φ值的变化规律,研究绿泥石英片岩的强度和变形特性.结果表明:在低围压时,岩样内部非均匀化,岩石表现为脆性特性;在高围压时,岩样内部由低到高逐渐屈服,内部趋于均匀化,此时岩石出现由脆性向塑形特性转变的趋势.岩石的峰值应变与围压呈显著的线性关系,岩石残余强度对围压的敏感性明显高于峰值强度. RTS-500型岩石三轴流变仪系统实验精度较高,实验数据可靠.      

高应变率下红砂岩"冻伤效应"

对低温冻结红砂岩进行动态冲击实验,研究高应变率下红砂岩动态力学特性的温度效应,运用损伤理论和能量理论,分析不同负温对红砂岩强度、损伤变量及能量耗散的影响,结合断口形貌分析,探究红砂岩在较低负温下动态力学强度出现劣化的原因.研究表明:较低的负温(-30℃后)会使红砂岩出现"冻伤",导致高应变率下岩石动态力学强度的急剧降低,宏观上则容易出现动力扰动下的瞬时工程灾变.根据断口形貌分析,较低的负温会导致红砂岩内部组成物质间界面处生成大量裂纹,这些裂纹尖端塑性变形能力差,在高应变率加载下极易失稳扩展发生低应力脆性破坏,而胶结物由于组成矿物成分复杂更易受负温影响,因此在动荷载和负温双重作用下往往是胶结物处先产生破坏,进而引起红砂岩整体的破裂.      

含齿形裂隙类岩石材料单轴压缩试验研究

为研究含齿形裂隙岩石在单轴压缩下的破坏特征及强度特性,制作了含不同裂隙倾角和起伏角的齿形裂隙类岩石材料试件,并采用岩石力学伺服试验机进行单轴压缩试验。试验结果表明：（1）试件主要产生拉伸、剪切和拉剪复合裂纹,且根据裂纹的扩展路径可划分为A型（拉伸破坏）、B型（剪切破坏）、C型（复合破坏）3种破坏模式,裂隙倾角对试件最终破坏模式影响显著;（2）当裂隙倾角较小时,试件应力—应变曲线为多峰曲线,随着裂隙倾角的增大,曲线呈单峰形式,表现为延性减弱,脆性增强,而裂隙倾角相同但起伏角不同的试件应力—应变曲线大致相同;（3）当裂隙起伏角相同时,试件当量峰值强度随裂隙倾角的增大呈先减小后增大的规律,且裂隙起伏角对试件当量峰值强度的影响小于裂隙倾角。     

复合岩石单轴压缩力学与破坏特性试验研究

针对深部高地应力及多岩层复杂地质条件,采用伺服控制试验机对复合岩石进行室内力学试验,重现复合岩石在高应力作用下的破坏过程。复合岩石由强度差且强度呈均匀阶梯型的单岩组成,可划分为蛇纹岩—矽卡岩和蛇纹岩—砂岩。通过单轴压缩试验,获得岩石的单一和复合形态下的力学性质与破坏特性。研究结果表明：在高应力作用下,复合岩石中岩石强度较弱的部分首先发生破坏,且初始裂纹的萌生位置和发展模式直接决定了岩样的最终破坏形态;复合岩石与单一岩石之间的抗压强度存在相关性;利用理想弹簧模型可对复合岩石的弹性模量和峰值应变进行推导。复合岩石的力学特性由强弱端岩石共同决定,存在一定的规律性,其破坏特性与单一岩石相似,但较弱端占主要影响地位。     

不同应力条件下硬岩强度与破裂特性试验研究

深部工程围岩内的岩石可能处于一维、二维和三维应力状态下,分别对应室内单轴压缩、双轴压缩和真三轴压缩试验中岩样的应力状态.通过开展单轴、双轴和真三轴压缩试验,系统研究了不同应力状态和水平下岩石非常规破坏的发生机制.不同高宽比和宽厚比岩样的单轴压缩试验结果表明:随着岩样厚度的增加,单轴抗压强度单调增加;随着岩样高度的增加,...     

