灰质泥岩遇水膨胀的时间效应研究

利用电子天平和游标卡尺对长方体型的灰质泥岩试件浸水后不同时段的质量以及长、宽、高3个方向上长度进行了测量,分析了灰质泥岩的膨胀应变与其体积含水率、质量含水率及浸水时间之间的关系.结果表明:灰质泥岩膨胀应变与岩石的体积含水率及质量含水率成正比关系;灰质泥岩膨胀应变具有时间效应,据此提出了岩石膨胀稳定的时间阈值概念,得出了灰质泥岩的膨胀应变与浸水时间的函数关系,并推导了侧限条件下岩石的轴向自由膨胀应变随时间的变化规律,该结论对工程实践有指导意义.     

铁晶砂胶结类岩石材料的参数敏感性分析

为了得到高重度、低强度、低模量的岩石相似材料模型,采用正交试验设计的方法对铁晶砂胶结类岩石试样材料参数进行敏感性分析。以骨料含量,铁粉:重晶石粉,(铁粉+重晶石粉):粗石英:细石英以及水泥:石膏为4因素3水平,相应设计了9组不同材料的配比方案对胶结试样进行研究。通过单轴压缩试验得到不同配合比材料岩样的单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变等力学参数。利用极差分析,得到以下结果:(铁粉+重晶石粉):粗石英:细石英对人工制备岩样的密度和弹性模量有较显著影响;骨料含量对岩样的单轴抗压强度有较显著影响;铁粉:重晶石粉对岩样的峰值应变有较显著影响;其他因素的影响不是很明显。     

压实填土随浸水时间增长强度降低规律研究

水利、交通、建筑等土木工程建设中,压实填土是经常遇到的建设内容,压实填土遇降雨、水浸时,含水率逐渐增大,颗粒间结合水逐渐增厚,结晶盐类逐渐溶解,压实填土粘聚力逐渐减小,土体强度逐渐降低,严重时导致工程破坏.使用不同级配土体,按各自最优含水率击实,制备多组试样,分批次在不同条件下浸水,测定土体强度随浸水时间的变化数值,分析其变化规律、土体级配与土体强度随浸水时间降低的关系、产生原因,给出了较好的压实土种类,为水利、交通、建筑工程压实填土浸水后预防工程事故提供参考.     

连续生产纳米材料真空可控气氛炉真空系统的设计

设计了用于气相法连续制备纳米材料的真空可控气氛炉真空系统.确定真空系统方案,计算真空室的极限真空、工作压强、机械泵的抽气时间、真空法兰及真空管道的壁厚,并且对真空泵和真空阀门进行选型.     

灰岩单轴抗压特性的浸水效应研究

为了考察软岩浸水后软化行为对单轴抗压特性的影响,取河南陈四楼煤矿二1煤底板太原组灰岩为试验材料,在三种不同的加载速率下,对不同浸水时间下试样进行单轴压缩试验,得到关于灰岩抗压特性的浸水效应。试验结果表明:在一定的加载速率下,随浸水时间增加,抗压强度和弹性模量逐渐减小,且降低幅度越来越小;随浸水时间增加,试样逐渐由弹性变形转变为塑性变形,但极限应变基本不变;试样内部不可逆的损伤破坏加剧,总应变能和弹性能与浸水时间呈指数关系,耗散能随浸水时间的变化可以用线性关系拟合。     

玻璃纤维/不饱和聚脂复合材料耐水性研究

采用真空辅助成型工艺制备玻璃纤维／不饱和聚酯复合材料板材，研究了玻璃纤维／不饱和聚脂复合材料浸水后力学性能的变化，利用扫描电镜对试样断口形貌进行了观察，并对比了浸水前后玻璃纤彬不饱和聚脂复合板材的拉伸性能，分析其变化的原因，为复合板材的结构设计和基础研究提供了依据．     

三门峡地区黄土状粉土静力学特性试验研究

以三门峡地区黄土状粉土为研究对象,通过控制重塑土样的干密度及含水率制备不同状态的试样,在非饱和土三轴仪上采用不排水试验法,对试样的静力学特性进行试验研究.试验结果表明:试样的基质吸力、水分状态及密度对土的力学性质有着重要影响,相同围压下土体破坏偏应力随着基质吸力的增大而升高;试样的黏聚力随含水率的增加而减小,且减小幅度在不同含水率区间有不同的变化规律;内摩擦角随含水率的增加呈现出先增加后减小的变化规律,并且其变化曲线出现双峰值点;试样的黏聚力及内摩擦角均随干密度的增加而增大,但不同的是黏聚力与干密度的关系曲线可用双曲线模型拟合,而内摩擦角与干密度的关系曲线呈现出非线性的变化规律.     

