黄河冰单轴压缩强度的试验与影响因素探究

为进行黄河冰单轴压缩强度的试验,在黄河头道拐水文站附近取冰坯,加工成单轴压缩试验冰样,在实验室测试了其单轴压缩强度。试验温度分别为-3℃、-5℃、-7℃、-10℃、-15℃,应变速率范围10-7s~(-1)~10-2s~(-1)。试样按加载方向分为垂直冰面方向和平行冰面方向,分别测试75个和212个。试验得到250组有效数据,分析结果验证了单轴压缩强度的应变速率效应,建立了单轴压缩强度随应变速率变化的拟合公式;给出不同力学行为下的单轴压缩强度与温度和应变速率的统计关系,进而得到了宽应变速率范围下单轴压缩强度随温度变化的统计关系曲面。此外,试验还推断出河流流向与黄河冰单轴压缩强度之间不存在相关关系,垂直冰面方向加载试样的峰值强度比平行冰面方向加载试样的峰值强度高。     

尺寸效应对海冰压缩强度的影响

海冰压缩强度是海冰的主要力学特性,为了研究海冰压缩强度实验中试件尺寸对压缩强度的影响,本文于冬季在黄海庄河附近海域采冰样,在低温实验室内控制低温实验环境条件,保持试件高宽比恒定以及保持高度恒定的两种变量条件下,沿垂直冰面和平行冰面两个方向对海冰单轴压缩强度进行了试验研究。采用Weibull-Бопотин理论对试验结果进行统计分析,探讨了尺寸效应对冰试件压缩强度的影响。试验和理论计算结果表明:在相同高宽比及相同高度时,均存在试件压缩强度随体积增大而减小的现象,其中垂直加载条件下,试件的尺寸效应表现为更显著的线性关系,水平加载条件下尺寸效应不明显。     

人工淡水冰单轴压缩强度试验研究

利用高精度控温的低温冰压力试验机,进行了-5、-10、-15、-20和-30℃ 5种温度、应变速率变化范围为10-8～10-2s-1的人工淡水冰单轴压缩强度试验,加载方向垂直于冰的晶轴方向。结果表明,人工淡水冰压缩强度随着应变速率有较明显的变化。冰极限压缩强度在韧-脆转变过渡区达到最大值,且随着温度的降低其过渡区逐渐向低应变速率偏移,主要发生在1×10-5～3×10-3s-1范围内;在其相对应的韧性区范围内,冰的极限压缩强度与应变速率呈幂函数关系。在相同的应变速率下,冰的破坏应力随着试验温度的降低而增大。     

乌梁素海湖冰单轴压缩强度特征试验研究

为积累有关纯热力生长淡水柱状冰单轴压缩强度的实际资料,选择黄河河迹湖-乌梁素海的柱状冰制备试样。利用具有严格恒温控温和位移速度控制的电子万能试验机,对垂直冰面加载和平行冰面加载的二类试样进行-2℃、-5℃、-7℃、-10℃和-15℃下不同恒位移速度的试验,研究了应变速率、加载方向及温度对单轴压缩强度的影响。试验结果得到:相应温度下试样的单轴压缩强度随着应变速率的增加,存在先增高到峰值,之后再降低,最后趋于平稳的特征;冰样存在3种破坏形式:鼓胀破坏、剪切破坏和劈裂破坏;在试验温度范围内,冰强度随温度降低有着明显提高;试样单轴压缩强度随温度和应变速率的影响由一个二元统计关系表达;垂直冰面方向加载的试样强度比平行冰面方向加载试样强度大。对于乌梁素海的柱状冰,垂直冰面方向加载的试样峰值单轴压缩强度是平行冰面加载试样的2.1倍;出现峰值强度的应变速率随温度升高而增加;峰值强度随温度的变化能够采用对数函数表达。     

