高温后砂岩三轴卸荷试验研究

 通过三轴卸荷试验,综合考虑回弹值和纵波波速与温度的关系,对高温后砂岩的纵波波速和力学特性与温度的变化规律进行研究。试验结果表明：随着烘烤温度的升高,砂岩的纵波波速降低,且经历的温度越高,波速下降的幅度越大;随着烘烤温度的升高,砂岩的回弹值并非简单的单调递增或递减;砂岩的强度力学特性在摩擦特征和胶结特性共同作用下变化,砂岩高温烘烤后摩擦特性大大加强,在较大围压下,由于摩擦作用其强度得到显著提高;高温烘烤后纵波波速、回弹值和强度不具备必然规律;自然风干岩样在低围压下卸载破坏,依然表现出明显的压剪破坏形式,300 ℃,600 ℃,900 ℃烘烤岩样的轴向劈裂现象却逐渐增强;分析认为高温烘烤后岩样的抗拉强度出现了明显降低,热处理后砂岩内部产生热应力,由此诱发表面热开裂及内部微裂纹是造成抗拉强度降低的本质原因。     

高温后粗砂岩常规三轴压缩变形与强度特征分析

通过对经历400℃~1 000℃高温后的粗砂岩进行常规三轴压缩试验,分析试样变形、强度和破坏特征与温度、围压的关系。结果表明:经历400℃高温后的试样围压高于20 MPa时,试样峰值强度附近出现明显屈服平台,经历超过600℃以上高温的试样均具有明显峰值点,随温度升高试样的塑性减弱脆性增强;400℃以内高温对试样的变形参数影响不大,经历超过400℃以上高温的试样的弹性模量、变形模量和极限应变随围压增加单调增加呈正相关性;试样的弹性模量和变形模量随温度升高单调降低,而峰值应变随温度升高单调增加。高温后试样峰值强度随围压增大而单调增加,符合Coulomb强度准则,综合围压影响系数为6.541;800℃以内高温对试样黏聚力、内摩擦角影响不明显,经历1 000℃高温后的试样黏聚力急剧降低,内摩擦角稍有增加;800℃以内高温对粗砂岩具有强化作用,扣除围压影响后试样材料强度与温度呈正相关,超过800℃以上高温使试样强度有所弱化,试样材料强度与温度呈负相关性;高温后试样的试验破坏角和理论破坏角基本一致,高温对试样破坏角影响较小,试验破坏角随围压增加而单调减小,围压对试样破坏角的影响大于温度的影响。     

高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性 试验研究

 通过在MTS815.03电液伺服岩石力学试验机上对焦作方庄煤矿煤层顶板粗砂岩进行高温后常规三轴压缩试验,基于试验结果研究不同温度作用后常规三向压缩条件下粗砂岩宏观力学特性,分析粗砂岩强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角和极限应变与温度的关系;同时对粗砂岩强度、平均模量与围压关系进行探讨。研究结果表明,围压一定,温度为25 ℃～300 ℃时,随着温度的升高,试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大,而变形模量有所降低。高温产生的热应力起到容纳变形和裂隙闭合作用,砂岩试件部分原生裂隙逐渐愈合,裂隙数量减少,密实程度提高,矿物颗粒间接触关系得到改善,摩擦特性得以增强;超过300 ℃ 以后,随着温度的升高,粗砂岩试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均有所减小,而峰值变形逐渐增大,由高温引起的粗砂岩矿物颗粒的不同热膨胀率导致跨颗粒边界的热膨胀不协调,从而产生结构热应力使试样内部产生微裂隙,试样承载能力和抗变形能力减弱。而围压对粗砂岩的力学性质起到改善和强化作用,当温度一定时,随着围压的升高,粗砂岩试件强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大。     

高温后大理岩的冲击力学特性试验研究

 利用分离式霍普金森压杆设备对经历不同高温冷却后大理岩的冲击力学特性进行试验研究,得到不同高温作用后大理岩冲击压缩的应力–应变曲线,分析高温后大理岩纵波波速的变化及在冲击荷载作用下的峰值应力、峰值应变、弹性模量随温度的变化规律。研究结果表明,高温后大理岩的纵波波速随着温度的升高近似线性下降;在800 ℃之前,同一冲击加载速率作用下大理岩的峰值应力随着温度的提高变化并不明显,在800 ℃之后,峰值应力迅速减小;在600 ℃之前,同一冲击加载速率作用下大理岩的峰值应变随着温度的提高无明显变化,但在600 ℃之后,峰值应变随着温度的提高近似线性增加;总体上,弹性模量随着温度的升高呈现降低的趋势,且经历的温度越高,弹性模量下降的幅度越大。结合高温后岩石内部微观结构特征的变化,对大理岩冲击力学特性随温度的变化进行分析。     

砂岩高温后的力学特性

对焦作砂岩在常温及经历100℃～1 200℃温度作用后的力学特性进行试验研究,详细分析加温后砂岩的表观形态、峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比以及应力-应变全过程曲线等的变化情况,并对砂岩的高温劣化机制作初步探讨.研究表明,高温使砂岩的表观形态发生改变;在400℃以内,温度对砂岩的力学性能影响不大,加温对砂岩的某些力学指标有一定的增强作用;但经历的温度超过400℃后,随受热温度升高砂岩的力学性能发生劣化,砂岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,而800℃前砂岩的峰值应变随温度的升高而大幅增加;砂岩的变形大体随经历温度的升高而增大;600℃前砂岩的泊松比随经历温度的升高而减少,而后呈上升趋势.温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致砂岩力学性质发生改变与高温劣化.     

