上海人工冻结软黏土抗压抗拉强度试验研究

对3种典型的上海饱和冻结软黏土进行单轴无侧限抗压强度试验,通过对试验数据的分析,得出饱和冻结软黏土的单轴抗压强度受温度、应变速率、含水率及干密度等因素的影响规律:①抗压强度随应变速率的增加以幂函数的形式增大;②抗压强度随温度的降低线性增加;③在相同的应变速率及温度条件下,含水率越大,冻结软黏土的抗压强度越大;干密度越大,抗压强度越小。并得出抗压强度与温度、应变速率关系的幂函数模型参数。通过恒温下冻土间接拉伸试验,分析了保持轴压的大小及加载速率的大小对抗拉强度的影响,得出试样所受轴压和围压对抗拉强度起到一个弱化作用的结论,并分析了原因。对抗拉强度与加载速率进行线性回归,得出了模型参数。通过分析图表得出了抗拉强度随加载速率增加而增加,轴压保持越高抗拉强度增长速率越小的结论。     

围压对砂岩动态冲击力学性能的影响

 利用带围压装置的霍普金森压杆设备对砂岩在不同围压等级、不同应变率下的动态力学性能进行试验研究,分析砂岩单轴动态抗压强度和比能量吸收值的应变率效应,围压状态下砂岩在冲击荷载循环作用下的力学特性以及累积比能量吸收值与入射能量、围压等参量之间的关系。研究结果表明,砂岩的动态杨氏模量与静态杨氏模量相比明显增加,两者比值达3.21～3.81;而当应变率为50～100 s－1时,动态杨氏模量随应变率有所增加,但变化不大。砂岩单轴动态压缩试验的比能量吸收值与应变率 呈线性关系,而单轴动态抗压强度增长因子 (即动态抗压强度)与 成线性关系。在围压状态下,砂岩具有明显的脆性–延性转化特征,其应力–应变曲线出现明显的屈服平台,呈近似的弹塑性特征。围压的加载作用对阻止试件产生剪切失稳的作用相当明显。随着冲击荷载循环作用次数的增加,试件的杨氏模量变小,屈服应力降低,屈服应变增加。砂岩的破坏形态随围压大小不同而发生变化,砂岩从轴向拉伸破坏形态向压剪破坏形态转变的临界围压值为10 MPa。在能量相同的入射波作用下,砂岩试件在低围压时比在高围压时的比能量吸收值大,且砂岩的比能量吸收值、入射波能量和围压三者具有良好的规律性,并得到比能量吸收值随入射波能量和围压变化的关系式。     

低频机械振动含瓦斯煤体积应变变化规律研究

为研究低频机械振动对含瓦斯煤体积应变的影响,建立煤体孔隙瓦斯压力、吸附膨胀力、振动衰减应力作用下煤体体积应变变化方程。以10,20,30 Hz振动1,2,3,4,5 h后的煤体试件单轴抗压强度变化试验检验方程所反映的规律性,发现振动频率相同,振动时间越长,试件单轴抗压强度越低,计算应变越大;振动时间相同,振动频率越小,试件单轴抗压强度越高,计算应变越小。分析认为振动使煤体孔隙率变大,应变变大,从而单轴抗压强度降低。振动时间相同,振动频率越大,单轴抗压强度越低,试件孔隙率就越大,试件应变就越大;振动频率相同,振动时间越短,单轴抗压强度越高,试件孔隙率就越小,试件应变就越小。且无论频率为何值,单轴抗压强度均随时间的增加而降低,表明试件孔隙率均随时间的增加而变大,试件应变均随时间的增加而增大,抗压强度所反映出的应变变化与计算得出的应变规律相一致。方程计算值能较好地反应低频机械振动作用下不同振动频率、振动时间影响煤体应变变化规律。     

