煤冲击破坏力学特性试验研究

为了探究煤在冲击破坏过程中表现出的力学特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对平煤十矿1/3焦煤试样进行了不同冲击速度下冲击破坏压缩试验。结果表明:煤样在冲击速度为3.287～12.399 m/s,试验测得的最大应变率变化范围为85.25～168 s-1,应力极限值变化范围为15.84～47.33 MPa;随着冲击速度的增加,煤试件材料出现了应变硬化和应变软化现象;随着冲击速度的增加,煤试样的平均应变率值先快速增加,然后增加趋于缓慢,采用二次多项式拟合相关性较好,最大应变率值先快速增加,达到一定值后增加趋于缓慢,并呈现出稍微下降趋势,采用三次多项式拟合相关性较好。     

高应变率下砂岩动态特性的研究

采用霍普金森压杆技术对高应变率下砂岩的动态力学特性进行了研究。实验表明，撞击杆速度为１０．４ｍ／ｓ时，砂岩的动态弹性模量为１６８ＧＰａ，为静态弹性模量的３．８倍，其强度也相应提高，并伴有应变率强化效应；在高应变率下，砂岩易发生脆断破坏。     

不同应变率下煤的动力学特征研究

为探究煤在冲击破坏中表现出来的动力学特征,使用直径50 mm分离式霍普金森压杆装置试验系统对煤样进行不同应变率下的冲击破坏实验。结果表明：碎裂过程可以分为4个阶段,分别是压实阶段、线弹性阶段、裂纹扩展阶段、破坏阶段。在不同应变率下,煤样的应变随时间的增加而增加,应变率越大,煤样的应变-时程曲线斜率越大;煤岩的动态变形模量和动态抗压强度随应变率的增大而增大,并在一定范围内波动;煤样冲击破碎块度分布和应变率有明显的相关性。     

基于SHPB的构造煤动态力学特性试验研究

为探究构造煤在冲击动载作用下的力学特性,利用分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置对赵庄煤矿3#煤样进行冲击试验,冲击气压设定为0.15、0.2、0.3 MPa。研究结果表明：不同冲击动载作用下,构造煤应变率随应变增大均呈M型,且具有显著的阶段特征,其最大应变率、平均应变率随冲击动载的增大而增加;低应变率条件下,煤样的应力-应变特性表现为显著的脆性材料特征,且动态抗压强度与平均应变率呈线性增大特征。热活化机制是低应变率煤岩动力学特性衍化的决定机制。     

小应变范围内土体力学特性的试验研究

处于小应变范围(0．01％～0．3％)的土体在工程中广泛存在，所以对这一范围内土体特性刻画的准确与否将对数值计算结果产生较大的影响，到目前为止，对土体小应变特性的研究还不是十分深入，针对这一现状，采用由英国GDS公司进口的标准应力路径三轴测试系统对小应变范围内土体力学特性研究．得出一些有益的结论。     

冲击荷载作用下煤岩力学特性研究及能量演化特征

为了探究冲击倾向性煤岩的动态力学特性和破碎特征,以强冲击倾向性煤岩为研究对象,进行了中高应变率条件下的单轴冲击试验。结果表明：在冲击荷载作用下,煤岩的破裂与变形可分为线弹性阶段、弹塑性阶段、应变强化阶段和卸载破坏阶段4个阶段;动态应力、应变均表现出明显的应变率效应;煤岩动态应力增长因子与应变率呈线性正相关;峰值应力与能量密度拟合呈现对数关系,能量密度与应变率拟合呈现指数关系,吸收阻抗比能与应变率具有良好的二次幂指函数关系,吸收阻抗比能和能量密度表现出较强的应变率相关性;破坏模式逐渐由轴向劈裂破坏向压碎破坏过渡。研究结果对于解决当前深部矿山采掘等工程实际问题具有一定的理论意义和实用价值。     

