砂岩冻融破坏机理及冻融力学性质研究初探

选取2008年极端冰雪受灾地区的灰色砂岩,通过扫描电镜试验、冻融循环试验和单轴压缩试验,探究了砂岩在极端冰雪条件下的破坏机理和物理力学性质。试验结果表明,灰色砂岩的冻融破坏主要是沿着试样沉积层理面（微结构面）出现、发展和贯通,层理面的破坏源于碎屑颗粒间填隙物的破坏;砂岩宏观冻融破坏模式的类型和冻融循环后力学性质的变化与其发育的沉积层理密度关系密切;表征砂岩单轴抗压强度或弹性模量随冻融循环次数变化关系的模型中,直线模型最为实用。     

周期性荷载作用下岩石力学特性数值模拟研究

为研究周期性荷载作用下岩石的力学特性,开展了基于离散单元法(DEM)的岩石疲劳数值模拟试验,通过模拟单轴压缩试验研究了数值模型中微观参数对试样宏观参数的影响,再通过数值疲劳试验研究了砂岩的疲劳变形特性。结果表明,砂岩的疲劳应力—应变曲线受控于单轴应力—应变过程曲线,疲劳破坏时的轴向应变即为周期性荷载最大应力在单轴应力—应变曲线中所对应的峰后部分应变。通过分析砂岩的疲劳渐进破坏过程发现,最大应力和平均应力是影响砂岩疲劳寿命的两个重要因素。研究成果对于了解岩体疲劳破坏机理、合理评价工程稳定性有重要意义。     

层状裂隙岩体有自由面的渗流分析

针对互层状裂隙岩体中的渗流问题,总结了互层状裂隙岩体中的层面裂隙和构造裂隙发育规律,提出了一种互层状岩体中裂隙网络生成方法并基于双重介质饱和一非饱和渗流模型分析了软岩中存在和不存在切层裂隙两种情况下自由面渗流问题,讨论了层面裂隙、层问裂隙和切层裂隙隙宽对自由面的影响.结果表明,在互层状裂隙岩体有自由面渗流中可能出现多层自由面的现象,取决于层间、切层及层面裂隙隙宽的组合.     

卸荷损伤节理岩体加载条件下力学试验研究

岩体在卸荷作用下力学参数会发生劣化,导致承载力大幅减小。基于卸荷岩体力学理论,预制不同节理的砂岩岩样,在不同围压和卸荷量的条件下,对岩体的波速、应力应变特征、弹性模量、泊松比等参数进行试验测定。结果表明,节理岩体的波速与卸荷量关系呈阶段性变化。随着卸荷量的增加,波速衰减率明显增大;卸荷量越大,节理岩体的压密过程就越长;在卸荷量为0%和60%时,一定节理倾角的岩体,围压为5 MPa和10 MPa的弹性模量变化规律极为相似,并且弹性模量差值在10%以内,而围压为0 MPa和5 MPa的弹性模量相差在30%以上;在卸荷量和围压(都不为0)一定时,岩体的弹性模量与节理倾角呈类似正弦函数的变化规律;节理岩体的泊松比与卸荷量之间满足y=a+b(xc-1)关系。     

卸荷损伤节理岩体加载条件下力学试验研究

岩体在卸荷作用下力学参数会发生劣化,导致承载力大幅减小。基于卸荷岩体力学理论,预制不同节理的砂岩岩样,在不同围压和卸荷量的条件下,对岩体的波速、应力应变特征、弹性模量、泊松比等参数进行试验测定。结果表明,节理岩体的波速与卸荷量关系呈阶段性变化。随着卸荷量的增加,波速衰减率明显增大;卸荷量越大,节理岩体的压密过程就越长;在卸荷量为0%和60%时,一定节理倾角的岩体,围压为5 MPa和10 MPa的弹性模量变化规律极为相似,并且弹性模量差值在10%以内,而围压为0 MPa和5 MPa的弹性模量相差在30%以上;在卸荷量和围压（都不为0）一定时,岩体的弹性模量与节理倾角呈类似正弦函数的变化规律;节理岩体的泊松比与卸荷量之间满足y=a+b(xc-1)关系。     

层状岩体引水隧洞围岩稳定性数值模拟分析

为研究不同产状下层状岩体引水隧洞在施工中围岩稳定性特征,以青海省引大济湟部分引水隧洞为例,建立不同岩层倾角下引水隧洞的三维有限元计算模型,计算不同倾角下层状岩体引水隧洞的围岩位移、塑性区范围、最大主应力及支护结构内力的变化规律.结果表明,拱顶沉降与底板隆起在岩层倾角为45°+φ/2(φ为岩体内摩擦角)时达到峰值;0°倾...     

