动态加载下的冻土力学性能实验研究

利用霍普金森压杆装置进行动态冲击试验,研究了冻土材料在温度为-10℃、-20℃和-30℃,应变率为250 s^-1、450 s^-1和600 s^-1时的力学性能,分析了冻土材料在此条件下的应力-应变曲线。研究发现,冻土材料有显著的应变率效应和温度效应,冻土强度不但随应变率提高而提高,而且随温度降低而提高;同时冻土材料有屈服现象,在加载后仍有一定的承载能力。     

不同加载方式下岩石变形及峰后能量演化特征研究

为探究不同加载方式下岩石变形及峰后能量演化特征,开展不同围压条件下砂岩峰前单向加载峰后循环加卸载、峰前峰后均循环加卸载的三轴压缩试验。研究结果表明:峰前同一应力水平,循环加卸载产生的变形略小于单向加载;相比单向加载,循环加卸载的岩样均出现从端部发育、终于主裂纹的不同长度和角度的非贯通细小裂纹,相同围压下形成的主裂纹角度较大;同一围压下,2种加载方式的峰后应力跌落形式近似相同,但循环荷载使跌落过程中岩石试样总输入能量W、损伤耗散能W_d、摩擦耗散能W_f较单向加载试验小,而可恢复弹性应变能W_e偏大;2种加载方式的峰后残余应力阶段均表现为理想塑性变形,残余强度均随循环荷载次数的增加而减小;循环加卸载试验残余应力阶段的残余强度及总输入能量W、损伤耗散能W_d、可恢复弹性应变能W_e、摩擦滑移过程中单位应变摩擦耗散能w_f均大于单向加载试验,2种加载方式下的w_f均具有围压效应。     

Q690D-QT高强钢材的高温动态拉伸力学性能

为了研究温度20～700℃下国产Q690D-QT高强钢的拉伸力学性能，开展了系列高温准静态和动态拉伸力学性能试验。试验结果表明：准静态拉伸下随温度上升，弹性模量和名义屈服强度f_0.2、f_0.5(其中f_0.2取为应力-应变曲线和应变0.2%比例偏移线交点的应力，f_0.5取应变为0.5%时对应的应力)不断下降，而名义屈服强度f_1.0、f_1.5、f_2.0(其中f_1.0、f_1.5、f_2.0分别取应变为1.0%、1.5%和2.0%时对应的应力)和抗拉强度在200～300℃间先略有上升，后不断下降；动态拉伸下屈服强度在室温下应变率效应不明显，在700℃时应变率效应明显。进一步地，采用多项式拟合给出了准静态弹性模量、屈服强度和抗拉强度的高温折减系数预测公式；并标定了可有效描述温度20～700℃、应变率1 000 s^-1下Q690D-QT高强钢拉伸力学性能的Joh...     

准静态应变率下单轴煤岩特征应力确定方法研究

基于准静态应变率[10^-5,10^-2] s^-1范畴下芙蓉白皎煤岩单轴压缩试验,开展不同应变率下煤岩变形破坏过程的能量演化规律分析,提出利用能量耗散率曲线和横向应变差确定单轴煤岩特征应力的新方法,并分析准静态应变率范畴下的变化规律。研究结果表明,不同应变率下的煤岩能量演化可划分为裂隙闭合、线弹性及裂隙快速扩展3个阶段,能量耗散率曲线均呈现峰前阶段先升后降再升的趋势。利用该趋势,根据能量耗散率曲线,将曲线的极大值点与极小值点分别确定为裂纹闭合应力点σ_cc与损伤应力点σ_cd,结合获得的损伤应力点,计算横向应变差后确定裂纹的起裂应力点σ_ci。比较不同应变率下煤岩的特征应力与峰值应力之比,3个应力特征比值均随着应变率的增加呈降低的趋势。最后对比分析单轴煤岩特征应力确定传统方法的局限性及新方法的合理性、准确性,提出特征应力应变率效应研究的工程意义。     

水泥砂浆动态轴向拉伸本构关系试验研究

针对混凝土的重要组成材料水泥砂浆,在MTS试验机上对其进行不同应变速率、不同预静载下的冲击加载以及变幅三角波荷载下的动态轴向拉伸系列试验。试验结果表明:①砂浆的抗拉强度随应变率变化敏感性较强,在10-6～10-2 s-1应变率范围内,强度可提高2倍以上;②弹性模量随应变率增加成比例增长,但幅度不大;③峰值应变随应变率的提高有所提高,但离散性较大。极限应变值没有明显率敏感性;④由应变片值获得的名义轴拉应力应变曲线可简化为三段折线,上升段可近似看为直线段,下降段可看成两段折线,卸载至约25%强度时,出现拐点,应变约为200με;⑤65%以下预静载没有对砂浆的动载强度产生不利,反而有所增强;⑥在加载上升段进行地震作用频率范围的往复加载,对水泥砂浆造成的损伤累计较小。     