温度对含瓦斯煤力学特性影响试验研究

借助自主研发的三轴渗流装置,以贵州玉舍1#煤层250~380μm的型煤试件为研究对象,开展了不同温度条件下含瓦斯煤的三轴压缩试验,研究表明:不同温度条件下含瓦斯煤的全应力-应变曲线大体可以分为压密、线弹性、屈服和峰值及应变软化4个阶段;温度增加时含瓦斯煤的三轴抗压强度呈减小趋势;含瓦斯煤的刚度和强度均随温度升高而降低;升温过程含瓦斯煤的径向变形速度大于轴向变形速度,出现泊松比增大现象。     

爆炸冲击载荷作用下岩体力学特性的演化研究

通过实验室模型试验以及对具体边坡工程的数值模拟相结合的方法分析了在爆炸冲击载荷作用下岩体力学特性的演化过程。模型试验中在距离爆源的不同位置进行取芯并对其进行了强度以及超声波探测;数值计算采用DYNA-2D软件对具体边坡爆破工程进行数值模拟研究。通过研究发现,在距离爆源不同的位置爆炸冲击作用对岩体所造成的影响程度也不同,承载性能、超声波传播速度的衰减也不同,通过模拟整个爆炸作用过程也可看到与模型试验同样的演化趋势。     

准静态应变率下的煤岩非线性力学特性

为研究开挖扰动下煤岩的非线性力学特征，利用MTS815伺服刚性试验机对芙蓉白皎煤矿煤岩进行10-5~10-2 s-1准静态应变率下的单轴压缩试验，分析准静态应变率下煤岩的应力-应变曲线、抗压强度、弹性模量、泊松比等力学特性的变化规律，基于煤岩显著的非线性力学特征，修正并验证黏弹性损伤本构模型的合理性。研究表明:① 煤岩单轴压缩荷载作用下具有明显的压密、线弹性、塑性屈服、峰后破坏4个阶段;煤岩力学特性应变率相关性突出，随着应变率的增加，压密阶段缩短，线弹性阶段增长，屈服阶段应力强化特征及峰后破坏阶段应力软化特征趋于明显;② 由于原生裂隙的闭合和扩展，煤岩受载作用下，各阶段均呈现显著的非线性力学特征，随着应变率的增加，压密阶段和线弹性阶段表现出的明显非线性特征呈减弱趋势;③ 准静态应变率10-5~10-2 s-1范围内，抗压强度随应变率增加由8.83 MPa增加至12.57 MPa，增长率42.35%;弹性模量随应变率增加总体呈现先增加后减小的变化趋势，在10-5~10-4 s-1应变率区间，弹性模量由1 644 MPa增加至1 825 MPa，随后在10-4~10-2 s-1应变率区间内减小，变化趋势发生明显转折;泊松比在准静态应变率下随应变率增加而呈现逐渐减小的变化趋势，从1.53下降到0.71，减小53.59%;整个准静态应变率范畴下，煤岩的力学特征参数(抗压强度、弹性模量、泊松比)均表现出显著的非线性变化趋势，均在临界应变率10-3 s-1附近发生转折。④ 利用一个损伤体和一个Maxwell模型并联方式，综合考虑准静态应变率下煤岩的非线性变化特征后，引入材料常数a对胡克定律进行修正，推导得出准静态应变率下煤岩的非线性损伤演化本构方程，并结合煤岩单轴压缩试验对其合理性进行验证。     

煤层高压注水渗透特性试验研究

为了研究不同孔隙水压对煤岩渗透特性的影响规律,利用MTS电液伺服岩石试验系统对深部矿井的煤岩试件进行了不同孔隙水压、尤其是高孔隙水压下的煤岩渗透特性试验。结果表明:渗透率以及体积应变曲线具有较好的一致性,均呈现U字形走势;而在外界条件一定的情况下,孔隙水压对渗透性能以及体积应变的作用效果与该煤岩孔隙水压临界阈值有关,高于临界阈值的孔隙水压对煤岩渗透性能起到数倍于低孔隙水压时的改善作用。此外,孔隙水压对煤岩强度极限亦有重要影响,且孔隙水压愈高,煤岩的破坏强度极限愈低,扩容效果愈明显,渗透率峰值亦愈加后延。研究结果对利用高孔隙水压改善煤岩渗透性能、提高煤层注水防灾效果具一定指导意义。     