含交叉裂隙类岩石试样物理力学特性试验及其RFPA模拟

为探究含交叉裂隙试样在单轴应力下的物理力学特性,制备了与岩石力学性质相似的类岩石材料,利用预制树脂片法模拟了不同倾角交叉裂隙的情况,对其进行了单轴压缩试验,同时利用RFPA软件对不同工况进行了数值模拟。结果表明,含交叉裂隙类岩石试样在单轴应力下主要有单一裂隙扩展模式、主裂纹扩展贯通模式、次生裂纹扩展贯通模式三种破坏模式;单一裂隙扩展模式与主裂纹扩展模式下,次生裂隙尖端产生剪破坏,主裂纹尖端产生拉破坏,而次生裂纹扩展模式下主裂纹尖端产生剪破坏,次生裂纹尖端产生拉破坏,最终产生的翼裂纹与反翼裂纹属于拉剪破坏;单轴应力下的含交叉裂隙试样应力—应变曲线经历弹性变形阶段、非线性变形阶段、残余变形阶段三个阶段;主裂纹倾角对含交叉裂隙试样的峰值强度起到控制性作用,而次生裂隙仅在主裂纹倾角为0°时对试样的峰值强度有较大影响。     

大理岩加载力学性质与能量特征研究

利用典型大理岩试件进行了加载条件下的系列三轴试验,计算了大理岩在加载条件下的力学与变形参数,研究了岩样加载下变形破坏及其能量特征.结果表明,在加载试验中,随初始围压的增加,抗剪断参数凝聚力值增长,内摩擦角值降低;岩样在加载过程中,随轴向应力的增大,泊松比不断提高,并在破坏时急剧增长,变形模量初始变化平缓,但在岩样加载屈服破坏点处陡降;围压对岩样的变形破坏具有约束作用,限制了岩石内部裂纹的扩展及发育.     

随机地震作用后裂隙岩体介质的动力特性研究

针对经历了“5·12”汶川大地震的裂隙岩体,利用MTS岩石力学试验系统开展裂隙岩体介质的单轴动力加载试验,试验开始阶段对汶川实测地震波进行概化分析,将其分解为不同频率及振幅的正弦波,研究了裂隙岩体介质在先期随机地震作用下的动力特性。结果表明,随机地震作用下,岩体应力—应变曲线具有良好的光滑性;当裂隙连通率较大时,倾角在30°~60°范围内,随着倾角的减小,曲线的延展性增强;当裂隙连通率较小时,应力—应变曲线延展性减弱,且受倾角影响较小。裂隙岩体经过先期地震作用,峰值强度受裂隙倾角影响较小,主要随裂隙连通率的增大而减小;当倾角为30°时,峰值强度取得极小值。当裂隙连通率较大时,弹性模量在不同倾角下的变化不明显;当裂隙连通率较小时,弹性模量在倾角为30°和60°处取得极小值。当裂隙倾角较小时,峰值强度和弹性模量与连通率呈非线性规律;当裂隙倾角较大时,则随连通率变化呈线性规律。裂隙岩体的强度与破坏形态有关,当试样发生剪切破坏时,试样强度较低。     

冻融循环作用下英安岩力学及损伤特性研究

为研究冻融循环作用下硬性岩的力学及损伤特性,以某拟建水电站坝区英安岩为例,开展了室内饱水状态下岩石的冻融循环、电镜扫描、单轴压缩、三轴压缩等试验,建立了冻融荷载耦合作用下较为真实的岩体损伤本构模型,分析了高寒山区冻融英安岩的力学性质及损伤特性。结果表明,冻融循环使岩样发生了裂隙扩展和颗粒析出;单轴压缩条件下,岩样破坏以单轴压缩产生的受荷损伤为主,有限的冻融循坏对英安岩(硬性岩)造成的损伤有限;三轴压缩条件下,随着循环次数的增加岩样损伤增加,随着围压增加岩样损伤有所减弱,且英安岩对围压的敏感性大于冻融循环。     

某区域岩石力学参数试验研究

通过对松辽盆地龙西地区代表性岩样进行力学性质试验研究.得到岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度、内聚力及内摩擦角等主要力学参数.试验结果显示,最初围压不断增大,岩石的强度极限也明显增大.但随着围压的增加,强度增量幅度变得越来越小,虽然岩石弹性模量有增大趋势,但不完全呈正比关系,而泊松比的变化规律却不明显.分析单轴与三轴抗压强度与弹性模量的线性关系,以及围压对岩石三轴抗压强度、弹性模量的影响,发现单轴和三轴抗压强度随弹性模量的增加而增大,且三轴抗压强度随弹性模量的变化比单轴的变化幅度大.试验可得出不同井的弹性模量、泊松比及抗压强度的比例关系,从而根据不同围压下三轴压缩强度试验,得出龙西地区几种代表性岩心的内聚力及内摩擦角.为后续的地应力测试实验提供初期数据,并为射孔完井得相关参数优化提供参考.     

