热力耦合作用下浇注式沥青混凝土三轴蠕变特性研究

为了深入研究浇注式沥青混凝土沥青混合料在温度、应力耦合作用下的三轴蠕变特性,采用MTS815试验机开展了不同温度、不同应力水平和不同围压条件下的三轴蠕变试验,获取了相应的蠕变曲线,并将改进的Burgers模型推广到三维形式,用来描述浇注式沥青混凝土的蠕变本构关系。研究结果表明：浇注式沥青混凝土蠕变曲线的第一阶段不明显,这反映出其内部空隙率较低;蠕变变形值随温度升高和偏应力水平增大而明显增大,这反映出高温重载共同作用是浇注式沥青混凝土路面出现车辙的决定性因素;蠕变变形随围压增大略有减小,围压对蠕变变形有抑制作用,三轴蠕变试验获得的蠕变规律较之单轴蠕变试验更能反映实际受力过程中的变形规律,三维的改进Burgers模型能够准确反映热力耦合作用下浇注式沥青混凝土的蠕变特性。     

三轴压缩条件下全尾砂充填体破坏形式及能量耗散特征分析

针对紫金山金铜矿全尾砂制备的不同灰砂比、料浆质量分数的充填体开展了单轴与三轴压缩试验,探讨了不同围压下充填体的破坏形式及能量耗散与峰值应力、应变的关系。结果表明:随着围压的增大,充填体抵抗变形能力增强,屈服应力及峰值应变增大;充填体的破坏形式主要表现为拉伸破坏及端部平行破裂,随着围压的增大,裂痕明显减少;充填体的峰前能量随着围压的增大而增大,灰砂比也随之增大,充填体吸收总能量的能力增强;可见围压的增大,可以提高充填体的极限强度,该结论对充填体配比的选择具有一定的指导作用。     

全尾砂胶结充填体的长期强度试验研究

以分级加载方式对充填体试件进行单轴压缩蠕变试验,采用应力-位移等时曲线法和过渡蠕变法对充填体试件的长期强度进行分析。试验结果表明:充填体具有明显的流变特性,且能够体现出衰减、稳态和加速蠕变3个阶段。充填体的瞬时应变随荷载的逐级增加而增大,两者为二次函数增长关系。两种方法测得的长期强度结果虽然不能很好地贴合但相差不大,最终得出料浆质量分数76%,灰砂比1∶6的充填体试件的长期强度为2.58 MPa,为其抗压强度的83%。     

ECC三轴压缩特性试验研究

为探究纤维增强水泥基复合材料(ECC)在复杂应力状态下的受压特性,通过常规三轴压缩试验得到了不同围压下的ECC应力-应变曲线,分析了ECC的强度特性、变形规律以及破坏模式.试验结果表明:PVA纤维的掺入、施加围压能够有效约束ECC的径向变形并提高其韧性,且ECC的轴向峰值抗压强度和峰值应变随围压的提高而增大.ECC的三轴受压变形过程表现为弹性变形-应变硬化-应变软化三阶段,且围压越大,应力-应变曲线的软化段变化越缓和.在三轴受压状态下,ECC的主压应力、轴向峰值应变与围压有较好的线性相关性.     

加卸载应力路径对砂岩能量演化机制的影响

为了明确应力路径对砂岩能量演化的影响,采用RMT岩石力学试验系统开展了砂岩三轴和不同卸围压速率试验,详细分析了不同应力路径下砂岩破坏过程中吸收总能量、弹性应变能和耗散能的演化规律.结果 表明,加载和卸围压应力路径下,砂岩屈服前吸收的总能量基本都以弹性应变能的形式存储,弹性应变能的增速与吸收总能量的增速保持一致,并逐渐增大.弹性应变能在单轴时经历较短的慢速增加阶段;三轴时随着围压的增大,慢速增加阶段越加显著,且在后期其增速很小;卸围压阶段弹性应变能基本保持不变.砂岩单轴耗散能出现较早表明内部损伤发展较早;三轴屈服阶段后期耗散能增速加快表明该阶段内部损伤发展加快;卸围压阶段耗散能线性增大表明内部损伤稳步发展.砂岩峰值处弹性应变能与吸收总能量的比值在单轴时最大,随着围压或初始围压的增大逐渐减小并趋于稳定;在相同围压下,卸围压应力路径下弹性应变能与总能量的比值小于三轴加载应力路径下的比值.在0.01 MPa/s卸围压速率下,弹性应变能与吸收总能量的比值受初始围压影响大,而1 MPa/s卸围压速率下,受初始围压影响小.砂岩弹性储能极限随着破坏时围压的增大按线性规律增大,加载应力路径相对卸围压应力路径能够提高砂岩的弹性储能极限.以上成果从能量演化角度分析了地下工程稳定性,具有一定的指导意义.     

