岩石双轴压缩试验及装置研究进展

综述岩石双轴压缩研究的试验方法、试验设备和研究成果,指出大部分现有的破坏准则忽视了中间主应力的影响,选用试件尺寸太小以致无法充分考虑尺寸效应,加载头与试件受压面之间存在的摩擦力影响试件破坏形态.河南理工大学和加拿大麦吉尔大学合作设计建造的大吨位等刚度双向加载系统采用柔性加载头,克服了加载过程中加载头与试件间的摩擦力对试件破坏形态的影响,且能对较大尺寸试件进行单、双轴压缩试验.利用该装置对各种岩石材料开展系统的试验研究,有望弥补目前国际岩石力学界对双向受力状态下岩石破坏机理认识的不足.     

循环加载条件下的岩石全过程曲线

利用电液伺服材料试验机可以获得岩石的全过程曲线，该曲线对矿柱稳定性及冲击地压等研究具有重要意义。在峰值前及峰值后循环加载条件下的岩石单轴压缩试验尚不多见，对在此条件下的全过程曲线进行了初步分析。     

CCGA焊点热循环加载条件下应力应变有限元分析

SMT焊点在热循环加载条件下的应力应变过程分析是SMTO时点可靠性研究的重要内容。SMT焊点的可靠性问题主要是焊点在热循环过程中,由于陶瓷芯片载体与基板材料之间的热膨胀失配而导致焊点的蠕变疲劳失效,以CCGA焊点为例,利用CCGA三维焊点形态预测表面节点输出结果,将焊点形态分析三维表面模型转换为焊点应力应变有限元分析三维实体模型。从而建立了CCGA焊点可靠性分析模型,采用三维有限元方法分析了CCGA焊点在热循环条件下的应力应变过程,在此基础上对CCGA焊点疲劳寿命进行了计算。     

岩石材料局部化渐进剪切破坏特性及模型分析

为研究岩石材料局部化渐进剪切破坏过程和机制,利用RMT-150C岩石力学多功能试验机,对典型岩样进行三轴压缩试验,分析了岩石全应力应变过程,重点探讨应力软化、残余应力稳定2个峰后阶段,研究了岩石的破坏形式及机理.结果表明,应力在峰后阶段呈现渐进式跌落,并逐渐趋于稳定而达到残余强度.同时,基于局部化剪切带的形成过程,依据岩石应变软化机制,构建能模拟岩石渐进剪切破坏的力学模型.最后,对所建立的模型进行试验验证,模型计算与试验结果吻合较好,证明了该模型的合理性.     

韧性金属平面应变拉伸失稳与应变局部化的剪切效应

讨论了韧性金属平面应变拉伸失稳与应变局部化的剪切三轴效应。对常规平面应变大变形厚向应力表达式进行了修正,计入塑性域内剪应力的影响,采用文献[1]的有限元方法进行数值模拟,并与忽略这种剪切效应的常规方法计算结果进行比较。讨论了初始表面不均匀性对剪切效应的影响程度。     

双向等比例加载下的混凝土动态抗压性能

为了研究混凝土试件在多轴受力、不同应力途径下的动态力学性能,采用大型静动态电液伺服试验系统,对混凝土试件进行双轴应力状态下等比例加载的动态抗压试验.双轴加载比例为1∶0、1∶05、1∶1,应变速率分别为10^-5/s、10^-4/s、10^-3/s、10^-2/s 4个量级.通过试验,研究了在不同应变速率、不同应力比情况下,混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变、应力应变曲线的性能.试验结果表明,随着应变速率的提高,各种应力比下混凝土的抗压强度、弹性模量均有提高.在相同应变速率下,与单轴动态受压相比,1∶0.5的应力比其抗压强度提高幅度大.     

多轴非比例加载条件下疲劳损伤参量的研究

为解决传统的疲劳方法对于复杂的多轴加载情况下疲劳寿命估算不理想的问题,利用有限元分析方法,研究了试件在单轴加载,双轴比例、非比例加载、三轴比例、非比例加载情况下,6种常用疲劳损伤参量随截面位置的变化情况,进而确定每一种损伤参量的最大值和相应的临界面位置。在此基础上提出一种新型的损伤参量,该损伤参量结合了剪应力功的概念和疲劳破坏的微观机制。     

煤矿砂岩双向加载下力学特性及破坏特征实验研究

随着开采深度的不断加深,开采活动在地下开挖体周边引起的压缩应力可能足以引起岩爆甚至作业人员伤害等灾害.地下开挖体周边岩石处于平面应力或平面压缩状态.为了研究地质材料的双轴强度.对从煤矿井下采出的100 mm立方体灰砂岩试件的双轴力学性能和强度进行了实验研究.双轴压缩的加载速度为1 MPa/s.对砂岩立方体试件和标准试件的单轴强度进行了测试并与双轴试验结果进行比较.实验采用了2种加载路径:一种是保持双向受力相等直至破坏;另一种是保持双向受力相等直至单轴抗压强度的1/2,然后保持约束荷载恒定,增加另一荷载直至破坏.给出了试验结果和所观察到的现象,探讨了砂岩双轴加载的破坏机理.试验结果表明,随着约束荷载的增加,岩石双轴强度显著增加,试件的破坏通常由加载初期开始,并持续地沿自由面片落,最终产生加载平面外的剪切破坏,同时伴随轻微的断裂声响.     

应变空间中一般加载规律的弹塑性本构关系

为了建立多维应力、应变空间的弹塑性本构关系,将一般加载规律一维全量理论的简单弹塑性模型推广到一般加载规律的多维增量理论,并且给出应力空间的加载函数和应变空间的加载函数以及它们之间的正确的变换关系.在此基础上,在应变空间中建立了推导一般加载规律的多维增量理论的本构关系的一种途径.应用这种途径,从应变空间的加载函数出发,推导了等向强化材料的一般加载规律的弹塑性本构关系.理论和实例表明,这种途径对等向强化材料、随动强化材料、理想弹塑性材料和热弹塑性问题都适用.     