输电线路弯曲导线分层力学特性模型及仿真分析

为准确评估不同弯曲状态下导线分层应力特性,以LGJ500/45型钢芯铝绞线为研究对象,考虑张力作用下各层股线的轴向应变和轴向扭矩,提出输电线路精细化分层张力、分层应力应变的计算方法,通过建立并模拟不同弯曲角度(0°、15°)的三维导线分层有限元实体模型,对比了理论计算结果,验证了仿真模型的准确性,得出不同弯曲状态下运行张力作用时导线各层间的应力分布规律。结果表明,0°导线在承受轴向张力的作用下,两层钢芯线承担主要张力,且各层钢绞线和各层铝绞线均呈由内至外轴向逐渐增大的趋势;15°弯曲导线分别出现弯曲朝向侧圆周方向应力更高、反方向圆周方向应力更低等导线分层力学特性。     

广西沿海硫酸盐反复侵蚀地聚物混凝土力学试验与损伤特性研究

广西沿海地区海水浪溅及频繁降雨均会导致混凝土构件受到干湿交替作用的影响.通过室内试验探究了干湿交替作用下地聚物混凝土的应力—应变关系、抗压强度与耐侵蚀系数等力学性能.试验结果表明,地聚物混凝土的应力—应变曲线可分为线性增长、减速增长、缓慢下降三个阶段,分别对应试件的弹性变形、弹塑性变形及破坏阶段.不同干湿交替次数条件下...     

罗茨风机驱动机械蒸汽再压缩热泵蒸发器系统运行特性的试验研究

试验研究罗茨风机驱动下机械蒸汽再压缩热泵的运行特性,以水为试验介质,研究系统性能参数如总蒸水量、系统压比等随蒸发温度的变化规律,得出总蒸发水量随着蒸发温度升高而增加,增加幅度较为明显;系统压比随蒸发温度的升高而降低,但降低幅度不大;容积效率、绝热内效率、制热性能系数、换热系数均随着系统蒸发温度的升高而升高的结果。结论为该型号罗茨风机驱动MVR系统适合蒸发量和沸点温升不大的高温工况运行场合。     

土石混合物入渗性能试验及模拟研究

为研究碎石含量与粒径对土壤入渗能力的影响,通过向自然土壤添加不同粒径、不同含量的碎石,在定水头条件下,研究了碎石含量和粒径对其入渗能力的影响,并通过Horton模型、Philip模型、Kostiakov模型及修正的Kostiakov模型对入渗率进行拟合,确定土石混合物入渗过程的适用模型。研究结果表明,相同碎石粒径条件下,累积入渗量与碎石含量呈正相关关系;相同碎石含量条件下,碎石粒径与累积入渗量呈负相关关系;通过Horton模型、Philip模型、Kostiakov模型及修正的Kostiakov模型对入渗率拟合的对比分析,发现修正的Kostiakov模型模拟含碎石土壤入渗率具有较高的精度,适用于试验所选的土石混合物。研究结果可为农业灌溉和水土保持提供参考。     

混凝土损伤参数的截面积效应试验研究

针对直接测量损伤目前难度较大的问题,提出采用加引气剂模拟损伤的方法,利用所加不同比例引气剂模拟不同程度的损伤,并对不同尺寸混凝土试件做了单轴压缩试脸,测定了相应的弹性模量,并计算出混凝土的初始损伤D0和损伤阈值Df,得到了损伤参数随试件截面积的变化规律,即损伤参数值随试件截面积的增大而增大,但增幅逐渐减小.     

基于各向异性本构模型的隧道围岩稳定性研究

在地下工程设计中普遍将岩体近似为各向同性体并不能反映裂隙组的分布对岩体各向异性的影响,为此将岩体视为由基岩和定向裂隙面构成的一种宏观复合材料,基于Drucker-Prager准则,在考虑结构面的几何特性和力学性质基础上建立岩体各向异性本构模型,据此模拟了某隧道开挖施工过程。结果表明,各向异性本构模型可较好地模拟隧道围岩各向异性及其破坏特征,与工程实际相符。     

生物柴油喷雾特性的试验研究

基于高速摄影,采用油泵试验台拍摄了常压下生物柴油和柴油的喷雾图像,并研究了油泵转速、喷孔直径和启喷压力对生物柴油喷雾贯穿距和喷雾锥角等喷雾特性的影响,对燃料特性差异与喷雾特性的影响也进行了分析讨论。结果表明：生物柴油的喷雾特性在规律上与柴油基本一致,但生物柴油的喷雾贯穿距离比柴油大,而喷雾锥角约为柴油的一半。