不同应力路径循环加卸载下大理岩变形特性试验研究

对粉色大理岩进行常规三轴加载试验和循环三轴加卸载试验,分析了不同应力路径下岩石破坏应力-应变关系,研究了循环加卸载条件下大理岩动弹性模量演化规律。研究表明：不同应力路径下塑性屈服段应力-应变曲线差异较大,围压越大差异越明显;循环加卸载路径下的峰值强度较常规三轴路径下峰值强度减小,滞回环面积与形状随围压增加而增大;循环加卸载下动弹性模量波动式缓慢增长,恒围压路径下的动弹性模量较卸围压路径下的大。     

RDX基PBX炸药在被动围压下的力学性能

利用在分离式霍普金森压杆(SHPB)上进行的被动围压试验研究了RDX基PBX炸药的力学性能,获取了不同应变率(830~1 850s-1)下的应力—应变曲线,讨论了围压—轴压之间的关系,计算了该炸药的动态力学性能参量。结果表明,应力—应变曲线峰值点处的应力和应变均随应变率的增加而增加,围压状态下RDX基PBX炸药承受的压力远高于无围压状态;随着应变率的增加,动态屈服强度明显提高,而动态泊松比和动态杨氏模量则基本保持不变。     

基于三轴压缩试验的水泥土力学特性研究

处于不同环境和条件下的水泥土力学特性直接影响水泥土工程的安全性和耐久性.因此,通过室内三轴试验,设计了不同的水泥掺入比,不同围压,对分别在海水和清水环境下养护的试件进行了水泥土的三轴压缩试验,研究了海水环境、水泥掺量、围压对水泥土的力学特性的影响规律.试验结果表明,水泥土三轴压缩的应力-应变曲线总体呈现软化型,水泥掺量愈大,其水泥土的脆性特征越显著;随着围压的增加,试件破坏时的延性特征越明显;随着水泥掺量的增加,水泥土的极限应力差值逐步增大,而极限应力差值所对应的应变逐步变小;随着围压的增大,水泥土的极限应力差值逐步增大,而水泥土破坏时峰值所对应的应变越大;水泥土的黏聚力和内摩擦角随着水泥掺量的增加均逐步增大;与清水环境相比较,海水环境下水泥土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均有降低.其研究成果为水泥土工程的安全性和耐久性设计提供技术参数,具有一定的工程意义和参考价值.     

HTPB固体推进剂蠕变损伤模型研究

为研究HTPB推进剂的蠕变特性，开展了0.15～0.35MPa应力下推进剂的单轴拉伸蠕变试验；结合线性黏弹性理论和连续损伤力学理论，建立了HTPB推进剂蠕变损伤模型；根据试验数据，确定了不同应力水平下蠕变损伤模型的参数，并获取了应力对各参数的影响规律，最后利用蠕变应力0.2MPa下的试验数据对模型进行了验证。结果表明，HTPB推进剂存在明显的衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变三阶段过程；建立的蠕变损伤模型结合Burgers模型的特征和连续损伤力学理论，串联含损伤的黏壶元件，克服了Burgers模型无法反映蠕变破坏阶段特性的不足。提出的蠕变损伤模型与试验值拟合度高，误差在3%以内，可以准确地描述推进剂在不同应力水平下的全过程蠕变特性。     

基于三轴压缩的岩石峰前裂隙发育及损伤规律研究

基于核磁共振技术,对大理岩三轴压缩作用下的裂隙发展规律进行分析,得到大理岩在10 MPa围压条件下的应力-应变曲线,不同轴压状态下岩石孔隙度及T2谱曲线,利用颗粒流程序对10MPa围压条件下的岩样裂隙形成过程进行追踪试验。研究结果表明:T2谱曲线能反映岩石内部裂隙发育过程,孔隙度随轴向应力增加呈指数形式增长。大理岩在三轴压缩低轴压阶段,岩石损伤以裂隙数增加为主要特征;高轴压条件下,岩石损伤主要由裂隙数增加及裂隙贯通引起。10MPa围压状态下的大理岩损伤度随岩石孔隙度、轴向应力的变化特征符合指数函数关系。     