不同含水率红砂岩静动态劈拉试验及细观分析

研究水-岩耦合作用下岩石力学特性及细观结构,对减少由地下水造成的深部岩体工程病害具有重要意义。采用直径为100 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置与电液伺服压力试验机,进行不同含水率下砂岩试件的动静态劈裂抗拉试验,而后对试件破坏断口进行电镜扫描观察,分析断口形貌特征,依靠SEM图像数字处理技术,进一步得出红砂岩拉伸破坏规律。试验结果表明:红砂岩的劈拉强度随含水率的增加而降低,有明显的遇水软化现象;相比于静态抗拉强度,动态抗拉强度大幅提升,且有显著的应变率强化效应;随着含水率的提高,砂岩试件拉伸破坏时,碎块数量逐渐增多,尺度逐渐减小;饱水岩样的动态劈裂拉伸破坏相比于干燥岩样表现出一定的塑性特征。对断口微裂隙的面积等信息进行定量化处理,分析动态劈拉破坏中的水-应变率效应,得出水在不同应变率下砂岩试样的动态劈拉破坏裂纹扩展中具有均衡作用;微裂隙数量与面积随应变率的提高有增加趋势,破坏断口细观形貌特征存在应变率相关性。     

用数字图像相关技术进行红砂岩细观裂纹损伤特性研究

通过对红砂岩试样应变响应和表面裂纹图像的同步观测试验,以及试样表面细观裂纹萌生、扩展图像信息的采集和量化方法的研究。提出了用数字图像相关技术处理不同含水状态下红砂岩试样动态变形过程中的灰度分布图;并去除微裂纹,探讨了红砂岩动态损伤状态与其宏观力学之间的关联。为了获得试样微观预制裂纹扩展的定量描述,引入裂纹损伤度与损伤张量2个物理量,定量评价了含水状态下红砂岩预制细观裂纹动态渐进扩展损伤特性,进一步了解了单轴压缩状态下细观裂纹扩展的演化规律。     

加载速率对湿态混凝土强度的影响

首先研究了混凝土在自由吸水条件下的饱和度演化规律,然后对5种湿度状态下的混凝土进行了5种抗压加载速率下的单轴压缩试验和5种劈裂抗拉加载速率下的劈裂抗拉试验,最后建立了不同饱和度混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度随加载速率变化的预测公式,并分解了自由水与加载速率的独立效应.结果表明:相同加载速率下混凝土试件的抗压强度与劈裂抗拉强度均随饱和度的增加而降低;相同饱和度下混凝土试件的抗压强度与劈裂抗拉强度均随加载速率的提高呈近似指数关系增长;相同饱和度下混凝土劈裂抗拉强度随加载速率的变化幅度较抗压强度更为显著.     

含水率对泥质白云岩力学特性影响的试验研究

水-岩相互作用,将对岩质边坡和路基的稳定发生严重的影响,分析不同含水率情况下泥质白云岩的变形特性和强度变化规律,可以为水-岩相互作用地层中的工程设计、施工和运营提供参考。本文根据干燥状态下泥质白云岩纵波波速波动范围对岩样进行分组,并对岩样进行含水率配制,将不同含水率岩样进行单轴压缩试验。试验结果表明:随着含水率的增加,泥质白云岩的单轴抗压强度和弹性模量呈下降趋势,而泊松比呈上升趋势;岩样干燥状态下纵波波速越大,岩样越密实,单轴抗压强度和弹性模量越大;岩样含水率越小,对单轴抗压强度和弹性模量的影响程度越小;采用纵波波速对岩样进行分组,可以减小试验数据的离散性,增加试验结果的规律性和可靠性。     

基于SHPB试验下两种岩石的动态力学性能研究

采用Ф100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了冲击压缩荷载作用下斜长角闪岩和砂岩动态力学性能,从岩石材料的微观角度阐明了两种岩石动态力学性能随应变率的变化规律。结果表明:斜长角闪岩和砂岩的动态抗压强度、动态抗压强度增长因子都随应变率增大而增大,但砂岩比斜长角闪岩对应变率的变化更加敏感。较低应变率下,砂岩试件的动态压缩破坏呈外围剥落式径向拉伸破坏模式,斜长角闪岩呈轴向劈裂破坏模式;但在较高应变率下,由于破碎程度严重,砂岩呈现粉碎破坏模式,斜长角闪岩呈现压碎破坏模式。本文研究成果可以为其他类型的脆性材料动态力学性能的研究提供参考。     