粗砂岩变形破坏过程中渗透性试验研究

利用三轴耦合试验机进行粗砂岩不同围压条件下的变形破坏过程渗透性试验,分析粗砂岩变形及破裂过程中渗透性的变化规律,研究围压对粗砂岩渗透性的影响,探讨试样变形过程中渗透系数与体积应变的关系。研究表明:粗砂岩三轴压缩变形过程中,渗透性变化的总体规律呈现出与偏应力–应变曲线相应的阶段性,即微裂隙压密阶段与弹性变形阶段,渗透性随偏应力增大呈略微降低;弹塑性变形阶段,随新生裂隙的扩展,渗透性先缓慢增大,而后急剧增大,峰值强度后达到极大值;残余流动阶段,产生的贯通性裂隙由于围压作用被压密而导致渗透性下降。在岩样变形破坏过程中,渗透性对环向应变的变化更为敏感。围压越大,粗砂岩渗透性变化曲线的峰值及峰后残余值越小,渗透系数–应变过程曲线越平缓。最后,基于多孔介质理论的质量守恒方程得到孔隙率与体积应变的关系式,采用Kozeny-Carman方程研究粗砂岩变形过程中渗透系数与体积应变的关系,计算结果显示,Kozeny-Carman方程在岩样以孔隙为主要渗流通道阶段适用性较好。     

煤层顶板砂岩高温状态下力学特征试验研究

对44块鹤壁六矿煤层顶板砂岩试件在高温下和高温后的力学性质进行试验研究,揭示砂岩的强度和变形特征随温度的变化规律。试验结果表明:随温度升高,高温下和高温后的砂岩的弹性参数(峰值强度、弹性模量、变形模量)均逐渐降低,但总体变化趋势相似,个别试件的弹性参数在400℃前高于常温状态;两者相比,高温后砂岩的峰值强度、弹性模量和变形模量有所提高,两者受温度影响均以脆性破坏为主。这为研究煤炭地下气化时热作用下燃空区的围岩稳定及应力场和位移场的变化规律提供试验依据。     

3种岩石高温后力学性质的试验研究

通过单轴压缩试验，对不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的力学性质进行了研究，分析比较3种岩石峰值应力、峰值应变及弹性模量随温度的变化规律，并研究了峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系。试验升温等级设为20℃，200℃，400℃，600℃，800℃五级，升温速度为30℃／min。试验结果表明，高温后3种岩石的峰值应力、弹性模量均有不同幅度的降低，且经历的温度越高，降低的幅度越大。对于峰值应变，熔结凝灰岩、花岗岩的峰值应变随温度的升高而大幅度的增加：但对于流纹状凝灰角砾岩，峰值应变随着温度的升高在降低。此外，峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系依赖于不同的岩石而表现出不同的规律。     

不同应力路径下砂岩力学特性的试验研究

利用WDT–1500多功能材料试验机对砂岩试样进行定围升轴、卸围升轴及定轴卸围这3种不同应力路径下的三轴试验,并从变形特性、强度特性和破坏特性及其机制分析等方面对砂岩试样的力学特性进行对比分析研究。结果表明：相对于定围升轴,卸围升轴及定轴卸围下砂岩的强度有所降低,而其侧向变形和相同主应力下的扩容量明显增加,尤其在卸围升轴下的扩容量最大;不同应力路径下,砂岩的变形和强度特性主要受初始轴压和初始围压的影响,而围压加载速率对砂岩力学性质的影响不明显。定围升轴下试样呈现剪切破坏,而卸围升轴和定轴卸围时试样常常呈现出张剪破坏特征。     

砂岩弹塑性力学特性的水物理化学作用效应—— 试验研究与本构模型

 针对干燥、饱水、蒸馏水以及不同离子浓度和pH值水溶液循环流动作用至水–岩反应平衡后的砂岩试件,开展一系列单轴压缩试验和CT损伤测试,获得这些不同状态及水溶液作用后砂岩试件的应力–应变关系全过程曲线和CT扫描结果;分别研究砂岩弹塑性力学特性包括应力–应变关系、弹性模量、峰值强度及残余强度的水物理作用和水化学作用效应与机制;基于CT检测结果开展相应的水物理化学损伤分析;在此基础上,通过分析水物理化学作用对砂岩应力–应变关系的影响特征与规律,探讨并采用改进的Duncan模型来描述存在水物理化学作用效应的砂岩非线性弹性变形行为。研究结果对于水–岩相互作用及相关领域的理论与应用研究,具有良好的促进与借鉴作用。     