三轴多级循环加卸载下红砂岩强度与变形特征试验研究

为研究围压及应力路径对多级循环加卸载下红砂岩的变形破坏特征的影响,采用RMT-301岩石与混凝土力学试验系统,对红砂岩在10 MPa、20 MPa、30 MPa、40 MPa围压下进行常规三轴压缩试验和等下限增幅循环加卸载试验、增下限等幅循环加卸载试验。研究结果表明:等下限增幅循环加卸载、增下限等幅循环加卸载下试件均呈脆性破坏,强度特性随围压的变化趋势基本一致,试件的加卸载变形模量总体上均随围压增大而增大;随着应力级数增加,等下限增幅循环加卸载下,加卸载变形模量呈先增加后降低或一直降低的趋势,而增下限等幅循环加卸载下均呈增加趋势;随着循环次数的增加,试件的轴向残余应变呈阶梯式增长,且在每级应力循环中呈对数型增长;每级应力的第一次循环对试件损伤影响最大,轴向残余应变显著增长,且增下限等幅循环加卸载下增长更为显著;试件在每级应力循环的轴向残余应变增量随应力级数的变化趋势不同,等下限增幅循环加卸载下呈先减小后增大的“V”形变化趋势,而增下限等幅循环加卸载下总体上呈一直增大的“ノ”形变化趋势,且围压越大变化趋势越明显。     

三轴加载作用下矿化花岗岩的蠕变试验研究

岩石的蠕变特性影响岩体的长期稳定性,对矿化花岗岩试件进行了单轴和三轴蠕变试验,并对预制裂隙矿化花岗岩进行单轴蠕变试验,提出蠕变能量积聚理论,在此基础上进行蠕变恒载之后的加载破坏试验。试验结果表明:矿化花岗岩单轴加载的蠕变试验,在低压荷载保持恒定时,应变变化较小,但变化具有一定的规律性,相应的应变值变化不大。而当增加荷载时,应变变化速度加快,蠕变值出现起伏变化。矿化花岗岩在低压时,蠕变变形起伏较小,呈现明显的等速蠕变变化趋势;当荷载加大到高压时,花岗岩并非表现单一的蠕变变化趋势,而是呈现复杂的起伏变化特点。预制裂隙的存在,大大降低了试件的最大抗压强度。相同荷载作用下的蠕变变化比未预裂试件的变化速度快。试件或预裂试件在单轴荷载作用下,其蠕变曲线可用开尔文体进行表征,而试件在三轴蠕变试验机上得到的蠕变曲线,尤其是处于高压时却出现了应变松弛现象。     

水致弱化影响下粉煤灰泡沫混凝土充填体性能试验研究

以普通硅酸盐水泥、发泡剂、粉煤灰和外加剂为原料,制备采空区充填材料.通过试验研究,在不同含水率影响下,充填体的强度特性、应力-应变特性和变形特性.研究结果表明:自由水对充填体力学性能弱化较为明显.具体表现为:随含水率增加,制备的充填体试件抗压强度、抗剪强度递减,前期递减幅度较大,后期较小;充填体峰值强度、峰后残余强度以及延性均随含水率增加而递减;随含水率的增加,弹性模量降低幅度较大,泊松比变化幅度较小,剪切模量和体弹性模量均减小,水弱化影响下充填体会产生进一步压缩.     

基于最小耗能理论的混凝土力学本构模型研究

为了准确描述复杂应力下混凝土应力应变关系,通过对混凝土进行不同围压作用下三轴压缩试验,考虑轴、径向应力和球应力对轴向应变的影响,结合最小能耗原理建立一种混凝土损伤本构模型,得出:该模型对混凝土峰前应力应变变化趋势预测基本一致,而对于峰后变形虽有出入,但是总体上较好地描述混凝土峰后应力应变关系.最后,试验曲线与拟合曲线也具有较高的拟合度,说明了模型的正确性与合理性,也对实际工程具有指导意义.     

基于Druck-Prager和MISO模型的混凝土 三轴压缩行为有限元模拟

本文采用有限元分析软件ANSYS模拟了不同围压(0,25.5,51.2 MPa)条件下素混凝土圆柱试样压缩响应特征。首先,综合对比分析了Druck-Prager模型及多线性强化(MISO)模型的模拟效果。此外,进一步基于MISO模型分析了混凝土试件端部约束条件对模拟结果的影响。最终得到的主要结论包括:(1)单轴压缩条件下,有限元模拟结果与试验结果一致性较好,且Druck-Prager模型更适宜模拟混凝土体应变特征;(2)施加围压时,MISO模型所得抗压强度较保守,而Druck-Prager模型高估了混凝土抗压强度;(3)就MISO模型而言,端部摩擦约束对混凝土应力—应变曲线无显著影响,但会加剧混凝土体积膨胀(剪胀)。     