浸矿过程中离子吸附型稀土矿力学特性实验研究

为研究离子吸附型稀土矿在整个浸矿过程中矿样力学特性的演变规律,利用不固结不排水三轴实验,并结合核磁共振测试技术,得到了不同浸矿时间下稀土试样的应力-应变曲线和试样核磁共振反演图像,建立了稀土试样的应力-应变本构模型。结果表明,伴随着离子置换反应自上而下的过程,稀土试样内部也存在固体微细颗粒自上而下运移过程,该过程会弱化矿体强度。相同围压条件下,在有效浸矿时间内,浸矿试样的偏应力随着浸矿时间的增加而逐渐减小,但在有效浸矿时间过后,其偏应力随着浸矿时间的增加而有所增大,但不会超过其初始偏应力值。在三轴压缩过程中,对试样施加的围压增大的同时,其相应的偏应力也有所增大。实验结果与邓肯-张模型计算出的数据基本一致,拟合精度良好,可采用邓肯-张模型描述和预测不同浸矿时间的稀土矿样的应力-应变的曲线走势。     

含水率对砂岩动态拉伸强度的影响

工程中的岩石具有不同的含水性,研究不同含水率岩石动态力学性质的变化规律,对岩石工程的设计和建设具有很强的指导意义。为研究不同含水率对砂岩动态拉伸强度的影响,利用霍普金森压杆（SHPB）试验装置对不同含水率试样进行了一系列动态巴西劈裂试验,研究了不同含水率砂岩在不同加载率条件下的动态拉伸强度变化规律。试验结果表明：岩石的动态拉伸强度随着加载率的增加而增加,其率相关性与含水率有关,饱和试样的率相关性较强,而干燥岩石的动态强度对加载率的变化不敏感。当加载率较低时,岩石的拉伸强度随着含水率的增加而降低;当加载率较高时,由于水的Stefan效应,水对岩石裂纹产生抗力,阻碍其扩展,导致岩石强度增加,饱和试样的动态拉伸强度出现高于非饱和试样强度的现象。     

不同围压下岩石峰后及残余变形特性试验研究

为使矿山能安全高效地开采,对深部矿山三向应力状态的岩石进行研究。试验采用RTS-500三轴流变仪,对较深部岩石进行常规三轴压缩试验,得到了应力-应变曲线。试验发现:随着围压的增大,峰值强度和残余强度都呈逐渐增大的趋势;峰值强度与残余强度的差值也逐渐降低;随着围压的增大,岩石峰值强度对应的岩石应变出现增大的现象;随着围压增大,岩石的弹性模量出现增大的现象。结论对于实际施工的工程稳定以及岩体的支护设计都具有指导和借鉴意义。     

基于SHPB试验的岩石应变率效应分析

岩石材料在静荷载和动荷载作用下,其力学特性差异很大。采用直径100 mm分离式Hopkinson压杆试验装置和波形整形技术对岩石进行动态冲击压缩试验,研究应变率范围为10～100 s~(-1)岩石的动态抗压强度、峰值应变及破坏形态的应变率效应。试验结果表明:试件动态抗压强度和峰值应变均随应变率增加而增大,最大动态抗压强度约为静态强度的2倍。试件动态破坏形态从低应变率下径向劈裂破坏到高应变率下粉碎破坏,随着应变率增加碎块数量明显增多而粒径变小,碎块粒径和块度分布变化显示出试件破坏形态具有明显的应变率效应。     

含预制裂隙类岩石裂隙演化与破裂特征的试验研究

裂隙岩体是自然界中普遍存在的工程岩体,在外力作用下易引起岩体结构破坏失稳而诱发工程故事。为此,基于相似理论制作了含十字交叉裂隙的类岩石试样,利用RMT-150B岩石力学试验机,对含有不同裂隙长度和裂隙倾角的类岩石试样进行单轴压缩试验,分析其裂隙演化规律和破裂特征。研究结果表明:含预制裂隙试样的抗压强度明显低于完整试块;当主裂隙长度一定时,裂隙岩样的峰值应力随次裂隙长度的增大而降低;当裂隙倾角为0°和60°时,裂隙岩样表现为拉伸型翼形裂纹的破坏形式;当裂隙倾角为30°和45°时,裂隙岩样表现为拉剪混合型裂纹的破坏形式,既有翼形裂纹,又有次生共面裂纹。     

