扰动荷载下单孔大理岩蠕变特性试验研究

以冬瓜山-790 m的地下隔离矿柱回采为工程背景,进行了室内扰动蠕变试验,分析不同轴压及扰动荷载下含孔洞大理岩的蠕变特性。试验结果表明:含孔洞大理岩的单轴蠕变先后经过蠕变衰减阶段、蠕变等速阶段和蠕变加速阶段;每次扰动岩石都会产生应变突变值,且其随应力水平的增大而增大,对于含同样大小孔洞的大理岩,扰动荷载的大小对岩石蠕变特性有重大影响,扰动荷载越大,蠕变产生的瞬时应变突变值也越大,岩石被破坏的速度越快;对于含孔洞直径越大的大理岩,扰动荷载对蠕变变形的影响也越大。最后,通过蠕变本构模型及确定Burgers扰动蠕变模型的参数等方法进行了蠕变理论分析,所得理论分析结果与试验结果具有较好的拟合度。     

粉砂质泥岩蠕变特性与非线性黏弹塑性本构模型

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题,采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机,利用粉砂质泥岩相似材料试样,开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型,以7 MPa围压下蠕变试验结果为例,对所提出的蠕变本构模型进行合理性和可行性验证。结果表明：试样的稳态蠕变速率与偏应力大小有关,随着偏应力的增加,试样稳态蠕变速率与偏应力之间符合指数函数关系;在加速蠕变阶段的蠕变速率相对低偏应力水平下减速蠕变和稳态蠕变速率明显要增大很多,且非常短时间内就发生了蠕变破坏;提出一种描述粉砂质泥岩全蠕变过程的非线性黏弹塑性本构模型,该模型能描述粉砂质泥岩蠕变-破坏全过程的蠕变变形规律,反映了粉砂质泥岩在不同偏应力水平作用下的蠕变特性,克服了经典模型中无法准确描述加速蠕变过程的难题。     

孔隙压力作用下泥岩三轴蠕变实验研究

在具有孔隙压力系统的岩石三轴蠕变仪上,对泥岩进行了考虑孔隙压力作用的三轴蠕变实验.实验中不仅考虑了轴压σ₁和围压σ₃对蠕变的影响,而且考虑了孔隙压力p在泥岩蠕变过程中产生的重要影响.通过不同应力水平下的蠕变实验,对比含孔隙压力和不含孔隙压力的蠕变实验曲线,表明当轴压σ₁和围压σ₃一定时,随着孔隙压力p的增加,蠕变变形量将会减小,在稳态蠕变阶段的应变率也会减小,在一定程度上会延长蠕变三个阶段的蠕变时间.并采用经典蠕变模型对实验结果进行分析.     

芒硝蠕变特性及本构模型研究

利用RLW-2000岩石流变试验机对芒硝开展了三轴压缩蠕变试验。试验结果显示,同一围压下,随轴向应力增大,芒硝蠕变变形量和稳态蠕变率均随之增加,而各级荷载加载过程中芒硝变形模量不断减小;芒硝蠕变过程具有非线性特征,且随蠕变时间延长,芒硝屈服强度逐渐降低。以分数阶粘滞体代替广义Kelvin模型中的经典粘滞体,建立了分数阶广义Kelvin模型;针对其蠕变方程形式复杂、应用不便的缺点对其进行了简化,将简化后的分数阶广义Kelvin模型与Heard稳态蠕变模型相结合,构建了一种新的非线性蠕变本构模型,并利用芒硝蠕变试验结果反演了模型参数。结果表明,拟合曲线和试验结果吻合良好,说明该模型能够较好的描述芒硝的蠕变特性。     

疲劳载荷下高温波齿复合垫的蠕变波动行为

研究了疲劳载荷下柔性石墨金属波齿复合垫的力学性能和蠕变性能. 对垫片进行了373 K和573 K两种温度下的循环加载实验,基于得到的应力-变形量实测数据,通过计算压缩模量和卸载模量分析了其压缩回弹特性;考虑温度和金属骨架厚度的变化,探索了蠕变-疲劳的交互作用对垫片的影响. 研究表明:疲劳载荷下随着时间增长垫片压缩速率增加,回弹速率减小;在稳态蠕变阶段,蠕变-疲劳载荷的交互作用使垫片的蠕变曲线出现周期性波动,波动周期不随实验条件改变而改变.     

