黏土–石膏胶结材料的强度试验

为研究黏土–石膏胶结材料的强度特性,在12~336 h的养护时间内,对4种不同配比的黏土–石膏胶结材料进行了单轴无侧限抗压强度试验,测得不同配比胶结材料的初凝时间以及无侧限抗压强度随养护时间的变化规律。同时,在黏土石膏混合料中掺入2~5 mm的砾石进行单轴无侧限抗压强度试验以探讨黏土–石膏胶结材料与砾石的联合作用。试验结果表明,黏土–石膏胶结试样的初凝时间较短,不超过15 min。试样的单轴无侧限抗压强度随时间的变化过程可分为前、中、后3个时期,分别对应强度略微减小、显著增长和趋于稳定3个阶段。掺砾后试样的前期强度未出现减小现象,中、后期强度随时间的变化规律与未掺砾试样相同,但强度显著增长较早且中期持续时间较长。掺砾试样的后期稳定强度远大于未掺砾试样的强度。     

不同掺砾量下砾石土抗拉强度试验研究

砾石土的抗拉强度是土心墙堆石坝抵抗拉裂破坏的重要指标之一。基于自主研制的单向拉伸试验模具,对不同掺砾量下的砾石土进行了系列的单向拉伸试验。在此基础上得到了以下结论:在本文的试验参数范围内,砾石土的抗拉强度随着含水率的增大而减小,随着干密度的增大而增大;分别给出了各掺砾量下土样抗拉强度与其最优含水率及最大干密度的关系表达式;对于处于各自最优含水率和最大干密度下的砾石土,掺砾量从0%增加到50%时,试样的抗拉强度从122.6 kPa减小到了49.8 kPa,且两者呈线性递减关系;试样的峰值拉应变和极限拉应变均随着掺砾量的增加而线性递减;对不同掺砾量土样的断裂能分析发现,随着掺砾量的增加,土样的抗拉能力不断减弱;在略高于最优含水率及处于最大干密度时砾石土试样的综合抗拉能力最强。相关试验成果可为实际土石坝心墙抗裂设计提供参照。     

不同加载速率下冻结黏土的强度及破坏特性

冻土在不同加载速率下的强度和变形特性,是改进冻土机械开挖方法和设备所需的重要参数。通过对冻结黏土进行单轴压缩试验,研究了不同温度和加载速率条件下冻结黏土的强度特性、模量特性和破坏特性。通过分析试验,得到以下结论:(1)冻结黏土的抗压强度和起始屈服应力均随温度的降低和加载速率的增大而增大,且起始屈服应力与抗压强度有很好的线性关系。(2)温度和加载速率对起始屈服模量和切线模量影响很大,不同温度条件下切线模量与加载速率存在对数函数关系。(3)在不同温度条件下,破坏应变和破坏时间均随加载速率的增大而减小。(4)在较大加载速率条件下,温度对冻结黏土的破坏应变和破坏时间影响不明显。     

高温作用后钼尾矿混凝土单轴受压性能试验研究

为研究钼尾矿混凝土高温后的单轴受压力学性能,进行了不同目标温度（20,200,300,400,600,800 ℃）条件下钼尾矿混凝土的轴心抗压强度、峰值应变、弹性模量、泊松比、破坏形态及质量变化的试验研究。结果表明：钼尾矿混凝土试件的质量损失率随温度的升高而增加,在800 ℃时质量损失率平均为6.52%;轴心抗压强度随温度的升高而逐渐降低,800 ℃时与常温相比平均降低70.04%,且随钼尾矿掺量的增加而降低;而峰值应变随温度的升高先减后增;弹性模量和泊松比都随温度的升高而降低,在800 ℃时弹性模量和泊松比平均比常温降低88.22%和35.66%。对于弹性模量,大体上随着钼尾矿掺量的增大而减小;而对于泊松比,钼尾矿掺量100%的混凝土略大于掺量50%的混凝土。根据试验结果,建立了钼尾矿混凝土高温后的单轴受压应力-应变本构方程。     