瓦斯抽采钻孔孔周裂隙演化及等效裂纹宽度试验研究

为探究瓦斯抽采钻孔孔周裂隙扩展特征,取不同含水率的含孔方形试样,开展在渐进性破坏过程中数字散斑相关测量,获得单轴压缩下试样表面裂纹扩展过程中应变场的演化特征;采用RSM-SY7声波仪获取试样在破坏过程中的透射波形、波速和时间,根据声波透射过程中的时差计算公式,计算出试样在破坏过程中的等效裂纹宽度,揭示含水率对含孔试样裂纹扩展规律的影响。结果表明:(1)在试样渐进性破坏过程中,随着含水率的增大裂隙扩展明显减少,峰值应力σ_p的离散性显著降低;(2)超声波检测结果显示,饱水状态下首波到达时间较干燥状态下延迟8～10ms,且声波能量在时间域上衰减较快;(3)对试样破坏过程中等效裂纹宽度和应力水平试验曲线的拟合,得出等效裂纹宽度随应力水平的增高呈现指数级增长,可以对裂纹扩展参数进行定量化描述;裂隙扩展速率随含水率的增高显著降低,其中控制含水组的等效裂纹宽度在0.003～0.004mm范围,干燥试样的等效裂纹宽度在0.012～0.013 mm范围。     

龙游石窟砂岩在不同含水状态下的弹性波速与力学性能

 为研究水环境变化对龙游石窟风化破坏的影响,进行不同含水状态下砂岩的力学性能和弹性波测试,分析在不同含水条件下砂岩的应力–应变曲线、峰值强度和弹性模量的变化规律。分析结果表明：含水率对岩石的应力–应变曲线、峰值强度和弹性模量等力学性质有显著影响,随着含水率的增加,应变软化特性弱化,峰值强度和弹性模量呈指数减少。弹性波速的测试结果表明,单轴抗压强度与波速具有线性关系;含水率为1.5％时,弹性波速出现反常,降低到一个很低的值,主要原因是砂岩中含有较多膨胀性的黏土矿物;各向异性受含水率的影响并不明显;干燥、稳定的环境有利于洞室的保护。     

双面剪切荷载作用下岩石断裂过程声发射特性研究

为深入研究双面剪切荷载作用下岩石断裂过程声发射特性,利用自主研发的煤岩双面剪切试验装置及PCI–2型声发射系统,分析砂岩声发射特性随含水率增高声发射特性曲线变化趋势。试验结果表明:砂岩试件在不同含水率条件下,其剪应力随时间变化趋势一致,剪应力达到峰值所需时间随含水率增加呈减少趋势;双面剪切荷载作用下,砂岩的Hit率–时间曲线、累计Hit数–时间曲线均可分为3个阶段,且Hit率峰值滞后于剪应力峰值;砂岩在双面剪切荷载作用下,内部微裂纹萌生、扩展主要始发生于剪应力达到抗剪强度的1/2时,此时砂岩试件处于微破裂稳定发展阶段;砂岩声发射事件幅值由低到高随剪应力增加呈阶梯状分布;砂岩内部微裂纹扩展方式以绕晶而过为主,穿晶破裂为辅。     

含水状态下T2b2泥质粉砂岩蠕变特性试验研究

针对三峡库区软岩的变形特性问题,对不同含水状态下T2b2紫红色泥质粉砂岩的蠕变特性展开试验研究.从桃树垭隧道现场采集新鲜的T2b2泥质粉砂岩,进行四种含水状态下T2b2泥质粉砂岩的单轴蠕变试验,获得不同含水状态下五级荷载的单轴应变-时间曲线,得到蠕变随应力水平变化及含水条件变化的一些基本规律和特征.结果表明:对于任何一...     