不同仓型小麦品质变化的研究

通过对5种仓型的粮堆表层和中心部位小麦的发芽率、种子活力、呼吸强度、脂肪酸值、降落数值、面筋吸水率等品质的测定比较,表层小麦品质指标均差于粮堆中心部位低温状态的小麦品质,尤其是简陋仓储设施内的表层小麦品质更差;测定结果还表明,低温储藏条件下小麦储藏品质较为稳定,各品质指标变化缓慢,有利于保持小麦新鲜度.因此,低温储藏是值得大力推广的一种储粮技术.     

分级加载条件下煤系气源岩蠕变特性试验研究

煤系气源岩蠕变特性是影响低渗气藏压裂开采的关键地质因素,为了探究煤系气源岩的蠕变特性,针对豫北地区煤系气储层薄、层序多、埋藏深和应力条件复杂等特征,分别采集了储层中粉砂岩、砂质泥岩、泥岩3种岩样,进行了不同应力水平下三轴分级荷载蠕变试验。结果表明:三轴分级加载状态下3种源岩均呈现明显的脆性特征,具体表现为破坏前无明显加速蠕变特征,稳态蠕变阶段持续较长,卸载和加载过程中变形恢复较快等特点,源岩中粉砂岩的蠕变时间最长、变形量最大,最大蠕变变形量为0.356 3%;泥岩的蠕变时间最短、变形量最小,最小蠕变变形量为0.206 8%。分级加载条件下煤系气储层岩体的蠕变有其特殊性,基于粉砂岩的蠕变试验特征,发现"六元件非线性黏弹性流变模型"能够较好地描述其蠕变过程。拟合结果表明:理论模型和试验数据吻合较好,该蠕变模型能够较完整地对源岩蠕变参数进行辨识,可为煤系气压裂开采中的理论计算提供可靠的地质参数,从而为豫北煤系气的开发提供一定的参考依据。     

合肥非饱和膨胀土单轴压缩蠕变试验研究

针对合肥地区非饱和膨胀土进行单轴压缩蠕变试验,根据应变-时间关系曲线,探讨该区非饱和膨胀土的蠕变特性。试验结果显示：非饱和膨胀土蠕变经历两个阶段,即瞬时弹性蠕变阶段和稳定蠕变阶段。瞬时弹性阶段时间比较短,蠕变快,很快进入蠕变稳定阶段,蠕变稳定阶段持续时间很长。在相同含水率情况下,应力作用值越大,瞬时弹性蠕变量越大,稳定蠕变阶段时间越久;在相同应力作用下,含水率越大,瞬时弹性蠕变量越大。在40 kPa的小应力作用下,应变-时间呈线性关系;在100 kPa、200 kPa的较大应力作用下,应变-时间呈非线性关系,拟合函数为对数函数。     

基于DSCM的岩石蠕变变形场演化试验研究

采用分级加载方式对一种红砂岩试件进行单轴压缩蠕变试验,通过Charge-Coupled De-vice(CCD)相机采集加载全过程的试件表面散斑图像,以白光数字散斑相关方法(DSCM)对分级加载不同阶段试件表面变形场演化及裂隙位移演化进行观测和分析.结果表明:在分级加载过程中,试件的瞬时变形量随着载荷的增加而减小,蠕变变形量随着载荷的增加而增加;低应力水平,试件处于均匀变形状态,不发生蠕变或蠕变量较小;中等应力水平,裂隙产生及裂隙在整个恒载期间未发生蠕变扩展的变形累积阶段;高应力水平,裂隙在恒载初期的变形累积到恒载后期的裂隙稳定蠕变扩展,最终加速蠕变扩展;当岩石试件变形出现裂隙区域后,裂隙的位移错动和位移拉伸直接影响了岩石蠕变位移特征.裂隙的位移错动速率包括减速错动、稳定错动和加速错动3种形式.     