超低温冻结黏土单轴抗压力学性质试验研究

地下交通、煤炭开采等工程常遇砂土交错和地下水极为丰富的软弱地层施工难题,可利用液氮使土体处在超低温冻结状态以达到土层稳定和加固的目的,因此,探究超低温冻土的抗压强度对于工程施工的长期稳定和安全具有重要意义。为揭示超低温冻结黏土单轴抗压力学性质变化规律,对含水率为17%,20%,23%的土样进行–10℃~–180℃的单轴压缩试验。结果表明:冻土温度高于–80℃时,呈弹塑性破坏,低于–80℃时,呈脆性破坏;冻土抗压强度随温度降低,先呈线性增加,当温度低于–80℃后强度基本稳定,并对温度与冻土抗压强度进行拟合,拟合效果较好;含水率在17%~23%,冻土抗压强度随含水率增加而增大,冻土弹性模量随温度降低呈上升趋势,且含水率越高弹性模量越大。最后,对比分析了4种应力–应变方程对超低温冻土关系的适用性,发现幂函数和双曲线公式拟合超低温冻土应力–应变关系精度较低,拟合效果并不理想;复合幂指数模型对弹塑性破坏过程拟合精度较好,并能准确地描述该过程的屈服和破坏情况,但对于脆性破坏段的应力–应变曲线并不适应,因此该模型有一定的局限性;黏弹塑性方程对冻土应力–应变关系拟合精度最好,后引入温度函数,改进黏弹塑性方程,提出与冻土温度有关的复合型方程,该方程拟合精度更高,补充了超低温冻土应力应变方程理论,可以为实际工程提供理论参考。     

上海人工冻结软黏土抗压抗拉强度试验研究

对3种典型的上海饱和冻结软黏土进行单轴无侧限抗压强度试验,通过对试验数据的分析,得出饱和冻结软黏土的单轴抗压强度受温度、应变速率、含水率及干密度等因素的影响规律:①抗压强度随应变速率的增加以幂函数的形式增大;②抗压强度随温度的降低线性增加;③在相同的应变速率及温度条件下,含水率越大,冻结软黏土的抗压强度越大;干密度越大,抗压强度越小。并得出抗压强度与温度、应变速率关系的幂函数模型参数。通过恒温下冻土间接拉伸试验,分析了保持轴压的大小及加载速率的大小对抗拉强度的影响,得出试样所受轴压和围压对抗拉强度起到一个弱化作用的结论,并分析了原因。对抗拉强度与加载速率进行线性回归,得出了模型参数。通过分析图表得出了抗拉强度随加载速率增加而增加,轴压保持越高抗拉强度增长速率越小的结论。     

大尺寸富水卵砾石样冻结状态下的力学特性

为了探究大尺寸富水卵砾石样冻结状态下单轴抗压强度与冻结温度的关系,以南宁市地铁1号线民族大学—青川站区间联络通道富水卵砾石样为研究对象,自研大尺寸模具制备试样,通过GCTS试验平台对试样进行单轴抗压试验,探究试样强度与冻结温度的相互作用关系。试验结果表明:试样抗压强度随着冻结温度的降低不断增加,试样承载能力不断增强,由2.18 MPa增长到3.1 MPa,试验轴应变随着冻结温度的降低不断减小;冻结状态下,卵砾石试样强度主要受冰的强度、冰卵砾石连接强度以及试样中未冻水含量的影响,在一定范围内,降低冻结温度冰强度增强、冰卵砾石连接强度增强、未冻水含量减小,黏聚力提高,内摩擦角略微增大,造成卵砾石试样随着冻结温度的降低强度不断增强;卵砾石试样达到最大抗压强度时轴应变随着冻结温度的降低不断减小,由7.4%降低到3.2%,表明试样随着冻结温度的降低,脆性增强延性减弱,试样破坏趋向于脆性破坏。     