CRTSⅠ型CA砂浆动态受压损伤试验

在电子万能试验机上对现场取样的水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)试件在应变率1×10-5～1×10-2S-1下进行动态单轴抗压试验,分析了动态荷载下CA砂浆的抗压强度、弹性模量及临界应变随应变率的变化规律.结果表明:CA砂浆的抗压强度随应变率的增加而增大,CA砂浆的抗压强度、弹性模量及临界应变与应变率之间呈幂函数关系,并给出了抗压强度、弹性模量及临界应变受应变率影响的经验公式.以切线模量的退化来度量CA砂浆的损伤程度,分析了CA砂浆动态损伤槛值随应变率的变化规律:当加载到相同的应变时,应变率越低,CA砂浆的损伤程度越严重;随着应变率的增大,CA砂浆损伤应力槛值及损伤应变槛值均增大;当应变率较高时,应变率对损伤应力槛值与平均抗压强度的比值和损伤应变槛值与平均临界应变的比值影响不大.     

顶板–煤柱结构体力学特性及其渐进破坏机制研究

基于声发射和数码摄像机录像系统,对不同高比的5组顶板砂岩–煤柱结构体进行单轴压缩试验,研究其力学特性及渐进破坏机制。顶板砂岩–煤柱结构体整体强度是远离交界面和交界面处砂岩、煤样强度的综合,摩擦效应加强了交界面处煤样强度,而削弱了交界面处砂岩强度;顶板–煤柱结构体宏观破坏起裂应力、单轴抗压强度和弹性模量均随岩煤高比递减而呈递减趋势;在同等条件下煤样原生裂纹越发育,顶板–煤柱结构体宏观破坏起裂应力、弹性模量和单轴抗压强度越小。顶板–煤柱结构体宏观破坏起裂导致应力–应变曲线出现阶梯状波动,AE信号出现峰值,大部分起裂位置位于煤样上,但当岩煤高比为9∶1时,交界面处砂岩首先破坏起裂。煤样内裂纹扩展和贯通使其变得较破碎且形成局部破坏,同时局部破坏的贯通导致煤样最终破坏;砂岩破坏是煤样内裂纹扩展贯通至其内部造成的,且由于裂纹扩展能力、速度及角度的不同,砂岩破坏形态呈劈裂破坏、剪切破坏或不发生破坏,随岩煤高比增大,煤样和砂岩破坏程度增大,煤样更加破碎。     

高温条件下砂岩动态力学特性试验研究

为研究实时高温作用对岩石动态力学性能的影响,利用φ50 mm变截面分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置及高温环境箱,对砂岩试件进行了常温(25 ℃)、100 ℃、200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃和1 000 ℃7个温度等级的冲击压缩试验,得到了不同温度砂岩试件的动态应力、应变、弹性模量和应变率等,分析了温度变化对砂岩动态力学性能和破坏形态的影响规律。试验结果表明:高温条件下砂岩试件的动态力学性能比其常温状态下发生了显著变化。随着作用温度的升高,砂岩试件的动态抗压强度表现为先增大后减小,峰值应变呈线性增加,弹性模量整体呈二次抛物线下降,平均应变率呈二次抛物线增加;试件受冲击破碎程度随作用温度的升高表现为先减少再逐渐增大的趋势,其动态破坏特征也反映了砂岩试件的强度特征。     