软岩黏弹塑性流变特性及非线性蠕变模型

采用分级增量循环加卸载方式,对金川有色金属公司Ⅲ矿区软弱矿岩进行流变试验,探讨了软弱矿岩的黏弹塑性变形特性.建立了软岩的非线性蠕变模型.结果表明:分级增量循环加卸载下软岩有明显的瞬时应变硬化趋势,软弱矿岩JC1099试件的黏弹性应变分量与黏塑性应变分量之比为3.15～6.58,随应力水平的增加蠕应变中黏塑性应变占的份量总体上有增加走势;在低应力水平下,蠕变变形趋于稳定状态,在高应力水平下,软岩蠕变往往表现出加速蠕变特性.建立的非线性蠕变模型可以用统一的蠕变方程来描述软岩蠕变的3阶段,将该模型应用于金川Ⅲ矿区矿岩蠕变试验,蠕变试验曲线与理论曲线较为吻合.     

类岩石蠕变性能试验及长期强度确定方法研究

改善岩石蠕变性能是提升地下工程稳定性与安全性的有效措施。文章采用TAW-1000D岩石蠕变扰动试验仪,对类岩石试件开展了单轴蠕变试验,分析了其蠕变力学性能,并结合三参数模型,建立了蠕变稳定变形阈值与瞬时损伤变形阈值的关系式,推导出可以预估长期强度的关系式。结果表明:类岩石受力在长期强度值以下时,其蠕变变形对应力不敏感,同时瞬时弹性模量发生硬化,瞬时变形值逐渐减小;受力在长期强度以上时,类岩石的瞬时变形量逐渐随应力而增大,且蠕变性质十分突出,蠕变变形不稳定;径向变形对应力水平的敏感程度明显高于轴向变形。     

含水炭质板岩非线性蠕变损伤模型及应用

对深埋隧道炭质板岩进行高围压不同含水状态三轴蠕变试验.蠕变过程中,随着加载应力水平提高及含水量的增加,炭质板岩产生衰减、稳态及加速蠕变3阶段.将Burgers模型串联一个由非线性黏壶η(n,t)与塑性体并联而成的非线性粘塑性元件,改进后的模型可描述加速蠕变曲线.由该模型建立本构方程,拟合分析不同含水状态炭质板岩的蠕变参数,结果显示粘滞系数ηM、瞬时变形模量EM、粘弹性变形模量EK、粘弹性粘滞系数ηK随含水率增加呈指数形式递减,但递减规律并不相同.引入含水损伤变量D(w),计算得到各蠕变参数指数型含水损伤演化方程,进而建立了考虑含水损伤的非线性蠕变模型,可充分反映不同含水状态对炭质板岩的蠕变损伤特性.建立数值模型,计算不同含水状态隧道围岩时效变形规律,结果显示初期支护体系于168 h左右闭合能有效限制围岩蠕变变形发展,二衬宜于初期支护闭合后360 h左右施作.     

蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显蠕变变形,影响火灾中结构的变形和受力性能。现有的蠕变模型较多,但没有一个广泛适用的蠕变模型。不同的蠕变模型对钢结构抗火分析结果有很大影响。为了量化蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响,对5种常用的蠕变模型进行了对比分析。采用编写的约束钢梁计算程序,分别计算5种蠕变模型下约束钢梁的抗火性能并与试验数据进行对比。结果表明,采用Norton蠕变模型的计算结果与试验数据吻合最好。最后对影响约束钢梁抗火性能参数进行了研究,研究发现,Harmathy蠕变模型对约束梁抗火性能分析结果影响最大;不同蠕变模型对不同荷载比、约束刚度下的约束钢梁抗火性能影响程度均不同。     