循环单轴应力和循环温度作用下玄武岩力学性质初探

对玄武岩在循环单轴应力–温度作用下的力学性质进行初步的试验研究。开展应力上限为80%和65%单轴抗压强度、温度上限为60℃和90℃的循环单轴应力–温度试验以及循环后的单轴压缩试验。试验结果表明:循环应力和循环温度作用具有"叠加"效应;循环应力上限为80%单轴抗压强度时,玄武岩随循环次数增加逐渐损伤,在循环中破坏;应力上限65%抗压强度且温度上限60℃时,玄武岩随循环次数增加逐渐硬化,在循环中不会发生破坏;损伤岩样峰值应变经历初始阶段、等速阶段和加速阶段,残余应变具有较大波动性;损伤岩样峰值割线模量先迅速降低,后缓慢降低,在临近破坏时急剧减小,应力上限大时峰值割线模量的降低程度大;应力上限相同,温度上限大的损伤岩样破坏循环数小;硬化岩样峰值应变和残余应变随循环次数增加而减小,峰值割线模量、割线弹性模量和卸载模量随循环次数增加而增大,温度上限大时岩样模量增加幅度小;硬化岩样受循环作用后,抗压强度较初始强度提高;岩石破坏时峰值应力与峰值割线模量定义的损伤因子线性相关程度高。     

2种岩石直接拉压作用下的力学性能试验研究

 利用Instron1342液压伺服机对2种典型硬岩和软岩试样进行单轴试验,包括单轴压缩试验和直接拉伸试验,研究这两种岩石在直接拉压作用下的力学性能,对比2种岩石的单轴抗压强度和单轴拉伸强度。试验过程中监测岩石试样的轴向应变和水平应变,并记录岩石试样的声发射特征,得到2种岩石在单轴拉压下的应力–应变曲线和声发射计数率曲线,对比2种岩石在单轴拉压下的声发射变化规律。试验发现,直接拉伸下2种岩石在加载初期较大范围内基本无声发射事件发生,直到破坏前声发射事件数才突然增大。讨论2种岩石在不同加载模式下的弹性模量和泊松比变化关系,发现单轴压缩下,硬岩的弹性模量随载荷变化先增大而后趋于稳定,当载荷超过单轴抗压强度的80%时又变小;而单轴拉伸下,硬岩的弹性模量初始较大,随后随着载荷增大而逐渐减小。单轴压缩下2种岩石的泊松比为0.2～0.3,而单轴拉伸下岩石的泊松比很小,几乎可以忽略。比较2种岩石的破坏角、内摩擦角以及黏聚力,讨论2种岩石在直接拉压作用下的不同破坏模式。利用三维表面形貌扫描仪对直接拉伸试样的破坏断面进行三维扫描,得到破坏面细观结构图和裂纹面表面粗糙度曲线。     

高温单向约束对煤系砂岩物理力学特性的影响

为了研究高温单向约束对煤层砂岩物理力学行为的影响,对高温后砂岩试样进行单轴压缩试验,分析了物理及力学特性随温度的变化规律。试验结果表明:随着温度的升高,砂岩体积增大,质量和密度不断减小。应力应变曲线随温度升高逐渐由脆性向塑性转变。随着温度的升高,峰值强度和弹性模量均逐渐降低,而峰值应变逐渐增大。     

基于3D打印和FDEM算法的层状岩体力学特性研究

为探究层状岩体的强度和变形破坏特征随层理倾角和试样尺寸等因素的变化规律，利用粉末黏结成型3D打印技术制作涵盖多种倾角和尺寸的层理试样，并开展单轴压缩和巴西劈裂试验，利用有限元–离散元耦合算法(FDEM)对室内试验结果进行验证。研究结果表明：(1)抗压强度、弹性模量和变形模量随层理倾角呈“U”型变化，倾角90°试样的测试结果明显大于其他角度的；抗拉强度与层理倾角呈负相关关系，倾角0°试样的抗拉强度明显小于均质试样。(2)单轴压缩试样呈现张拉主导型(0°和90°)和剪切主导型破坏(5°和67.5°)；随着层理倾角的逐渐增大，试样逐渐由延性破坏过渡到脆性破坏；巴西劈裂试样均呈现张拉破坏，裂隙走向呈直线型(0°和90°)和弧线型(45°)。(3)随着试样尺寸的逐渐增大，抗压强度逐渐趋于稳定，峰值应变逐渐减小并稳定在0.005左右；抗拉强度随试样尺寸呈倒“U”型变化，弹性模量和变形模量随试样尺寸在2.1 GPa附近波动，三者均未呈现稳定趋势。     