考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型

现行隧道自稳时间解析法中未考虑地下水的软化作用,导致过高估计亲水软化性岩石的围岩质量。以具有典型软化特性的石膏岩为研究对象,探索水的软化作用对隧道围岩自稳时间的影响。采用试验和理论相结合的方法研究围岩自稳时间。首先,进行不同浸水时间下的石膏岩软化试验,研究其软化规律;通过试验获得石膏岩吸水率、弹性模量和泊松比分别与浸水时间之间的定量关系;在弹性模量与浸水时间及泊松比与浸水时间的定量关系中,引入完整性系数和富水系数,建立岩体力学参数软化方程。然后,基于经典的圆形轴对称隧道弹性解,考虑掌子面对隧道轴向位移的影响,推导出隧道临空面处无支护状态下的位移公式;把岩体力学参数软化方程嵌入此位移公式中,获得考虑软化效应的临空面位移解。最后,在此位移解中引入活跃跨度和围岩的临界位移值,建立考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型。该模型考虑了围岩体工程特性、岩石力学特性及岩石软化特性,能输出自稳时间与活跃跨度之间的关系曲线。经自洽分析法检验,该模型中自稳时间随各参数的变化规律与实际情况相符,模型具有自洽性。模型被应用于评价礼让隧道石膏围岩的自稳时间,现场反馈结果表明该模型更适合于现场应用。     

考虑含石量和降雨入渗角度的碳质泥岩土石混合体渗流特性（英文）

为研究碳质泥岩土石混合体在降雨入渗作用下的渗流特性,通过自制试验装置开展了考虑不同含石量和入渗角度的降雨入渗模型试验,获取不同标高处试样体积含水率与基质吸力的变化规律。采用VAN-GENUCHTEN模型对试验结果进行拟合,得到碳质泥岩土石混合体的土水特性曲线。研究表明,降雨入渗时碳质泥岩土岩石混合物的体积含水率呈梯度变化趋势,土体由底层向上层逐渐达到饱和,含水率自上而下递增并达到稳定水平;碳质泥岩土石混合物的渗透系数随着岩石含量的增加而呈现出先降后升的趋势;降雨入渗角的增大可有效抑制降雨过程中样品内部基质吸力的降低;在排水过程中,土壤内部各标高的含水率随排水时间的变化呈现出指数函数关系,且含石量和降雨入渗角度都会对试样内部的颗粒流失产生影响。     

电渗与真空排水法降低填料含水率的比较研究

采用对比试验方法研究电渗排水和真空排水降低填料含水率的效能.试验分析表明,电渗法在细粒土料中的排水效率显著高于真空排水法,在粗粒土料中两者的排水效率大体相当,但电渗耗电量远低于真空排水,这一结果有助于选择适当的土料含水率降低方案.     

丹江口水库岩石物理力学性能试验研究

通过丹江口水库库区代表岩样物理力学性能试验研究,得到岩样基本物理参数及其在干燥状态、自然状态和饱和状态下的单轴抗压强度、弹性系数和岩石软化系数。试验结果表明,岩石抗压强度随弹性模量的增加而增加,岩石弹性模量与孔隙率具有一定的关系,岩石吸水后强度弱化程度与孔隙率和岩石矿物成分密切相关,并且建立了岩石单轴抗压强度与弹性模量,孔隙率与弹性模量之间关系式。岩样的最终破坏形式可归纳为6种。研究成果可为丹江口水库诱发地震评价研究提供基础数据和参考。     

重塑膨胀土膨胀力室内试验研究

为了进一步研究膨胀土膨胀力的发展规律,采用平衡加荷法研究南京膨胀土竖向膨胀力随时间、初始含水率、干密度的变化规律。试验结果表明:膨胀土试样初始含水率越小、干密度越大,膨胀速率越快;同一干密度的膨胀土试样随着含水率的增加,膨胀力不断下降,膨胀土试样的膨胀力与含水率基本呈线性关系;同一含水率的膨胀土试样的膨胀力随干密度的增大而增大,膨胀土试样的膨胀力与干密度基本呈幂指函数关系。     

岩石试样围压下直接拉伸试验

圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的,Griffith准则认为压应力小于3倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响,这些问题都需要直接的试验验证.在50 mm×100mm试样两端粘结80 mm的拉头,置入液压缸中施加围压,拉头承受轴向载荷引起岩样拉伸;同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷,平衡其承受的部分拉伸载荷.通过改变轴向压缩载荷的数值,就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度.尽管试验结果具有相当的离散性,但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小,巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强度.岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述.     

岩石试样围压下直接拉伸试验

圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的,Griffith准则认为压应力小于3倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响,这些问题都需要直接的试验验证.在φ50 mm×100 mm试样两端粘结φ80 mm的拉头,置入液压缸中施加围压,拉头承受轴向载荷引起岩样拉伸;同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷,平衡其承受的部分拉伸载荷.通过改变轴向压缩载荷的数值,就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度.尽管试验结果具有相当的离散性,但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小,巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强度.岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述.     