一种镍基单晶合金的拉伸蠕变特征

研究了[001]取向镍基单晶高温合金的高温拉伸蠕变性能,通过SEM、TEM观察分析了相的形貌演化及合金的变形机理．结果表明：在980～10200C／200～280MPa条件下蠕变曲线均由初始、稳态及加速蠕变阶段组成;在拉伸蠕变期间γ’强化相由初始的立方体形态演化为与应力轴垂直的N-型筏形状;初始阶段位错在基体的八面体滑移系中运动,稳态阶段不同柏氏矢量的位错相遇,发生反应形成位错网;蠕变末期,应力集中致使大量位错在位错网破损处切入筏状γ’相是合金发生蠕变断裂的主要原因．     

岩石非线性蠕变模型

在西原模型的基础上,研究建立了一种新的岩石非线性蠕变模型.首先,在分析岩石宏、细观蠕变过程的基础上,提出了蠕变参数变化率概念;以此为基础,统一建立了等速蠕变和加速蠕变阶段的岩石蠕变参数变化公式.然后,利用该非线性蠕变参数以及根据岩石的屈服软化过程,以西原模型为基础,建立了岩石的非线性弹-粘弹-粘塑性蠕变模型.最后,将单轴压缩蠕变试验结果与数值计算结果对比,验证了模型对于描述岩石全过程蠕变变形破坏的正确性.     

高大平房仓散装粮粮堆底部压力的离散元模拟

对高大平房仓模型仓散装粮粮堆底部压力进行PFC离散元模拟,并与试验结果、规范值进行对比,研究了粮堆底部包括竖向压力、水平压力和竖向摩擦应力等在内的底部压力的分布规律,研究了粮堆底部竖向压力与粮堆堆积高度之间的关系。结果表明:离散元软件PFC(3D)能够很好地模拟粮堆底部压力的非均匀性;当粮堆堆积高度较低时,底部竖向压力较小且较为均匀,随着堆积高度的增加,底部竖向压力逐渐增大并出现非均匀现象;粮堆底部任意一点压力与仓壁摩擦应力、粮堆内部摩擦应力以及该点到两侧仓壁(两侧仓壁垂直相交)的水平距离有关;底部竖向压力的不均匀程度随着粮堆高度的增加而增大;粮堆底部各点,其竖向压力随粮堆高度的变化率不同,竖向压力与粮堆高度之间的关系在堆积高度较高时呈非线性,竖向压力随粮堆高度缓慢增加。     

水压环境下砂岩蠕变特性试验研究

水利工程中的坝基和库岸岩体长期在高应力和高水压的共同作用下会产生蠕变现象,对工程稳定性产生很大影响。针对水利工程中岩石在流固耦合作用下的蠕变问题,选取某水电站引水隧道线路上震旦系砂岩为研究对象,利用MTS试验机和扫描电镜（SEM）分别对干燥和饱和状态下砂岩的常规物理力学参数和微观结构进行测试,分析砂岩在不同状态下的主要物理参数和微观结构变化;在此基础上,利用专用的微机控制轴压水压联合作用岩石流变试验系统,通过对砂岩试样施加不同的水围压,对其蠕变过程进行试验研究,分析水压对蠕变变形量、蠕变速率和长期强度的影响。结果表明：砂岩内部存在大量的微孔隙,砂岩在饱水状态下,呈现出软化特性,饱水砂岩的抗压强度与弹性模量均小于干燥砂岩;砂岩在稳定蠕变阶段的变形量随水压的增大而增加,水压的增加降低了砂岩的强度和抵抗变形的能力,导致岩石初期和稳定蠕变阶段蠕变量的增大;水压越高岩石蠕变的初始应变率越大,衰减至稳定蠕变阶段所需时间越长;水压能通过岩石表面的孔隙渗入到岩石内部,在裂纹发展的过程中,孔隙水压力总能及时到达裂纹尖端,形成“锲入”作用,促使裂隙的扩展和贯通,加速岩石破坏变形,从而降低了岩石的承载能力和长期强度。     

