高应变率下花岗岩动态力学特性分析

为探究冲击荷载作用下花岗岩的动态力学参数的变化规律,文中利用分离式霍普金森压杆试验技术（SHPB）对花岗岩试件进行冲击试验。结果表明,花岗岩的峰值应力随着应变率的增长呈线性增长,表现出明显的应变率效应。动态弹性模量与应变速率间存在正相关性,峰值应变与应变率呈现S型函数关系,极限应变随应变率的增长呈现出线性递增趋势。     

热损伤花岗岩三轴卸围压力学特性试验研究

利用岩石伺服试验系统,对经历25℃~900℃作用后的花岗岩试样进行三轴卸围压试验,研究高温后花岗岩在卸荷路径下的变形特性、参数特征及破坏形态。结果表明:经历300℃后的岩样围压卸荷量最少,最容易发生破坏。基于应变围压增量比,定量揭示了卸荷破坏是由强烈的径向变形和体积扩容所致。随着温度上升,各应变围压增量比均先增大后减小,在300℃时达到最大。卸荷过程中岩样的变形模量逐渐减小,25℃~900℃之间,减小33.20%~59.11%,且温度越高减小越多,与体积应变均呈二次多项式相关;泊松比逐渐增大,25℃~900℃之间,增大164.96%~274.03%,且温度越高增加越多,与体积应变均呈线性相关。高温后的岩样在单轴压缩下均呈轴向劈裂破坏,并存在多个贯通裂纹;在三轴压缩下为宏观单一的贯通剪切破坏形态;三轴卸围压下破坏形态则比较复杂,常温时为高角度的局部剪切破坏,随温度升高,岩样变为贯通剪切破坏,到900℃时又变为局部剪切破坏。     

实时温度下中细粒花岗岩动力响应与吸能特性试验研究

 基于改进的分离式霍普金森压杆,研究实时温度下中–细粒花岗岩的动力响应与吸能特性。结果表明：温度在20 ℃～500 ℃下,花岗岩全应力–应变曲线的弹性、塑性与应变软化3个阶段特征明显,700 ℃时的应力–应变曲线出现塑性屈服平台;应变率增加,岩石抗压强度增大,但随温度的升高应变率效应逐渐减弱;温度和应变率对岩石弹性模量的影响规律均不明显;应变率增加会使岩石单位体积的能量吸收能力提高,但不同温度下应变率对单位体积吸能的影响效果有较大差异;500 ℃及以下时峰值应变的应变率效应比较接近,但700 ℃时峰值应变的应变率敏感系数大幅增加;采用相同气压加载时,发现不同温度下应变率所处范围差异较大,而且气压对应变率的影响系数也不相同;500 ℃及以下,随应变率增加试样破坏形式从劈裂过渡到碎裂,700 ℃时试样则呈粉碎性破坏。     

花岗岩动态压缩力学特性研究

由于岩石材料动态破坏的复杂性,理论分析和实验研究都还很不充分,岩石的动力特性越来越受到重视。本文采用霍普金森压杆对花岗岩圆柱试样进行了动态压缩试验,建立了加载速率与花岗岩冲击破坏时的弹性应变能、结构破坏能及岩石破坏形态之间的关系。试验结果表明:甘肃地区弹模在17~21 GPa的花岗岩在瞬时加载条件下,强度随着加载速率的增加而提高;动态压缩强度平均强度为240 MPa,动态模量为31.5 GPa;应变率的变化范围在81~210 s^-1,动态压缩强度随着应变率的增加有明显增大的趋势;当冲击速度增加时,岩石破坏后释放的能量显著增长,应变率越大,岩石破碎块越小。该试验结果能够评价动态荷载作用下花岗岩的强度参数,为类似区域的工程设计与施工提供依据。     

全伺服式中等应变率三轴试验系统的研制及应用

开展中等应变率试验将有利于理解全应变率空间材料力学特性的率效应特征.为弥补国内外中等应变率试验设备的不足,自主研制RMT401全数字伺服式中等应变率三轴试验系统,主要由3个子系统组成:高频轴向加载系统、全数字围压伺服控制系统与数据采集系统.该系统具备轴向加载和围压的伺服控制功能,实现了动态试验中轴向应变率的稳定加载与围...     

水泥土应变软化特性三轴试验研究

目前,水泥土在工程当中已得到广泛运用.为了深入了解其力学性质,在大量三轴试验的基础上,对水泥土的破坏模式、应变软化相关特性进行了研究.试验结果表明:水泥土的破坏模式随水泥掺量的不同而发生变化;峰值强度、残余强度随水泥掺量及围压的增大而增大;临界应变(峰值强度对应的应变)则随围压增大而增大,随水泥掺量的增大而减小.     