机制砂混凝土应力-应变试验研究

为研究机制砂混凝土单轴应力状态下的力学性能,通过对0%、4%、8%、12%、16%、20%(质量分数)六种石粉含量,C20、C30和C40三类强度等级的机制砂混凝土棱柱体试件进行单轴抗压试验,并与河砂混凝土进行对比,获得了其在单轴受压下的应力-应变全曲线,拟合得到了适用于机制砂混凝土单轴受压的本构方程,结果表明:机制砂混凝土应力-应变曲线变化趋势和河砂混凝土基本相似,在曲线的上升段,机制砂混凝土与河砂混凝土基本重合,但在曲线下降段,机制砂混凝土比较陡峭;随着石粉含量的增加,机制砂混凝土试件的峰值应力和峰值应变都呈现出先增加后减小的趋势,当石粉质量分数为8%时,三种不同强度等级的机制砂混凝土峰值应变均达到最大;机制砂混凝土峰值应力和弹性模量均随着混凝土设计强度等级的提高而增大;基于Sargin模型拟合得到的机制砂混凝土应力-应变全曲线与试验全曲线吻合性较好。     

胶凝原油非定常参量蠕变模型研究

胶凝原油的蠕变特性对保障管道安全流动具有重要意义。现有蠕变模型在不同剪切应力下的拟合参数显著不同,不便工程应用。为此,研究从流变参量的非定常化角度出发,对经典Maxwell模型进行扩展,利用求解微分型本构关系的方法建立非定常参量蠕变模型。利用三种胶凝原油对蠕变模型进行验证,结果表明:一个蠕变方程即可较好地描述油品在多个应力下的蠕变过程,拟合精度高,模型未知参数少,且拟合参数不随剪切应力变化。油品温度降低,胶凝原油黏弹性增强,模型拟合参数呈现单调变化趋势。借助拟合确定的模型参数对胶凝原油其它应力下的蠕变响应进行预测,预测结果与试验结果较为一致,表明模型具有良好的工程应用价值。     

基于声发射的大理岩破坏模式研究

不同围压条件下大理岩破坏模式不同,这种破坏模式的差异可以通过压缩试验过程中的声发射特性进行研究。利用超声波波速选取离散型较小的大理岩试件开展三轴压缩试验,结合声发射试验对不同围压下大理岩的声发射特性进行研究。结合声发射特征和应力-应变曲线对三轴加载过程中大理岩破坏模式进行了分析。研究结果表明,随着围压的升高,应力-应变曲线的脆性跌落程度逐渐降低,扩容起点对应的体积应变和轴向应变均逐渐增大。声发射在大理岩体积扩容前计数较小,能量很低,在体积扩容后声发射累计能量和累计计数急剧升高,裂纹不断发展,最终导致试件破坏。随着围压的升高,最大声发射幅值、累计能量、累计计数均逐渐降低,试件的脆性减弱,破坏模式向延性转变。     

基于动态蠕变试验的沥青混合料黏弹性分析

基于沥青混合料Burgers模型的黏弹性理论,通过动态蠕变试验进行AC-20黏弹性分析,得到不同温度及应力下的混合料变形特征曲线及Burgers模型4个参数的变化规律．结果表明：在同一温度下,随应力水平增加,永久变形随之增大,稳定期永久应变发展速率增大且破坏期提前到来,Burgers模型参数中E1、E2增大,η1、η2减小;在同一应力水平下,永久变形会随温度升高而增大,同时E1、E2减小,η1,η2增大．因此应力及温度对沥青混合料黏性及弹性影响程度不同,随着应力增加,弹性增强而黏性降低;随温度升高,则弹性降低而黏性增加,该结论与路面实际使用状况一致．     

GAP-ETPE基高能固体推进剂的蠕变性能

为研究GAP-ETPE基固体推进剂的蠕变性能,通过压延工艺制备了GAP-ETPE/Al/RDX/AP/GAPA高能固体推进剂,分析了加载应力、环境温度对推进剂蠕变性质的影响;使用Matlab软件对GAP-ETPE基推进剂在不同加载应力、不同环境温度下的数据进行拟合,对其长期蠕变行为进行预测。结果表明,推进剂的蠕变应变、残余应变随加载应力和温度的增加而增大,室温及1.4MPa加载应力下蠕变应变为4.9%;56℃及0.5MPa加载应力下蠕变应变为4.0%;恒定蠕变速率随加载应力增加显著增大,但是在加工温度附近出现了极值点;对比发现GAP-ETPE基推进剂的抗蠕变性能优于常见的热固性推进剂;广义的Kelvin模型对各组蠕变数据的拟合程度达到0.995以上,能够很好地描述GAP-ETPE基推进剂的蠕变行为;建立的蠕变柔量主曲线将考察时间扩展到10^8.1s,可用于GAP-ETPE基推进剂蠕变性能的长期预测及实际应用。