高温后混杂纤维RPC单轴受压应力应变关系

对120个经20~900℃作用后、尺寸为70.7mm×70.7mm×228.0mm的混杂纤维活性粉末混凝土(RPC)试件进行了单轴受压试验,分析了纤维掺量和经历温度对混杂纤维RPC轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变和受压应力应变曲线的影响.结果表明：相同高温作用后,钢纤维掺量为1%（体积分数）的混杂纤维RPC抗压强度最低,而钢纤维掺量为2%,聚丙烯纤维掺量不同的混杂纤维RPC抗压强度差别不大;轴心抗压强度和弹性模量随经历温度的升高先增大后减小,且弹性模量下降速度比抗压强度快;经历温度为600℃时,峰值应变达到最大值,且峰值点前应变迅速增大,峰值点后呈线性减小.通过回归分析,建立了抗压强度、弹性模量和峰值应变随温度变化的计算公式,提出了用五次多项式和有理分式表达的混杂纤维RPC应力应变曲线方程.与普通混凝土和高强混凝土相比,混杂纤维RPC具有更优越的抗高温性能.     

EPS混凝土单轴冲击压缩试验及破坏形态分析

为研究EPS颗粒体积掺量对混凝土单轴动态抗压强度和破坏形态的影响,采用直径74 mm的分离式霍普金森压杆装置,对4种EPS颗粒体积掺量的EPS混凝土进行单轴冲击压缩试验,分析了应变率和EPS颗粒体积掺量对EPS混凝土单轴动态抗压强度和破坏形态的影响。试验结果表明,EPS混凝土单轴动态抗压强度随应变率的增加而增大,随EPS颗粒体积掺量的增加而降低,当EPS颗粒体积掺量在20%~30%之间,EPS混凝土单轴动态抗压强度降低幅度较小;EPS混凝土试件破坏形态具有明显的高掺量低应变率效应;当EPS颗粒体积掺量达到30%之后,EPS混凝土试件裂而不碎。     

冻结黏土动态力学特性的SHPB试验研究

通过使用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB）动力学试验,系统研究了不同应变率、不同温度和不同含水率条件下冻结黏土的动态力学特性,获得了冻结黏土的动态应力-应变关系以及相关冻土动力学参数的变化规律。试验结果表明：冻土具有明显温度效应和应变率效应,随着应变率的增加和温度的降低,冻土破坏过程从塑性破坏逐渐转变为脆性破坏。在冲击荷载作用下,冻土的动态应力-应变关系曲线随加载应变率的不同呈现3种典型曲线,冻土的最大应变与且仅与应变率呈线性递增规律;单一因素影响下,冻土的动强度、动弹性模量均随应变率的增大、温度的降低和未超过饱和状态的含水率的增大而增加。     

土工模袋砂单轴抗压强度试验研究

对不同填充度下的土工模袋砂进行了单轴压缩试验,得到其应力–应变关系曲线、相应的极限强度值,探讨土工模袋砂在单轴压缩条件下的破坏模式,研究表明,模袋砂抗压强度随其填充度的增大而减小,填充度选择在80%~85%范围是比较合理的;模袋砂的单轴极限抗压强度远大于砂的破坏值,在填充度接近100%时其值约为1 MPa,对应的模袋砂极限堆载高度约为50 m。随着填充度的减小,模袋砂的竖向抗压强度明显增大,且应力–应变关系曲线随填充度不同而不同。     

原状与重塑人工冻结粘土抗压强度特征 对比试验研究*

 在相同试验条件下分别对原状和重塑人工冻结粘土进行了单轴无侧限抗压试验。试验结果表明：原状与重塑冻结粘土的破坏特征不同，原状冻结粘土表现为脆性破坏特征，而重塑冻结粘土表现为塑性破坏特征。原状冻结粘土的抗压强度略低于重塑冻结粘土的抗压强度，而前者的弹性模量略高于后者。原状冻结粘土的破坏应变则明显小于重塑冻结粘土的破坏应变。     