HRBF500钢筋高温后力学性能试验研究

通过拉伸试验,研究20,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1 000℃高温冷却后HRBF500钢筋屈服强度、极限强度、弹性模量、延伸率和受拉应力-应变关系的变化规律。结果表明,高温冷却后细晶钢筋,温度历程低于500℃时,钢筋的力学性能变化不明显;高于500℃时,随温度历程的升高,钢筋的应力-应变关系曲线逐渐软化,钢筋的各项力学指标逐渐退化。基于试验数据,提出了高温后500 MPa细晶粒钢筋屈服强度、极限强度和弹性模量随温度变化的计算公式,为开展细晶粒钢筋结构抗火性能分析及火灾后损伤评估提供基础性素材。     

高温作用后黄砂岩的力学特性研究

对经25~1 000℃作用后的黄砂岩进行常规三轴压缩试验,研究黄砂岩的表观形态和力学特性。研究结果表明:经不同温度作用后,黄砂岩呈不同的颜色,总体上随着温度的升高,颜色会加深。经600℃作用后,受温度影响岩体体积膨胀逐渐明显,体积变化率增大。温度从25℃升到1 000℃的过程中,黄砂岩的密度和弹性模量随温度的上升逐渐降低。围压作用下的黄砂岩,在600℃之前,峰值强度随温度的升高明显呈二次非线性升高,弹性模量下降较小;在600~1 000℃时,峰值强度随温度变化呈二次非线性下降趋势,弹性模量也呈下降趋势,且温度越高,降幅越大。黄砂岩经不同温度作用后,在围压由5 MPa增大到15 MPa时,其最大振铃计数率及累计振铃计数率均发生改变。     

高温后高强混凝土力学性能的试验研究

对高温后C70和C85两种高强混凝土的力学性能进行试验研究,包括不同温度后高强混凝土应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比等的变化情况.研究表明随受火温度升高,高强混凝土的强度、弹性模量逐渐下降,峰值应变逐渐增大.通过回归分析,给出了相应的回归公式.随后,与普通混凝土进行了比较,发现在常温至500℃温度范围内,高强混凝土具有明显不同于普通混凝土的特点,快速升温时发生爆裂现象,其抗火性能低于普通混凝土.     

高强钢筋机械连接接头力学性能的试验研究

应用40Cr合金钢通过制作钢筋套筒,用于500,600 MPa级高强钢筋连接。通过试验研究了接头的单向拉伸性能、高应力反复拉压性能和大变形反复拉压性能。试验结果表明:研发的500,600 MPa级高强钢筋专用连接接头,强度和变形性能均满足JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》规定的Ⅰ级接头要求。随着高强钢筋在我国的不断推广,40Cr合金钢套筒的应用前景将十分广阔。     

不同纤维增强碱矿渣胶凝材料高温后力学性能试验研究

从宏观力学性能和微观结构两个方面,系统研究了不同纤维(植物纤维、聚丙烯纤维、微细钢纤维、较粗钢纤维)增强碱矿渣胶凝材料常温和200,400,600,800℃高温后的力学性能;揭示了新型材料高温劣化规律和失效机理。试验结果表明:植物纤维、聚丙烯纤维和微细钢纤维均能起到改善碱矿渣胶凝材料脆性的目的,可抑制材料收缩,延缓裂缝扩展,达到了一定的增强效果。随着温度的升高,植物纤维和微细钢纤维增强碱矿渣胶凝材料的抗压强度和抗折强度均经历了降低、回升再下降的过程,但聚丙烯纤维增强碱矿渣胶凝材料随温度升高强度下降显著,说明植物纤维和微细钢纤维的耐高温性能明显优于聚丙烯纤维。通过SEM分析发现,200℃高温后,聚丙烯纤维开始熔化,丧失増韧作用; 400℃高温后,微细钢纤维出现一定的氧化脱碳现象,对基体增强作用迅速减弱;而600℃高温后,麦秆仍能起到增强效果。     

预应力混凝土大型屋面板受火后力学性能试验研究

通过对工业厂房常用的预应力混凝土大型屋面板受火后力学性能的试验,对比未受火试件与不同受火时间的试件自然冷却后各自力学性能。结果表明:未受火试件和受火试件均发生弯曲破坏,受火过程中屋面板均出现明显变形现象,自然冷却后变形大部分恢复,受火时间越长,残余变形越大;受火后的试件开裂荷载和弯曲刚度均有所降低,但极限承载力无明显下降。在此基础上,给出了大型屋面板受火时间与开裂荷载之间的计算关系式,另外对比了大型屋面板受火后承载力理论值与试验值,得出采用等效截面法计算的理论承载力是偏于安全的。