Geomechanical Characterization of the Volcaniclastic Material Involved in the 2002 Landslides at Stromboli

During the 2002 eruption, the NW flank of Stromboli volcano (Southern Italy) experienced large landslides that produced tsunami waves with a maximum runup of 10 m in height. This paper focuses on the geomechanical behavior of the loose volcaniclastic layers, the weakest component of the deposit forming the volcano flank. Tests on the coarse-grained volcaniclastic soil and on the rock material forming the grains were conducted in dry conditions, a feature of the subaerial slope. The rock material, in spite of its high porosity, exhibits relatively high stiffness and strength due to the remarkable continuity of the solid skeleton. Accordingly, the volcaniclastic soil is characterized by high shear strength. During shear tests, however, significant grain crushing occurs, which partly explains the nonlinear shear strength envelope and the strain softening associated with contractive behavior. Grain crushing was also found to affect compressibility and its time dependency, investigated under oedometric conditions.     

Dynamic Fracture and Strain Rate Behavior of Aggregates Used in Transportation

The static and dynamic uniaxial compressive strengths of coarse aggregate materials used in portland cement concrete (PCC) were determined under dry and saturated conditions for three blast furnace slags, three limestones, four dolomites, and two mafic igneous rocks. The slag aggregates exhibited the lowest compressive strength, followed by the carbonates (limestones and dolomites), and the mafic igneous rocks. Both the dry and saturated aggregates revealed a higher compressive strength under dynamic loads compared to the static loads. Based on the experimental data, a rate sensitivity parameter was defined to describe the increase in compressive strength as a function of strain rate. This parameter is deemed to have considerable relevance in evaluating the ability of a specific aggregate to resist dynamic loads such as in aggregate interlock in PCC cracks and joints, friction in asphalt, and also in the development of microfracture during rock blasting. Comparison of the compressive strength data to density and LA abrasion values revealed that the dynamic data have a better correlation to the above properties than the static data.     

温度冲击对花岗岩动态拉伸力学性能的影响

在特定情况下,岩体工程中的岩石会经历温度快速变化（温度冲击）,因此研究温度冲击对岩石的影响对实际工程中岩体的稳定性分析有重要意义。通过将花岗岩试件加热至3种高温（200,400,600 ℃）,并采用3种方法冷却,研究了温度冲击对花岗岩物理性质的影响;使用分离式霍普金森压杆研究了温度冲击对花岗岩动态拉伸特性的影响,发现其动态拉伸强度随加热温度和冷却速率的增大而减小;使用高速摄影仪记录试件拉伸破坏时的裂纹形态,结合碎块形态,分析温度冲击对花岗岩的损伤程度,得出200 ℃加热条件下花岗岩不产生温度冲击,而在400 ℃和600 ℃加热条件下,花岗岩损伤程度随加热温度和冷却速率的增大而增大。     

基于核磁共振的不同含水状态砂岩动态损伤规律

为研究不同含水状态岩石的动态损伤特性,制备干燥、半饱和、饱和3种不同含水状态的砂岩试样.采用分离式霍普金森压杆（SHPB）,以4种不同的低入射能对岩石进行损伤冲击试验.通过核磁共振测试实验对岩石试样进行孔隙扫描,获取岩石孔隙的T₂谱曲线、孔隙度以及孔隙成像等数据.通过试验发现:（1）冲击能量的增加导致岩石的平均应变率和强度的增大;（2）不同含水状态的岩石受到冲击后,孔隙度与孔隙度变化率均有不同程度的增加;（3）与冲击前相比,岩石的T₂谱曲线有明显右移趋势,同时出现谱峰增加的现象,而且冲击能量越大,孔隙谱峰增加越明显;（4）核磁共振成像显示岩石孔隙数量和尺寸有明显的增加,展现出岩石内部孔隙扩展和演化的过程.      