影响冰单轴压缩强度因子的试验

为探讨加载方向、加载速率以及试样尺寸等影响因子对冰单轴压缩强度的影响,针对5种不同尺寸和2种不同加载方向的冰样进行385次单轴压缩加载试验,阐明了冰单轴压缩强度关键影响因子的试验研究方案,总结了试验中冰试样随加载速率不同所具有的典型破坏形式和分布。试验结果表明:试样尺寸的大小不仅会导致脆性破坏时的强度变化,同时也会使过渡区应变速率位置发生偏移;柱状冰不同加载方向上的强度大小差别明显,表现出各向异性。     

冰体力学本构模型的构建

为建立不同条件(温度、加载速率、围压)下冰的力学本构模型,采用理论分析和试验研究相结合的方法,通过比较冰的单轴压缩试验和比例加载条件下三轴压缩试验的应力-应变曲线特征,确定选用幂强化力学本构模型来描述冰体受力时的应力-应变关系;根据三轴压缩试验数据,采用最小二乘法曲线拟合,建立了两种试验条件下冰的力学本构模型;误差分析结果表明,所建立的冰体力学本构模型是比较准确的。     

Weibull统计理论的参数对混凝土全曲线模型的影响

为了解混凝土在不同加载速率下的力学特性,采用微机控制电液伺服大型多功能动静力三轴仪,对强度等级为C15、边长为150 mm的立方体混凝土试件在不同加载速率为10^-5/s,10^-4/s,10^-3/s,5×10^-3 /s下进行了单轴压缩试验,对不同加载速率下单轴压缩混凝土的抗压强度、变形、基于修正后的Weibull统计理论的应力应变全曲线模型参数等进行了研究和分析。结果表明修正后的Weibull统计理论模型能较好地拟合混凝土试件在不同加载速率下的全曲线模型;材料的强度硬化特性可以通过Weibull本构模型中的参数m和E值表征;应变软化特性可以通过Weibull本构模型中的参数c值表征。     

渠道防渗混凝土三轴力学破坏特性试验研究

文中利用混凝土材料三轴试验系统,针对前海灌区渠道水工混凝土防渗材料开展力学破坏实验研究.分析研究了混凝土试样三轴应力应变特征与加载速率之间关系,以及围压对混凝土试样三轴力学特征影响特性,分析得出:高加载速率可提升三轴强度,无机材料掺率或砂率愈大,则加载速率促进强度增长效应愈显著;峰值应变随无机材料掺率增大,但随砂率为先增后减变化;三轴强度、峰值应变均与围压为正相关关系,但水胶比参数降低,则围压促进强度增长幅度及峰值应变增长幅度均减小.研究成果可为农业灌区水利工程中混凝土材料设计应用提供重要参考.     

冻融环境下水工碾压混凝土单轴动态抗压性能研究

为研究冻融循环和加载应变率对水工碾压混凝土抗压力学性能的影响,通过室内模拟碾压混凝土坝工程配合比和施工工艺制备碾压混凝土试件,开展不同冻融循环次数（0、25、50、75次）下的冻融试验和不同加载应变率（10?5/s、10?4/s、10?3/s、10?2/s）下的单轴压缩试验,分析碾压混凝土冻融表观特征及加载破坏形态,研究冻融循环次数和加载应变率对抗压力学性能的影响规律;并基于多元回归分析方法,构建抗压强度、峰值应变、应力-应变曲线与冻融循环次数和加载应变率的相关关系。结果表明:碾压混凝土抗压强度与加载应变率呈线性增强关系,与冻融循环次数满足二次多项式的劣化关系;峰值应变与加载应变率满足二次多项式的降低关系,与冻融循环次数满足二次多项式的增长关系。通过全应力-应变拟合曲线与试验曲线的比较发现,在研究的应变率和冻融循环次数范围内,二者吻合较好。     

混凝土的一种非相关流塑性本构模型

通过实验认识混凝土的三个特性，(1)初始屈服强度为零；(2)三向等压条件下应变和塑性应变均与应力呈线性关系；(3)有扩容出现时应力-应变曲线将进入下降段，但有下降段出现不一定出现扩容。以此为基础，采用半经验半理论的方法建立了混凝土的非相关流塑性本构模型。模型能够保证在单调加载下应力-应变曲线是光滑的，在峰值点处严格遵守Willam-Warnke三参数强度准则，在下降段有稳定的变化趋势，并能描述体积压缩和扩容现象。     