高温作用下围压对页岩力学特性影响的试验研究

利用MTS815型程控伺服刚性试验机对页岩开展高温常规三轴压缩试验,基于试验结果分析围压与页岩应力-应变曲线特征、峰值强度、弹性模量、泊松比、峰值应变的关系。结果表明,按体积应变特征,应力-应变曲线可归为3类：扩张型、压缩-扩张过渡型和压缩型,围压对页岩具有较明显的扩容作用。在同一温度时,在5～25 MPa围压范围内,页岩峰值强度（σ1-σ3）较低,表现出较强的塑性变形破坏特征,峰值强度和弹性模量具有随围压增加而增大的趋势。围压小于15 MPa时,页岩泊松比随围压增大而增大,而峰值轴向应变和峰值横向应变均随围压增加而逐渐降低;围压大于15 MPa后,泊松比随围压增加呈小幅下降,峰值轴向应变和峰值横向应变随围压增加而略有增大。     

轴向静荷载下受频繁动力冲击时软/硬岩力学特性试验研究

为了对比研究软岩和硬岩在轴向静荷载受频繁动力冲击作用下的力学特性,对取自冬瓜山铜矿的矽卡岩(硬岩)和大理岩(软岩)开展了动力冲击试验。试验结果表明:轴向静荷载对两种岩石累积冲击次数影响显著,累积冲击次数与轴向静荷载呈二次函数下降关系。大理岩和矽卡岩动态峰值应力均随冲击次数的增加而降低,矽卡岩动态峰值应力与冲击次数呈指数函数关系,大理岩动态峰值应力与冲击次数呈线性函数关系。随着冲击次数的增加,动态弹模整体呈下降趋势,矽卡岩在轴向静荷载为75 MPa和90 MPa时动态弹性模量呈现阶段性特征,并出现冲击疲劳期。大理岩动态弹性模量与矽卡岩在轴向静荷载为110 MPa时的变化规律一致。矽卡岩在75 MPa时,在冲击后期出现了吸收能量的现象,但在90 MPa和110 MPa时,整个冲击过程均为释放能量状态,而大理岩在冲击作用下均为吸收能量状态。     

不同冲击强度下的砂岩动态力学特性试验研究

为研究冲击强度对岩石动态力学特性的影响,以改装的霍普金森压杆(SHPB)装置对砂岩进行了不同冲击强度下的动力学试验,测得了动态应力-应变曲线和应力波波形。然后,基于试验数据分析了冲击强度对砂岩强度、应变特性以及能量耗散规律的影响。结果表明:动态应力-应变曲线未出现压密阶段直接进入弹性阶段,冲击强度越大,应力-应变路径越长;岩样以破碎形态为主,破碎程度与冲击强度呈正相关;随着冲击强度增大,平均抗压强度和平均应变呈线性增长,而平均应变率呈指数增长;平均抗压强度和平均弹性模量随平均应变率呈线性增加。冲击强度越大,入射能和反射能值显著提高而透射能变化不明显,透射系数和反射系数分别呈幂函数增长和对数降低。砂岩吸收能随冲击强度和平均抗压强度分别呈指数关系和对数关系。由此表明,不同冲击强度对砂岩应变特征、强度特征以及能量耗散具有显著影响,适当增加冲击强度可有效提高砂岩吸收能,进而提高破岩效果。     

不同应变率下煤岩冲击动力试验研究

利用75 mm的分离式霍普金森压杆（SHPB）实验系统,对煤岩进行不同应变率下冲击压缩试验。实验结果表明：煤岩微细观特征复杂,离散性强;煤岩在低应变率下多呈轴向劈裂破坏,高应变率下呈现出压碎破坏;冲击过程中能量随着应变率的增大而增大,耗散能与应变率基本呈弱幂函数关系或线性分布关系;煤岩破碎块度分维与应变率呈线性相关,分形维数在1.7~2.2范围内,应变率越大,块度越小,分形维数越大,煤岩耗散能量越大。     

Effect of strain rate on microstructure and mechanical properties of a Mg-9Li-2Zn alloy sheet

A two-phase Mg-9Li-2Zn alloy sheet is made by cold-rolling at room temperature, and the formability of it at room temperature is investigated in this study. Uniaxial tension tests are carried out for various strain rates between 0. 5 mm/min and 250 mm/min, and the microstructural changes during the tests are observed. The sheet has high formability at comparatively low strain rates. Maximum elongation amounts to 40%. However, ductility decreases with the increase of strain rate. Even at room temperature, the stress is also sensitive to the strain rate. There are many large dimples at comparatively low strain rates, and small dimples occur at high strain rates, it shows fine sub-grains come into being.     