高温–水冷却花岗岩动态压缩力学特性的应变率效应研究

为探究高温–水冷却花岗岩的应变率效应,使用MXQ1700箱式气氛炉制备200℃,400℃,600℃,800℃和1 000℃共5种高温花岗岩试样并用水冷却,随后利用分离式霍普金森压杆系统对常温试样和高温–水冷却花岗岩试样进行4种不同冲击速率的动态压缩试验(冲击气压分别为0.30,0.40,0.50和0.60MPa)。此外,还通过压汞和扫描电镜试验获得高温–水冷却花岗岩试样的孔径分布、孔隙率和微观形貌。微观结果表明：试样内部损伤以400℃为界可分为两个阶段,400℃之前,高温–水冷却花岗岩试样内部以微孔和小孔为主,孔隙率低于2.20%,损伤较小,当温度超过400℃后,内部中孔比例快速增加,孔隙率上升,损伤随温度升高而加剧。应变率效应方面：在相同温度条件下,高温–水冷却花岗岩试样的动态峰值应力和峰值应变均随应变率的增加而增大,而弹性模量的应变率效应不明显;花岗岩试样破碎程度随损伤的增加而加剧,且分形维数随着应变率的增大而增加;分析内部损伤和外界冲击速度对花岗岩试样应变率的影响,并获得应变率随内部损伤和冲击速度变化的拟合公式。     

三向应力状态下钢纤维混凝土动态特性试验研究

研究了三向应力状态下钢纤维含量为0和2.0%的混凝土在应变速率为10-3、10-4、5×10-4s-1时的强度特性和变形特性;试验过程采用变形控制.试验结果表明,钢纤维混凝土与素混凝土常规三轴峰值应力随围压的提高而增长明显,同种混凝土在相同围压下,其抗压强度随着应变速率的提高而提高;钢纤维混凝土与素混凝土的常规三轴峰值...     

饱水混凝土常规三轴压缩力学特性研究

对饱水和干燥状态下的混凝土进行三轴和单轴压缩试验,对比干燥状态下的试验结果表明:饱水混凝土具有明显的围压效应,抗压强度随着围压的增大显著提高;Bresler-Pister准则能更准确地描述混凝土强度的非线性特征,随围压的增大,饱水和干燥混凝土的强度变化的趋势出现明显的差别;相同围压下,饱水混凝土的抗压强度低,割线模量小,峰值应变大,变形能力增强;饱水混凝土因水的影响表现出良好的延性。     

花岗岩峰后力学特性试验与模型研究

深部围岩在开挖卸载过程中表现出的峰后复杂力学特性一直是工程界十分关注的问题,深入研究岩石峰后力学行为对深部资源开采工程具有重要意义。以深部立井马头门工程为依托,通过室内试验方法研究花岗岩峰后力学特性,采用非线性拟合方法获得花岗岩峰后软化模量与围压的指数关系式,假定岩石的剪胀角为恒定值,基于塑性理论构建考虑围压及剪胀角影响的岩石峰后应变软化模型;以FLAC3D为平台开发数学模型并进行验证,通过构建马头门巷道数值模型,分析深部围岩在应变软化条件下的破坏特征规律。通过研究可知,花岗岩峰后破坏具有脆–延性转化趋势,在高围压条件下,岩石峰后表现出塑性软化破坏特征,岩石峰后软化模量随着围压的增大而减小;通过FLAC3D进行数值验证可知,构建的应变软化模型与试验数据基本吻合,所建立的应变软化模型具有较高的可靠性;通过数值模拟方法分析深部马头门巷道围岩破坏特征可知,巷道拱顶及拱脚等局部区域出现了塑性剪切应变,与现场巷道围岩破损位置及深度基本相同。     

高温后围压对花岗岩变形和强度特性的影响

利用MTS815.02电液伺服材料试验系统完成了不同温度作用后（25℃~1000℃）,不同围压下的30块花岗岩岩样的三轴压缩试验,分析了温度、围压对岩样的变形以及强度特性的影响。试验结果表明：①岩样质量随着温度的升高小幅下降,1000℃时仅比25℃时下降了0.364%;温度低于600℃时,岩样体积、密度变化不明显,温度高于600℃时,体积加速膨胀,密度减小幅度增大,1000℃时体积比25℃时膨胀了5.027%,密度降低了5.132%。②高温作用后,岩样三轴压缩应力-应变曲线大致经历了压密、弹性、屈服、破坏、软化、残余等几个阶段,岩样的刚度、峰值强度、抗剪强度、残余强度、塑性变形均随着围压的增大而增大。③岩样黏聚力随着温度的升高呈线性下降,内摩擦角随着温度的升高先增大后减小,抗剪强度随着温度的升高呈二次多项式减小关系,围压的增大削弱了温度对抗剪强度的影响。     