三维岩样单轴压缩端面效应及破坏数值模拟

采用三维拉格朗日元法，对三维岩样在单轴压缩及不同端面约束条件下，试样端面上压应力的分布及演化规律、试样的破坏过程及空间局部化区域的形态进行数值模拟研究。在峰值强度之前及之后，岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。数值结果表明，对于粗糙端面，由于强烈的端面约束，试样的弹性区是以两端面为底面的锥体；锥体一旦形成，随着时间步的增加，其体积基本保持不变；压应力集中于端面的四个边上。对于光滑端面，弹性区被塑性区所包围，随着时间步的增加，弹性区逐渐缩小，直到消失；压应力集中于端面的中心。在平面应力状态下，未观测到明显的局部化剪切带图案。无论粗糙还是光滑端面，三维岩样都发生了明显的剪切破坏。三维岩样内部的剪切应变局部化带有主有次，占主导地位的剪切带尺寸较大，应变率集中程度较大。     

新型真空玻璃的设计与制备

真空玻璃是一种新型节能玻璃,在提倡控制建筑能耗、低碳环保、节能减排的城市建设中有广泛的应用。研究了一种制备真空玻璃的新方法,与传统制备工艺不同,采用"夹丝"的方法用金属丝线取代传统的点状支撑物。在真空室中,利用自动控制设备在420℃完成排气、封边等操作,从而避免因抽气口的存在带来的漏气隐患。通过采用四边固定均布荷载矩形薄板的挠度计算方法和有限元分析等来确定金属丝线的数量和排布方式,确定采用直径为0.1 mm不锈钢细丝,排列间隔为60 mm。利用此方法制备的普通白玻真空玻璃传热系数(K值)达到2.58 W/m2K,接近市场上普通白玻真空玻璃的传热系数,达到很好的保温隔热的效果,符合低碳环保、节能减排的城市建设理念。     

膨胀土一维湿化变形时效特性的半经验法研究

为探索膨胀土渗透作用下湿化变形时间效应的预测方法,设计一系列具有一定初始含水率和干密度的标准环刀试样的一维吸水膨胀试验,对试样的膨胀变形随时间变化规律进行分析.采用室内试验、数据统计分析与有限单元法相结合,理论计算出膨胀土的吸水膨胀率随时间的变化关系.室内无荷载膨胀试验获取了隆起量随时间的变化规律;将滤纸法获得的膨胀土的土-水特征曲线,应用于有限元分析软件中,获得了试样渗透吸水过程中体积含水率随时间的变化规律;最后将试验获得的膨胀率-过程含水率的理论与体积含水率随时间变化的数值模拟结果相结合,获得了土体隆起变形随时间变化的理论预测曲线.研究结果表明:半经验公式获得的隆起量-时间关系与试验数据基本一致;结合已有研究验证该半经验方法的准确度,结果得到的膨胀量随时间变化的计算结果与实测相同,说明本文提出的半经验计算方法具有良好的应用前景,可用于膨胀土的一维隆起预测.     

含预制椭圆形孔洞砂岩强度及破坏特征试验研究

通过对含预制椭圆形孔洞板状砂岩试样进行单轴压缩试验,研究了椭圆长轴与短轴之比k及石膏充填作用对岩样强度和破坏特征的影响规律.研究表明,含孔洞岩样的强度和变形参数相对于完整试样均有不同程度的降低,而石膏充填后试样的峰值强度和弹性模量均有所提高,但峰值应变无明显变化规律;无论充填与否,试样峰值强度均随着k值的增加均呈指数形式降低;充填作用对岩样宏观破坏模式无明显影响,岩样最终均以剪切破坏为主,主破裂面沿对角线分布;相对于无充填的岩样,石膏充填后的岩样破坏时宏观裂隙数目增多,破坏程度加剧.     

干-湿循环条件下川中膨胀岩崩解特性的试验研究

为了研究膨胀岩崩解过程与崩解物粒径的变化规律,以川中红层膨胀岩为例,进行了干-湿循环条件下膨胀岩的崩解性试验。结果表明:干-湿循环条件下,膨胀岩试样崩解状态变化与崩解物颗粒含量变化紧密相关。膨胀岩浸水时间越长,试样的崩解程度相对越强,但相差不大,且崩解物颗粒越小,浸水时间对其崩解程度的影响越小;对比试样的膨胀率发展和崩解程度可以得出,试样膨胀和崩解在浸水初的短时间内迅速吸水发展,之后速率变缓,膨胀速率和崩解程度正相关。     

水-岩作用下含煤岩系力学特性和声发射特征研究

采用自主研制的无损浸水装置进行了不同岩性含煤岩系浸水试验,根据含水饱和度随浸水时间变化规律将每种含煤岩系划分为4种含水饱和度;进行了不同含水饱和度、不同岩性含煤岩系单轴压缩试验和变角剪切试验,监测了试验过程中试样释放的声发射信号,研究了不同含水饱和度含煤岩系力学特性、变形破坏机理和声发射特征.结果表明:含煤岩系浸水过程按时间均可分为快速浸水、缓慢浸水和稳定3个阶段;随着含水饱和度增加,含煤岩系单轴抗压强度、弹性模量和内摩擦角呈线性或指数函数减小,黏聚力呈指数函数减小;由干燥到饱和,含煤岩系破坏形式由张拉逐渐向剪切过渡,或由剪切逐渐向拉剪复合过渡;随着含水饱和度增加,含煤岩系声发射累计计数减小.