真实水压作用下裂隙大理岩蠕变特性试验研究

软弱层间带裂隙岩石的水压弱化效应是水利工程长期稳定研究的重要方向。针对锦屏一级坝肩软弱层间带裂隙大理岩在高水压力作用下的长期变形特性,采用特定的岩石流变试验系统,开展不同水压作用下预制裂隙大理岩的蠕变试验,结合典型蠕变过程曲线分析水压对裂隙岩石蠕变变形、蠕变速率、蠕变破坏荷载及长期强度的影响,并基于蠕变破坏断口的电镜扫描成果,从细观角度分析岩石蠕变破坏机制。结果表明：裂隙岩石宏观破裂现象与断口微观特征相吻合,随着水压的增加,岩石破裂形式逐渐由张拉破裂向剪切破裂过渡,破裂断口由凹凸锯齿状逐渐趋于平滑。压力水沿岩石裂隙的“楔入”可加速原始裂纹的发育,促进岩石的蠕变发展,水压越大,“楔入”效应越明显,加速蠕变速率越大,加速阶段持续时间越短,蠕变破坏的分级荷载越小;相较于稳定蠕变阶段,水压对加速蠕变阶段的影响效应更大。裂隙岩石长期强度约占完整岩石峰值强度的50%~70%,水压的增大会降低岩石的长期力学性能,并加速岩石的蠕变破坏,工程中建议取稳定蠕变阶段最大一级强度作为裂隙岩石的长期强度。研究成果的应用可提高锦屏一级水电站长期稳定运行评估的准确性,并为裂隙岩石蠕变本构模型研究提供重要支撑,具备显著的工程应用与理论研究价值。     

漳州软土直接剪切蠕变特性及蠕变参数的研究

为了研究软土蠕变特性与蠕变参数的变化规律,对漳州软土进行不同固结压力下的直接剪切蠕变试验,并通过陈氏法处理蠕变试验数据。结果表明,漳州软土具有非线性蠕变特性,应力水平越高,非线性特征越显著。相同剪应力下,剪切模量G的最大值与稳定值随固结压力的增大而增大;相同固结压力下,剪切模量G的最大值与稳定值随剪应力的增大而减小。瞬时剪切模量G0与长期剪切模量G∞关系可通过G0=a t-b+G∞来确定。粘滞系数随剪应力的增大达到峰值,固结压力越大峰值体现越明显,峰值对应的剪应力也越大,这主要是微观结构随剪应力增大逐渐破损所引起的。得到漳州软土的C∞=6.71 kPa,φ∞=9.66°。剪切模量系数K=(0.424～0.56),长期强度与瞬时强度比值C∞/C=86.3%,φ∞/φ=72.4%,说明工程中需要考虑蠕变影响时,变形与强度参数应采用长期剪切模量与长期强度。研究结果对掌握软土蠕变参数变化规律,快速预测模型参数具有一定理论意义。     

层板胶合木拱的蠕变屈曲

目的研究蠕变对层板胶合木拱的稳定承载力的影响规律．方法通过建立层板胶合木的蠕变本构模型,推导应力-应变的迭代计算公式,结合ABAQUS有限元软件,编制描述胶合本蠕变行为的用户材料子程序UMAT,提出判断拱发生蠕变屈曲的双重条件,用有限元法分析不同跨度、矢跨比和截面规格的层板胶合木拱的蠕变屈曲特性．结果得到了层板胶合木拱的荷载水平与蠕变屈曲临界时间呈指数衰减的关系．当荷载水平为40％时,蠕变屈曲临界时间接近15N;当荷载水平为35％时,蠕变屈曲临界时间增大到接近60N;蠕变屈曲承载力-临界时间曲线在35％的荷载水平处出现一条水平渐进线,荷载水平在35％以下,木拱不会发生蠕变屈曲．结论层板胶合木拱蠕变屈曲临界时间只与荷载水平相关,不受跨度、矢跨比和截面规格的影响．胶合木拱的长期稳定荷载为瞬时稳定荷载的35％．