循环冲击荷载下花岗岩力学和能量耗散特性研究

针对隧道或城市地下工程施工过程中重复爆破对围岩稳定性的影响开展研究.在不同轴压等级和冲击荷载作用下,利用带轴压装置的霍普金森压杆装置,对含横向孔洞的花岗岩试件进行单轴循环冲击试验研究,分析了花岗岩试件在动态循环冲击荷载下的力学性质和能量吸收规律特性.通过建立基于在能量耗散的岩石损伤度的判定准则,利用累计比能量来表征岩石...     

加载速率效应下深部砂岩的力学特性（英文）

煤矿工作面推进速度对煤体前方支承压力波动频率有显著影响,且与煤岩力学试验中轴向加载速率的变化有一定的相关性。为此,采用2000 k N三轴试验机和PCI-2声发射测试系统,对深部砂岩进行了0.05,0.1,0.15,0.25和0.5 MPa/s五种不同加载速率下的单轴压缩试验,进而研究加载速率对深层砂岩力学特性的影响。结果表明：1)深部砂岩的峰值强度和弹性模量均随加载速率的增大而增大;2)随着加载速率的增大,深部砂岩由塑-弹-塑性体向塑-弹性体转变,破坏模式逐渐由I类型向III类型转变;3)总输入应变能、弹性应变能、耗散应变能均随着加载速率的增大而增大;4)损伤变量随时间的延长呈现出倒“S”型演化特征,且随着加载速率的增大,深部砂岩的损伤程度加剧。上述所得结论可为深部工程围岩稳定性控制提供理论依据。     

冲击荷载下充填节理花岗岩动力特性试验研究

以实际工程为依托,采用理论分析和冲击试验相结合的方法,基于一维应力波理论及能量守恒原理,完成了混凝土和石膏充填材料节理岩体以及石膏材料不同充填孔隙率节理花岗岩试样的冲击试验,通过应力波的传播规律以及岩样破坏特征,得到了不同充填介质与能量耗散规律的关系以及应力波与充填介质孔隙率的关系。结果表明：与混凝土材料相比,石膏充填材料的应力波有效应力传递较高、透射性较强、破坏效果更好及能量损耗较低;随着充填材料孔隙率的增大,透射波强度有增大的趋势,透射性能更好,冲击破坏后粒径大的碎块占比更多,能量耗散更低。     

不同冲击荷载下花岗岩力学和能量耗散特性

为探究不同冲击荷载条件下花岗岩的动力学特性,采用分离式霍普金森压杆分别对花岗岩试样进行单次和重复冲击荷载试验,并对试样的应力-应变响应、应变率曲线特征、能量耗散特性以及破坏形态进行综合分析.结果表明:单次冲击下,试样动态抗压强度与比能量呈现对数函数关系,试样破坏程度随着比能量的增加而逐渐增大；随着入射波峰值应力的增加,应力-应变曲线峰后段的回弹现象逐渐减弱,应变率曲线呈现出愈加明显的“双峰”特征,其第2波峰逐渐高于第1波峰.重复冲击作用下,当试样未破坏时,应力-应变曲线基本经历弹性加载、损伤演化和峰后回弹3个阶段,当试样经历最后一次冲击时,应力-应变曲线峰后段形状与试样的破坏程度有关.此外,试样破坏时的累积比能量越大,其破坏越严重,应变率曲线由“单峰”逐渐向“双峰”过渡.     

竖向荷载下砖石古塔的损伤性能

以玄奘塔首层为原结构,分别采用原砖、1/4和1/8模型砖制作了3个1/8缩尺结构模型,进行受压试验,观测加载过程中结构裂缝发展特征,测试了结构荷载、位移及应变;并通过数值模拟,对比了3个模型受力及破坏形式,分析了古砖塔的受压破坏机理和损伤变化.研究结果表明:砖塔受压破坏过程包含沿灰缝开裂、裂缝扩展和延伸、裂缝贯通破坏3...     

全磷废料在矿山充填过程中有害气体的释放特性（英文）

针对全磷废料充填过程中产生有害气体的实际问题,通过监测骨料磷石膏(PG)、胶凝剂黄磷渣(YPS)和充填过程中的气体产生情况,探究了气体产生的来源、释放特性以及抑制方法。结果表明,气体主要是在酸性环境下在胶凝剂中产生的,气体产生的先后顺序为PCl₃、PH₃、NO、H₂S、NH₃和CO。降低充填浆料的pH值将增加气体产量,未添加酸的浆料原始气体产量仅为外加酸性环境下极限气体产量的6.3%。通过对产气情况的分析,提出了在料浆中直接添加碱性CaO以控制气体产生的方法。添加胶凝剂质量12%的CaO时,气体产率降低了99%。当充填料浆的pH达到10以上时,可有效控制气体产生。本研究结果对保障采矿工人的健康和减少环境污染具有一定意义。     

胶结充填体力学特性的加载速率效应试验

为探究胶结充填体在不同加载速率状态下的力学参数变化规律及其破坏模式,采用数显式压力机分别对2.0、4.0、6.0、8.0 mm/min这4种加载速率下的胶结充填体开展单轴压缩试验.试验结果表明:在2.0~8.0 mm/min加载速率范围内,加载速率对于胶结充填体的抗压强度值和割线模量均具有明显的强化效应,且峰值抗压强度值和割线模量随加载速率增大而增大.峰值抗压强度与加载速率呈多项式函数规律,而割线模量与加载速率则呈指数函数分布规律.且随着加载速率增大,胶结充填体试件破坏形式表现为拉剪混合破坏向单一剪切破坏形式逐渐转化.研究结果揭示了胶结充填体的力学特性加载速率效应,为研究充填体破坏机制提供一定的参考依据.     

钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下的破坏模式分析

目的更精确的界定和证明钢筋混凝土板在不同峰值压力、不同作用时间的爆炸荷载作用下发生的破坏模式变化的规律．方法采用有限元软件Abaqus对钢筋混凝土板的破坏模式进行分析，并考虑了钢筋混凝土的应变率效应．结果Abaqus的数值模拟结果显示，钢筋混凝土板在4种不同峰值压力、不同作用时间的爆炸荷载作用下会发生弯曲和剪切两种不同的破坏模式．结论钢筋混凝土板在相同强度的脉冲压力作用下会发生不同的破坏模式，随着峰值压力的增加与作用时间的减小，破坏模式逐渐由弯曲破坏转变为剪切破坏．爆炸峰值压力较小，作用时间较长时钢筋混凝土板主要发生板边缘和板中部的弯曲破坏：而在爆炸峰值压力较大，作用时间较短时主要发生支撑处的剪切破坏．     

爆炸荷载作用下饱和土中地下建筑结构的动力响应

基于有效应力动力分析法,对爆炸荷载作用下饱和土与地下建筑结构相互作用的特性进行了分析.考虑三角型荷载不同升压时间对地下结构的动力响应,得出了结构顶板中部上表面、底板中部的下表面的反射压力随着升压时间的减小而增大的结论     

含充填物的大理岩裂隙扩展过程及破坏特性

为了进一步了解非直裂隙的破坏机理,以天然粗粒大理岩及含不同充填物的大理岩为研究对象,采用全自动化雕刻设备进行裂隙试件制作,然后分别对“/”型裂隙试件和“S”型裂隙试件进行单轴压缩试验.试验结果表明:1)在压缩试验中,“/”型和“S”型裂隙试件均发生剪切破坏,其破坏迹线基本一致;2)在同样外荷载作用下,含充填岩体破坏损伤度明显小于无充填岩体,充填物不仅影响前期强度还影响峰后残余强度的提高,其充填试件峰后应变增幅达到18.75%;3)不同的充填物对岩体抵抗开裂的能力不同,水泥浆的黏结力和强度比石膏好,故水泥浆具有良好的加固效果.试验探讨了非直裂隙(“S”型)及充填材料对裂隙岩体破坏的影响,总结了充填材料作用下裂隙的扩展模式,为实际工程裂隙化岩体提供实验依据和参考.     

早龄期胶结充填体的动态力学特性

为了明确早龄期胶结充填体的动态力学特性,采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置探索了养护龄期和冲击能对充填体动态力学性能的影响.将制备好的直径为50 mm、长度25 mm的胶结充填体试样在标准养护条件下分别养护3、5、7和9 d,然后开展不同冲击能量(10、20、30和40 J)下的胶结充填体动力学试验,...     

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.     

单轴压缩下不同刚度充填物对厚壁圆筒砂岩力学及断裂响应的影响

为了研究不同刚度充填物对厚壁圆筒砂岩力学及断裂响应的影响,对充填铝棒、铅棒以及有机玻璃棒的厚壁圆筒砂岩试样进行单轴压缩试验,同时对完整砂岩试样及厚壁圆筒试样也进行单轴压缩试验作为参照.对比研究各组试样的强度、变形及破坏特征,并通过岩石和充填棒上的环向应变值特征分析了影响应力阈值及局部破坏应力阈值的变化情况.研究结果表明...     

冻融焦煤力学行为特征及微观结构响应规律试验研究（英文）

为深入研究煤岩在冻融与载荷作用下的力学行为特征和细观结构响应规律,开展了冻融焦煤单轴压缩试验,试验全程采用声发射和DIC系统监测,采用扫描电镜及显微镜观测了不同冻融次数焦煤细观结构及断裂面形貌。结果表明,随着冻融次数增加,煤样质量持续增长,孔隙裂隙结构显著发育,单轴抗压强度及弹性模量逐渐降低。冻融次数增加,压缩煤样声发射活动逐渐增强,且压密阶段AE事件分布密度及强度显著增加;煤样压缩全程内部拉伸微裂纹占比较大(除冻融30次外);声发射b呈“V”型变化,揭示冻融焦煤裂纹扩展速度先增后减,加载过程中b值平稳降低特征逐渐显著,微裂纹尺度不断增大。冻融次数增加,压缩煤样耗散能占比逐渐增大,弹性能占比对应减少;冻融0～20次煤样多呈劈裂拉伸破坏,冻融30次后转为剪切破坏,煤样破坏时最大主应变由17.42%降至4.65%,断面形貌由粗糙逐渐趋于光滑。建立了冻融及单轴载荷作用下冻融焦煤单轴压缩损伤本构模型,所得理论曲线与试验结果吻合度较高。研究发现,自由水冻结造成孔隙裂隙空间扩展延伸、不断强化的水岩作用以及矿物颗粒间的相互作用是造成焦煤冻融损伤的主因。     