主应力旋转条件下粉细砂的非比例加载变形特性

对粉细砂进行一系列空心圆柱扭剪试验,研究土体在经历含主应力轴偏转的非比例加载路径时的变形特性,重点分析偏应力水平、中主应力系数对土体变形产生的影响。试验中发现弹性剪应变在总剪应变中所占比例较大。在此基础上重新定义了非共轴角,并对饱和粉细砂的变形特性及其影响因素进行研究。结果表明,纯主应力旋转过程中,不同偏应力比、中主应力系数的土体,广义剪应变的整体发展规律相似,偏应力比与中主应力系数对加载末期的土体应变硬化产生较大影响;偏应力比与广义剪应力相同时,中主应力系数的差异使得土体的各向异性在变形响应中得以体现,从而表现出广义剪应变的差异;主应力旋转将使粉细砂产生明显的塑性变形,相较于中主应力系数,偏应力比对于砂土非共轴变形特性的影响更大。     

一种双轴岩石平面应变仪的改进和应用

改进制作了一种双轴岩石平面应变实验装置,并自行设计制作了侧向加力器。该装置不仅能施加合适的围压,而且能在实验过程中动态监控围压的变化。对砂岩的实验测试研究表明,这种改进后的双轴岩石平面应变仪能更好地模拟岩石平面应变的条件,具有较好的实用性。     

反向加载条件下碳纤维加固混凝土梁的分析

通过对4根存在较大宽度裂缝的混凝土梁在反向加载条件下的碳纤维（CFRP）加固试验,研究了反向加载条件下碳纤维加固梁在各个不同加载阶段的力学性能及应变规律,研究结果表明：在同样的碳纤维的用量下,反向加载条件下碳纤维加固后的混凝土梁的钢筋的屈服将比不采用该方法加固的梁来得更晚,加固梁的弹性工作阶段得以延长,提高了碳纤维的利用率,对于提高混凝土梁的主要力学指标具有显著效果.     

偏心加载下确定混凝土应力应变曲线的试验与电算方法

历来混凝土的应力应变关系采用轴心加载试验取得.本文介绍一种新的方法:偏心加载求应力应变曲线法.“偏心法”将试验、数学分析及电子计算机综合运用,并已付之实践.“偏心法”取得的结果,在曲线完善程度,模拟压弯构件存在应变梯度等方面均优于“轴心法”所取得的结果.     

多轴非比例加载下循环硬化的数值模拟

本文应用一整合的粘塑性本构模型数值模拟了高温多轴非比例循环应力作用下退火316型不锈钢的循环硬化。文章中具体描述说明了该本构模型方程及其材料参数的构成与物理意义。本构方程的所有材料参数均由简单单轴实验得出,圆形与方型单轴扭转循环应力路径下本构方程的数值模拟结果由实验结果证实了本构模型的可行性,最后该本构模型扩展的可能性亦得到分析与讨论。     

岩石受压应力应变关系的扰动状态理论描述

扰动状态理论(Disturbed State Concept theory,DSC)利用本构模型描述材料响应:材料的真实响应是两种参考响应的加权平均值,参考响应利用合适的本构模型得到.扰动状态理论结果和RMT150B岩石实验系统得到的实验结果都可以给出稳定的、连续的、包括软化段的应力应变关系曲线.在岩石单轴受压实验中,在一定应变范围内试件保持在连续体状态,这一点与扰动状态理论的理论基础一致.从压密点开始描述应力应变关系,压密点同时提供了应力应变关系曲线的计算初始值.应力应变与体应变的描述中,扰动因子演化方程分别以有效塑性偏应变值和当前轴向应变值作为自变量.对红砂岩的体应变描述也同样体现扰动状态理论的平均化思想.     

岩石类材料摩擦局部化损伤本构关系研究

基于损伤弱化与摩擦强化的思想,利用弹簧、胶结杆、滑片组成细观子链D,并引入剪切带宽度,建立了摩擦局部化损伤本构关系.在本构关系的应力-应变曲线上,随剪切带宽度的增加,硬化模量和峰值强度降低.对比已有的应变梯度理论发现,在细观层次上局部化失稳表现为剪切滑动旋转机制,摩擦滑动效应与已有的应变梯度效应具有物理等效性.各种加载条件下的应力-应变曲线形态表明,局部化带宽度的变化对应了各种通过作用于微观键而影响岩石力学性质因素的变化,如温度、加载速率、颗粒尺寸、气体在岩石内表面的吸附作用等.因此,摩擦局部化损伤本构关系适用于更为复杂的工程地质条件.     

大理岩特征应力的加载速率效应研究

为研究加载速率对脆性岩石特征应力的影响规律,利用MTS815型试验机和声发射测试系统进行大理岩的单轴压缩试验.采用体积应变法、声发射法和基于微裂纹发育特性的黏结颗粒离散元法确定试样的特征应力,探究特征应力的加载速率效应.结果表明,3种方法确定的特征应力值较为接近,基于微裂纹数的黏结颗粒离散元法是一种较可靠有效的方法.在中低加载速率范围内,随加载速率增加,归一化特征应力值呈现减小规律.数值模拟结果显示,加载速率在中低和较高范围内增加时,归一化起裂应力和损伤应力均减小.当处于中低加载速率范围时,其归一化特征应力降幅较大.当处于较高加载速率范围时,归一化特征应力趋于平稳,尤其是归一化损伤应力.相比较而言,归一化损伤应力的加载速率效应整体上比归一化起裂应力明显.