泥质粉砂岩高围压三轴压缩松弛试验研究

高应力条件下应力松弛特性是岩石长期力学特性研究的重要方面,开展了泥质粉砂岩围压为15~35 MPa的三轴松弛试验研究。高围压下应力松弛曲线的分析表明,岩石的应力松弛可以分为衰减松弛和稳定松弛两个阶段。当松弛初始应力水平较低时,试样主要以衰减松弛为主,很快趋于稳定,当松弛初始应力水平接近岩石峰值应力时,应力松弛明显增大,并出现明显的稳定松弛阶段。不同围压条件下,试样松弛曲线对比分析表明,松弛初始应力水平较低时,岩石处于黏弹性阶段,围压对岩石松弛特性的影响相对较小,随着松弛初始应力水平的增大,当应力水平接近峰值应力时,岩石的应力松弛将随围压的增大而减小。基于三轴松弛试验结果的分析,建立了能够反映泥质粉砂岩三轴松弛特性的西原模型,并验证了模型的合理性。     

实时温度下花岗岩动态压缩破坏特性试验与数值研究

为了研究黑云母花岗岩热动力学性能,对不同实时温度(20℃,100℃,200℃)下的花岗岩试样力学响应和破坏过程进行了室内试验和数值模拟分析。结果表明:在所研究的温度范围内,20℃时岩样的抗压强度和弹性模量值最大,100℃时最小,且100℃下岩样的破碎程度比20℃和200℃的明显偏大;随着加载速率的提高,应力–应变曲线上的峰值应力和峰值应变增加,岩样内部裂纹演化及破坏程度也随之增大;低加载率时试样周边易萌生裂纹,高加载率下试样内部裂纹在加载初期甚至也可被激活;所提出的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型参数确定方法是可行的,数值模拟能较好地描述热处理岩样在冲击荷载作用下力学特性;HJC模型与相关失效准则相结合,能逼真地展现岩样动态压缩破裂过程及其形破坏态变化。     

冲击荷载作用下花岗岩残积土的动力损伤与破坏机理

为调查冲击荷载作用下花岗岩残积土的力学行为,开展了不同冲击频率(3～15 Hz)和振幅(100～400 kPa)影响的循环冲击试验,分析冲击荷载引起的超静孔隙水压力和变形的发展规律。结果表明:振幅和频率的影响均存在临界值,振幅与频率超过临界值时,土体损伤强烈会引起强度迅速衰减。低频与超高频冲击下更易产生较高孔压,从而导致有效应力降低进而引起强度下降。根据冲击应力与应变的滞回曲线的形态特征提出了花岗岩残积土冲击动力损伤的3个定量评价参数,并据此提出了3种冲击破坏类型与辨识方法,指出冲击能量耗散引起的结构损伤及塑形变形累积是花岗岩残积土产生冲击破坏的根本原因,其影响程度取决于土的原始结构强度与微观裂隙发育程度,也与冲击模式和应力水平导致的裂隙扩展规律和塑性累积变形大小有关。工程实践中应查明土体在冲击荷载下的临界振幅与临界频率,尽可能避免采用高振幅与低频率及超高频率荷载冲击土体。研究有助于了解冲击荷载的作用规律和土体力学响应,为中国花岗岩风化地层的施工与设计提供科学理论指导。     

层状盐岩及泥岩夹层动态力学特性对比试验研究

为对比研究盐岩和泥岩夹层的动态力学特性,以应城盐矿的盐岩及泥岩夹层为研究对象,利用带围压的分离式Hopkinson(SHPB)试验装置,进行不同围压(5,15,25 MPa)下的动载冲击试验研究,分析盐岩和泥岩夹层动力特性的围压效应与应变率效应,基于联合的热活化与黏性机制相互竞争的材料强度–应变率依赖的简化模型拟合出盐岩及泥岩夹层的动力强度公式。研究结果表明:(1)盐岩和泥岩夹层均属于率敏感性材料,其峰值应力和延性随应变率的增大而增加,但低围压(如5 MPa)作用下应变率强化效应较高围压(如25 MPa)作用下更加显著;(2)盐岩和泥岩夹层在动力荷载条件下的力学行为的围压效应没有静力荷载条件下明显,动力放大系数(DIF)随着围压增加而减小,泥岩夹层的围压效应要小于盐岩的围压效应;(3)动力强度计算公式拟合效果较好,盐岩平均相对误差为2.51%,泥岩夹层平均相对误差为6.58%。