集中荷载作用下两端固支梁的弹性力学解

根据弹性力学平面问题的基本理论,采用半逆解法,求出了两端固支的单跨超静定梁在集中荷载作用下的应力和位移多项式解,并与材料力学解进行了比较,说明了材料力学解的精度和适用范围,可供工程结构设计和弹性力学教学时参考.     

荷载作用下道路混凝土硫酸盐腐蚀特性研究

利用应力腐蚀与腐蚀疲劳加载装置,在不同的腐蚀环境和加载方法条件下,对道路混凝土进行硫酸盐静态腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀研究。通过物理性能及SEM测试研究破坏过程中道路混凝土的抗弯拉强度、传播声时及微观结构。研究结果表明:道路混凝土的硫酸盐侵蚀过程是一个长期而缓慢的变化过程,但荷载的作用加速了道路混凝土的劣化,按其破坏作用大小为:疲劳腐蚀应力腐蚀硫酸盐静态腐蚀;硫酸盐种类对荷载-硫酸盐腐蚀作用下道路混凝土性能有明显的影响,硫酸钠腐蚀损伤大于硫酸镁。     

三向应力下裂隙岩石力学特性试验研究

通过三轴压缩试验,对预制张开裂隙岩样在不同围压下裂隙参数(裂隙倾角、裂隙长度)对岩样的强度和变形破坏特征的影响规律进行了研究,并对裂隙岩样的破坏机制进行了探讨。结果表明:1)在围压相同、倾角相同条件下,裂纹长度对峰值强度的影响较大,裂纹越长,其峰值强度越小,而裂隙倾角对岩样峰值强度影响不大;2)裂隙岩样残余强度阶段的粘聚力下降严重,说明残余强度阶段试件已形成宏观贯通的裂缝,其承载力主要由裂隙面间的摩擦力承担;3)预制裂隙岩体的弹性模量随围压的增加经历了先减少再增加的非线性变化。     

具有初始随机材料缺陷的矿柱渐进破坏模拟

利用FLAC模拟了非均质粗糙端面矿柱的破坏过程及力学行为．利用Matlab编写了预置随机材料缺陷的FISH函数．结果表明：均质矿柱的应力一应变曲线在非均质矿柱曲线的上方．非均质矿柱两侧剪切楔的持续产生使弹性核芯尺寸降低．矿柱两侧面附近的剪切带较弯曲,而其中心的剪切带较平直．弯曲的剪切带起源于矿柱的4个角,然后向其内部传播．由于相对弱的约束,拉破坏单元在矿柱的中部最多且位于硬化阶段形成的剪切楔内部．和均质矿柱相比,非均质矿柱遭到了更严重的拉破坏,在软化阶段后期将形如砂漏,这与现场观察相符．     

不连续周期荷载作用下砂岩力学特性试验研究

为探究砂岩在不连续周期荷载作用下的力学特性,基于周期荷载作用下岩石的损伤特性,开展普通周期荷载试验中加入时间间隔的疲劳试验.试验结果表明:普通周期荷载试验中,随着循环次数的增加,岩石的轴向残余应变逐步趋于稳定值;在时间间隔的影响下,设置时间间隔后的轴向残余应变始终大于未设置时间间隔时的残余应变;时间间隔越长残余应变累加得越快,砂岩的疲劳寿命越小;砂岩的疲劳破坏是不同时间间隔条件下由内部微裂纹压密、闭合、张开、扩展等作用下的宏观表现,时间间隔使残余应力在砂岩内部持续产生作用,时间间隔越长作用效果越明显.     

重复荷载作用下的建筑废弃物永久变形及预估模型（英文）

本研究旨在揭示建筑废弃物在荷载作用下的宏观永久变形特性及内部结构演化。首先,通过滤纸法测定建筑废弃物的初始基质吸力。然后,通过重复加载动三轴试验揭示不同湿度及应力状态下的建筑废弃物永久变形,并建立一个全面的永久变形预估模型。最后,通过离散元对建筑废弃物在变形过程中的内部结构演化进行分析。结果表明：VAN-GENUCHTEN模型能够较好地描述建筑废弃物的土水特征曲线。永久变形随偏应力和循环加载次数的增加而增大,随初始基质吸力和围压的增加而减小。本研究所建立模型可对永久变形进行较为准确的预估。离散元可以准确地模拟建筑废弃物的宏观永久变形特性,颗粒间的剪切力、嵌挤力和滑移量随着偏应力的增加而增大。研究结果可为循环荷载作用下建筑废弃物的变形稳定性分析提供有效参考。