高应变率下无铅锡基焊料的力学性能研究

为探究无铅锡基合金在动态荷载作用下的力学性能,基于分离式霍普金森拉杆装置开展不同应变率下Sn-58Bi和Sn-9In合金动态拉伸试验,获得峰值强度、延伸率等主要力学参数,并从能量角度分析应变率对断裂速率及合金损伤程度的影响,再辅以拉伸断口微观形貌作为依据,详细阐述了应变率对合金脆性的影响规律。结果表明：Sn-58Bi和Sn-9In峰值强度和延伸率都表现出明显的应变率相关性,其中,峰值强度随应变率增大呈上升趋势,但在不同大小的应变率区间内其增长幅度有所差异,而延伸率则是随应变率增大而减小;此外,耗散应变能占总能量比值的增大加快了裂纹生成速度,宏观上表现为合金断裂速率随应变率增大而增加;经观察发现,不同应变率条件下合金断裂行为存在不同模式与机制,在较低应变率下,合金主要以韧性断裂为主,而随着应变率的增大,断裂模式逐渐向剪切断裂和准解理断裂转变。     

冲击地压巷道锚杆支护金属网静载和动载力学性能试验研究

为揭示冲击地压巷道锚杆支护常用金属网的静载和动载力学性能,从而为冲击地压巷道锚杆支护中金属网的选取提供设计依据,采用专门制作的金属网静载和动载力学性能试验装置对常用的经纬网、菱形网和钢筋网的力学性能进行了测试,分析了常用金属网在静载和动载荷下的受力特征和变形状况。实验结果表明:静载作用下,菱形网、经纬网和钢筋网的最大挠度分别为240,236和225 mm,最大承载能力分别为20,16.2和77 kN,3种金属网的最大挠度差别不大,但承载速率差别较大,钢筋网承载速率最大,其次是经纬网,最小是菱形网;动载作用下,菱形网、经纬网和钢筋网的最大吸能能力分别为1 743,938和2 010 J,最大挠度分别为350,420和360 mm,钢筋网吸能能力最大,挠度中等,而菱形网吸能能力次之,而挠度反而最小。菱形网无论是静载还是动载,其初期刚度较低,承受效率慢,而其受力均匀,能承受较大的静载荷和动载荷,且四周绑丝处不易破断,勾接连接方式有很好的承载和缓冲能力,但其主要的缺陷在于承载效率慢,支护刚度太低,通过提高初期张紧力是提高菱形网支护效果的主要途径;经纬网刚度较高,承载效率快,但强度相对较低,易产生经线和纬线错动失效,且经纬网变形时,受力不均匀,绑丝易断裂,四角固定处受力较小,受力传递效果较差,要想提高经纬网支护效果,需提高经纬网经线和纬线之间的约束力;钢筋网初期刚度高,强度大,吸能能力强,但钢筋网的缺点是强度不能充分利用,尤其是钢筋网焊接处和四周绑丝处强度较低,制约了钢筋网支护效果,要想提高其支护效果,需提高焊接点强度和四周绑丝强度。     

霍普金森试验下斑铜矿动态力学特性分析

为了研究斑铜矿在不同冲击荷载下的动态力学特性,通过霍普金森试验,对斑铜矿进行冲击试验,分析研究结果表明：斑铜矿的平均应变率与冲击荷载有着很强的相关性,二者之间多项式拟合关系水平明显。在冲击荷载的作用下,应力应变曲线表现为四个发展阶段：裂隙闭合阶段、弹性裂隙稳定扩展阶段、非线性弹性变形阶段、最终破坏阶段,存在一个破碎块度的均匀适中的冲击气压,而在较高冲击荷载下的破坏模式为压碎破坏。对冲击后的岩样进行筛分粒度分级的结果表明：冲击荷载越大,破碎块度越小。