温度循环作用下砂岩破裂过程的细观力学试验研究

利用岩石细观力学试验系统,对常温状态及200℃温度循环作用后的砂岩进行了单轴压缩破裂试验,获得了不同条件下砂岩裂纹的萌生、扩展直至破裂的实时图像,分析比较了温度循环作用对砂岩细观破裂过程以及破裂形态等的影响。试验结果表明：温度循环作用对砂岩的破裂形式有显著的影响,与常温试件相比,经过多次温度循环作用后试件,其破坏时的分支裂纹增多;常温状态下试件在达到峰值应力时才观察到裂纹萌生,峰值后裂纹很快贯通整个试件,试件失去承载力,表现出显著的脆性特征;而温度循环作用后试件,初始裂纹出现的时间提前,并且在峰值之后经历了一个相对较长的扩展演化过程才形成贯通整个试件的破裂面,呈现渐进性破坏特征,裂纹贯通后试件仍具有一定的残余强度。随着循环次数增加,砂岩试件的抗压强度大幅度降低。     

高应变率下不同含水率混凝土力学性能的试验研究

为解决在含水复杂条件下,高应变率荷载作用对混凝土动态力学性能的影响问题,利用含水率控制法与霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同含水率下混凝土试样开展动态单轴压缩试验,探究试样的动态应力-应变曲线、抗压强度、动弹模及峰值应变的变化规律,并对其宏观破坏形态进行分析。研究表明:随着含水率增大,混凝土试样的动弹模与抗压强度减小,峰值应变增大,破碎程度加剧;随着应变率增大,试样的动弹模及抗压强度明显增大,而动态峰值应变变化较小,破坏程度增加,试样破坏类型由拉伸破坏向压剪破坏转变。这说明含水率增大会使混凝土的动态力学性能减弱,而增大加载应变率可提高试样动态抗压性能,加剧混凝土材料的破坏程度。在实际混凝土工程中,应合理设置排水结构减少水对混凝土的侵蚀作用,并且可以设计适宜加载应变率控制混凝土结构的变形与破坏程度。     

滑移型裂纹模型在研究岩石动态单轴抗压强度中的应用

 基于滑移型裂纹模型, 研究了花岗岩在应变速率为10 - 4～100 s - 1的单轴抗压强度与应变速率的关系。结果表明, 花岗岩的抗压强度随应变速率的增加而增加, 模型结果与实验结果吻合较好。在动荷载作用下, 裂纹的扩展速率和岩石断裂韧度的率相关特性, 导致岩石的动态抗压强度随应变速率的增加而增加。     

基于SHPB试验的岩石动态力学响应分析

采用分离式霍普金森压杆试验系统对砂岩进行冲击压缩试验,得到了砂岩的动态冲击压缩应力-应变曲线,研究了砂岩在冲击荷载作用下的动态力学响应,分析了砂岩的动态抗压强度、峰值应变及冲击破碎后的粒径分布等随应变率的变化规律。试验结果表明:在冲击荷载作用下,应变率对砂岩的力学行为有很大的影响,随着应变率的升高,砂岩的动态抗压强度及峰值应变均有较大程度的提高,表现出明显的应变率效应;砂岩破坏后的粒径分布呈现渐进性变化,大体分为三种类型,对岩石试件破坏后的粒径和块度分布进行研究能很好的表征试件破坏后的状况。     

白云岩动力学特性及破坏模式试验研究

为分析矿山深部岩石动力学特性及细观裂纹萌生、扩展以及相互贯通的破坏机制,使用改进的霍普金森试验设备,对白云岩进行常规单轴冲击试验,从应力-应变、强度、能量分布方面探讨了矿岩的动态力学性质,并借助高速摄影设备对白云岩试件的冲击破坏形态及模式进行细观描述。试验得到:白云岩试件动态强度随加载应变率从41.5 s^-1增大到112.5 s^-1,动态抗压强度峰值从104.53 MPa提高到208.6 MPa,且强度峰值出现的时间越来越早;单位体积吸收能随应变率提高呈线性增加关系,破碎块体尺寸随单位体积吸收能的增大而减小;高速摄影细观分析显示,冲击应变率越大,试件完全破坏的发生时间越早,破坏越严重,试件主要破裂面的形成方向与冲击方向一致,属于沿轴方向冲击荷载作用下的拉伸破坏。