玄武岩纤维加筋黏土三轴试验研究

按纤维与干土质量的百分比0.0%,0.1%,0.2%,0.3%和0.4%配制了玄武岩纤维加筋黏土试样,在控制干密度的条件下,对试样进行了一系列三轴固结不排水剪试验。试验结果表明:(1)玄武岩纤维加筋黏土试样的破坏形态均呈鼓胀型,为明显的塑性破坏;(2)采用玄武岩纤维加筋,能够显著增加黏土的有效黏聚力,但对有效内摩擦角影响不大,当纤维掺量为0.3%时,土体的有效黏聚力最大;(3)玄武岩纤维加筋黏土的应力–应变关系总体表现为弱硬化型,可以用双曲线来拟合,在纤维掺量相同时,其拟合结果的参数b随围压的增大而减小,在围压相同时,参数b随掺量的变化规律与围压大小有关。     

高掺量矿渣混凝土高温后性能劣化研究

为研究矿渣粉掺量及受火温度对混凝土质量损失、抗压强度、劈裂抗拉强度及弹性模量的影响,采用50%、60%和70%的矿渣粉掺量的等量替代水泥,考虑了常温,200,300,400,500,600,700℃共7种温度,采用自然冷却方式,对混凝土试样进行物理和力学试验。结果表明:掺量为50%的矿渣粉混凝土性能最好,矿渣粉混凝土性能随掺量的增大而降低。矿渣粉混凝土质量损失率随温度升高而增加;矿渣粉混凝土在受火温度低于400℃时抗压强度略有提高,高于400℃之后抗压强度迅速降低;劈裂抗拉强度在200℃时最高,之后随温度升高迅速降低;弹性模量随温度升高迅速降低。     

橡胶混凝土的静动压缩强度特性的对比研究

采用3种粒径、5种掺量的橡胶粉制备橡胶混凝土,基于电液伺服万能压力试验机开展了橡胶混凝土（RPC）的准静态压缩试验,基于直径为74mm的分离式霍普金森压杆（SHPB）装置在4种加载波下开展了RPC的动态压缩试验,研究了应变率、橡胶粉粒径及掺量对混凝土静动力学性能的影响,由此对比分析了RPC的静动强度特性.结果表明：橡胶粉的加入使混凝上的抗压强度有所下降,并且随着橡胶粉目数的增大,抗压强度不断下降;橡胶混凝土的抗压强度均随橡胶粉掺量的增加而呈现下降趋势,在橡胶粉掺量为110kg/m3时下降幅度最大;橡胶混凝土的韧性增强,由脆性破坏转变成塑性破坏;橡胶混凝土表现出明显的应变率增强效应,即动态峰值应力和动态因数（DIF）随着动态应变率的增大而增大;橡胶混凝土的动态峰值应力及其增速均随着橡胶粉粒径的增大而增大,而且橡胶粉目数越大,动态因数越大;动态峰值应力随橡胶粉掺量的增加而减小,动态因数随着橡胶粉掺量的增加而增大.     

玻璃纤维增强硫铝酸盐水泥拉压本构方程研究

以耐碱玻璃纤维作为增强材料,以快硬硫铝酸盐水泥为胶凝材料,制备了不同玻璃纤维掺量的玻璃纤维增强水泥(GRC)。通过单轴拉伸试验、单轴压缩试验研究了玻璃纤维掺量对拉压应力-应变曲线的影响,建立了GRC的拉压本构方程。GRC在拉、压状态下具有不同的本构方程形式,且弹性阶段拉压的弹性模量不同。拉伸时,弹性变形阶段的弹性模量E_1几乎不受纤维掺量的影响。玻璃纤维掺量大于2%的GRC本构方程特征参数E_2(塑性变形阶段单位应变变化的应力变化)、σ_0随玻璃纤维掺量增加而增大。压缩时,压缩弹性模量E′随着玻璃纤维的含量增加先增加后减小,3%玻璃纤维时弹性模量E′达到最大值。