基于SHPB的不同含水状态砂岩动态响应

为研究不同含水状态岩石力学性质的变化规律，并保证仅受含水量这一单一因素的影响，以砂岩作为试验材料，制备饱和系数分别为2.82%、52.11%、100%的干燥、半饱和、饱和三种不同含水状态的岩石试样，进行静载以及8种不同冲击能量作用下的动力学性质的研究.通过试验可知:在静载作用下，相比干燥岩石，半饱和、饱和岩石试样的应力-应变曲线随含水量增加出现了峰值明显降低的现象，抗压强度分别降低了8.12%、19.26%.动载作用下，随应变率的增加，3种岩石强度均呈现不同程度的线性变化，应力-应变曲线出现右移及峰值增加的现象，且干燥岩石与含水岩石在卸载阶段有明显不同的两种趋势，特别是在卸载第二阶段.而在相同冲击能量作用下，岩石的含水量越大，其破碎程度越大.      

含端部裂隙大理岩单轴压缩破坏及能量耗散特性

对含端部双裂隙?50 mm×50 mm的圆柱体大理岩试样进行单轴压缩试验,并利用高速摄影仪实时记录试样破坏过程,研究了端部裂隙长度和倾角对大理岩力学特性及裂纹扩展规律的影响。研究表明,当裂隙长度达到门槛值前,试样的单轴抗压强度的弱化程度较低,弹性模量、峰值应变的变化较小。相对垂直裂隙,相同长度的倾斜裂隙对大理岩的影响更加显著。试验结果与理论分析均表明,裂纹一般不从端部垂直裂隙尖端起裂,试样的起裂裂纹大多发展为主裂纹,扩展过程中较少产生分支与分叉,试样表面会产生局部剥落,倾斜裂隙试样宏观上呈剪切或拉剪复合破坏,垂直裂隙试样呈劈裂拉伸破坏。试样能耗参数与单轴抗压强度的变化趋势一致,试样总应变能和其单轴抗压强度有较好的正相关关系。最后,比较了动、静载荷作用下含端部裂隙大理岩力学响应与裂纹扩展过程的差异。      

Application of Weibull Statistics to the Tensile Strength of Rock Aggregates

Rock aggregates forming part of engineering structures such as embankments, rock fills, pile foundations, and pavements are subjected to static and dynamic loads. As a result of these loads crushing occurs in two different forms: abrasion and particle fragmentation. Particle fragmentation takes place when a particle is subjected to a tensile stress greater than its tensile strength. This tensile strength is a highly variable parameter. The work presented in this study shows that Weibull statistics can be used to characterize the variability in tensile strength of rock aggregates by only using one constant called the Weibull modulus. This parameter can be used not only to describe variability in tensile strength but also to describe the effect of size specimen in tensile strength. The higher the modulus, the lower is the influence of the variability of tensile strength and sample size. More than 390 different specimens coming from a red Biotite Gneiss and a grey Quartzite were tested to validate the use of Weibull statistics. The Weibull modulus was found to be equal to 2.75 and 4.23 for the red Biotite Gneiss and the grey Quartzsite respectively.     

应变速率对中碳低温贝氏体钢强塑性的影响

摘要：为探索低温贝氏体钢的断裂行为,研究应变速率对低温贝氏体钢TRIP效应的影响,采用不同应变速率的拉伸试验对低温贝氏体钢的强塑性进行研究。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及X射线衍射（XRD）等试验方法对低温贝氏体钢的微观组织、断口形貌及裂纹走向进行表征。结果表明,随着应变速率的提高,试验钢的屈服强度由771MPa上升至806MPa,抗拉强度由1554MPa上升至1606MPa,断后伸长率由13.5%下降至9.0%。主要原因是高应变速率拉伸引发的绝热温升抑制了残余奥氏体的马氏体相变,对试验钢塑性造成负面影响。