河冰三轴压缩强度特性及破坏准则试验研究

为研究河冰在复杂应力状态下的力学性质及破坏准则,对淡水柱状冰在恒定轴向加载速率(0.4 mm/min)下,分别进行温度-6、-12、-18和-24°C,围压500、1000和1500 kPa的常规三轴压缩试验。得到天然淡水柱状冰三轴压缩应力应变曲线,三轴压缩广义剪应力峰值与温度及围压的关系,以及三轴压缩能量耗散特征,并利用莫尔库仑准则分析温度和围压对河冰强度参数的影响规律。结果表明:在所选试验条件下,柱状冰主要发生单剪破坏和延性破坏;在恒定温度条件下,广义剪应力峰值随围压的增大呈现近似线性增加;在恒定围压条件下,广义剪应力峰值随温度的升高呈现近似线性减小;根据莫尔库仑理论解释柱状冰破坏准则,在4种试验冰温下,其内摩擦角分别为21°、45°、42°和52°,黏聚力分别为1191.6、513.2、861.6和933.4 kPa;从能量特征角度考虑,柱状冰三轴压缩耗散的能量随着围压的增大有逐渐增加趋势。     

寒区核电厂取水口防冰设施设计研究

针对寒冷地区核电厂取水构筑物在冬季运行过程中易受海冰威胁的问题,以辽宁徐大堡核电厂取水口的防冰设施为例,根据该工程海域的冰情特征及流场情况,就海冰对核电厂取水工程的影响进行了系统的分析计算,确定了流冰的尺寸、强度、漂移特征参数,提出了破冰-拦冰-导冰的设计思路,并通过物理模型试验对防冰设施的效果及关键参数进行了验证和优化,在此基础上确定了核电厂取水口防冰设施的设置方案。     

X70钢的包申格效应研究

通过单轴拉伸和压缩试验，研究了X70管线钢的包中格效应（BE）。在不同预变形下对几个试件分别进行加载，当达到给定的预应变值时就卸载，随后再进行反向加载试验，记录其屈服强度。试验表明，X70钢的反向加载特性可用RambergOsgood关系拟合。最后给出了屈服强度降和预塑性应变之间的经验公式。     

冰单轴压缩强度试验的方法与设备

以乌梁素海湖冰的单轴压缩强度试验为例,详细阐述了冰单轴压缩强度试验的试样制备、试验方法和所需设备。具体内容包括:现场采集冰坯的方法和工具;现场观测冰晶体结构所需薄冰片的制作方法和工具;冰密度的测量方法和工具;大连理工大学低温环境实验室内加工冰单轴压缩强度试验标准试样的加工设备;试验的主要设备和具体步骤。最后给出淡水冰压缩破坏的三种典型破坏形式及它们对应的应力-应变曲线。     

辽东湾区域性漂移海冰的SPH数值模拟

在海冰动力过程的数值模拟中引入SPH法，采用Hibler的粘塑性海冰本构方程，并考虑海冰的热力过程，对辽东湾海域区性漂移海水进行了96h数值模拟，计算结果与海冰的实际演化过程吻合，分析表明，海冰内力对冰速、冰厚和密集度的分布有较大影响，在区域性在海冰数值模拟中应予以考虑。     

重力式码头抛石基床压缩特性和变形参数试验研究

通过对重力式码头抛石基床的块石体进行原型尺度的压缩试验,研究其压缩特性和变形参数。在钢料筒中随机抛填10～80 kg块石,分级施加压力荷载,观测块石的破碎现象,测试块石体的荷载-压缩量曲线及钢料筒的环向应变,结合有限元分析,得到块石体的应力-应变曲线及变形参数。对5组不同初始孔隙比和级配的块石体试样进行了往复加卸载的压缩试验,结合试验现象和测试数据,分析了块石体的颗粒破碎特性、压缩特性和孔隙比变化特性。块石体的泊松比参数介于0.2～0.3之间,其压缩模量参数与加载次数有关,可分为一次加载、二次加载和多次加载的三个压缩模量参数。重力式码头抛石基床中块石体的应力-应变曲线可以以不同加载次数的历史最大应力为分段点,分段选取对应的压缩模量参数来分段线性表达。     

不同应变速率下双裂隙红砂岩力学特征试验研究

节理岩体在外力扰动下的失稳破坏往往对工程产生较大影响。为探究应变速率对节理裂隙岩体力学特征的影响,室内采用不同加载速率对含两条预制裂隙的红砂岩试样进行单轴加载试验,在此基础上利用数值分析软件进行模拟和分析,并对试验结果进行验证。试验结果表明：在不同加载速率下,含预制双裂隙红砂岩破坏过程大致相同;随着加载速率的增加,试样的峰值强度增加,试样发生应力强度跌落时的应变也有一定的增长;随着加载速率的增加,在预制裂隙两端萌生的裂隙数量逐渐增多,裂隙的扩展方向更多样,扩展的距离也更远,导致试样逐渐从局部破坏形式向整体破坏形势发展。利用FLAC3D软件数值分析得到,随着加载速率的增加,单轴压缩荷载作用产生的塑性区范围变大。     

基于数字图像相关方法的黄河冰断裂性能研究

河冰的断裂性能是衡量河冰承载力、模拟和预测开河的重要参数。为明晰黄河冰的断裂性能,基于数字图像测量技术(Digital Image Correlation,DIC)开展了黄河冰的三点弯曲梁试验,分析了不同条件下试样的断裂形态,研究了温度和加载速率对黄河冰断裂韧度的影响。研究结果表明:DIC方法适用于黄河冰断裂试验的研究;黄河冰试样的断裂形态主要受到晶体形态的影响,试样的破坏形式以Ⅰ型断裂为主;黄河冰断裂韧度随着加载速率的增加而降低,随着温度的升高而减小,但在试验给定温度范围内降幅较小;提出了黄河冰断裂韧度与温度、加载速率的关系式,为极限荷载作用下河冰断裂过程的分析及冰荷载断裂参数的选用提供了依据。     

大颗粒柱状淡水冰无侧限剪切强度及其影响因素

针对大颗粒柱状冰无侧限剪切强度同加载方向、加载应变速率和冰样温度有关,在加载应变速率5.00×10-5/s~5.00×10-2/s区间内、试验温度分别为-0.5℃、-2℃、-5℃和-10℃、进行两个加载方向分别为垂直加载(加载力平行于晶体生长方向)和水平加载(加载力垂直于晶体生长方向)的无侧限剪切试验。结果发现,在既定试验条件下,剪切强度随着温度和应变速率的减小有增大趋势;比较两个加载方向剪切强度可知,在-5℃和-10℃条件下力学性质的各向异性更为明显,而在-0.5℃和-2℃时两个加载方向剪切强度相差不大;另外在气泡含量小于8.65%情况下,冰内气泡含量对大颗粒柱状冰剪切强度影响不大。     

基于声发射技术的混凝土动态损伤特性研究

为研究混凝土材料动态损伤特性及损伤演化规律,进行了不同加载应变速率下(10^-5/s,10^-4/s,7.5×10^-3/s)的混凝土单轴压缩试验,并实时采集相应的声发射信号;在分析声发射参数与应力应变关系的基础上研究了在循环加卸载条件下混凝土材料的塑性变形特性及损伤特性。结果表明:循环加卸载过程中损伤集中在前期和中期,损伤程度随加载时间的延长逐渐加重,循环次数越多,损伤越严重;随着累积残余塑性应变的增加,损伤变量逐渐增大,加载应变速率越大,峰值前的释放能量越大,混凝土破坏越严重;随加载应变速率的提高,损伤破坏的路径变短,加载应变速率差异越大,损伤破坏路径差异越大,但损伤变化曲线起点与破坏终点重合。