SHPB试验中合理加载波形比选分析

针对SHPB试验中如何选择合理加载波形问题,将矩形波、坡形波、三角波和常规梯形波等入射波形统一表达为不同升时的梯形波,并给出其加载应力路径方程。首先,计算分析了加载持续时间和最大应力幅值相同情况下,采用不同升时梯形波和半正弦波加载时,试件应力平衡时间t′_u随波阻抗比β变化情况,以及不同β的试件应力均匀性变化特征。其次,从试件应力平衡时间和应力均匀性角度分析两种加载波形的优劣性。升时t′_r=2、4的梯形波优于半正弦波,半正弦波优于t′_r≥7的梯形波;而t′_r=0、1、3、5、6的梯形波与半正弦波加载时t′_u曲线变化过程中出现了交叉现象,交叉前半正弦波优于此升时的梯形波,交叉后两者优劣性相反。最后,提出试验中合理加载波形的选择与确定。即无论β为何值,t′_r=2或4的梯形波加载时,试件均能获得较短应力平衡时间和较好应力均匀性,试验中应将t′_r=2的梯形波作为最佳加载波形优先选用,其次可考虑选用t′_r=4的梯形波;此外,计算给出不同β值对应的其他合理加载波形以便试验中选用。     

大孔距小排距技术在中深孔爆破中的应用

为减少大块率和根底,提高爆破效果,山西桃园东义水泥有限公司石料生产线通过理论计算和现场试验,取得了大孔距小排距技术在中深孔爆破中的一些应用经验。当孔距为4.8m,排距为3.5m时,爆破效果良好。     

动压荷载下含水率对混凝土破碎块度及分形特征影响研究

本文为研究在动态压荷载作用下,混凝土力学破坏特征受含水率的影响规律,通过开展室内试验,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统与含水率控制法,分析了不同含水率混凝土试样的动态力学参数变化特征,并引入块度分析法与分形理论,探究了受动载混凝土试样的破坏特征随含水率的变化规律。研究表明:在不同应变率下,随着含水率增大混凝土试样的动态峰值应力与动态弹性模量逐渐减小,试样动态峰值应变增大;含水率会对混凝土试样造成损伤劣化,随着含水率增大,试样破碎块度粒逐渐减小,且在105. 93s^-1中高应变率下含水率的影响效果最大;混凝土试样破碎体的分形维数特征表现出与块度分布相似规律,动压荷载作用下,碎体分形维数D随含水率增大而减小,且在应变率105. 93s^-1时分形维数D受含水率的影响最明显。     

平面应变加、卸荷条件下考虑初始应力的原状黄土#br# 强度与变形特性试验研究

针对黄土工程中的众多平面应变加、卸载问题,利用平面应变改造后的西安理工大学真三轴仪,模拟黄土原位沉积方向及不同初始应力状态,在不同围压下对不同初始应力状态原状黄土进行竖向加载和侧向卸载平面应变试验,揭示不同初始应力状态原状黄土在加、卸载不同应力路径条件下的强度和变形特性。研究结果表明：两种应力路径条件下的应力应变曲线均呈硬化型,加载曲线均高于卸载,加载强度大于卸载强度,但卸载时,土的强度发挥较快。剪切过程中,黄土的侧向变形与竖向变形均呈非线性关系。竖向加载时,土的初始应力状态k值对土强度和变形的影响与固结围压的大小关系紧密;侧向卸载时,k值的增大可以限制侧向变形的发展。竖向加载条件下的体积应变均为剪缩,侧向卸载时均为剪胀。加、卸载条件下p-q平面内的破坏强度线基本一致,近似呈线性关系。侧向卸载条件下土体破坏时的应变远小于竖向加载和常规三轴试验。随着k值的增大,加、卸载应力路径时,黏聚力均线性减小,内摩擦角均线性增大。     

复杂加载下K0超固结黏土的本构模型

卸载后的K₀超固结黏土同时具有初始各向异性以及超固结特性,其特点有如下三方面：(1)当大主应力沿着K₀固结沉积面法线方向加载时,此时的剪切模量较等方向固结的剪切模量更高。(2)由于初始偏压固结导致三轴压缩下K₀固结黏土的临界状态应力比相较等方向固结的更大。(3)循环加载导致超固结特性以及应力诱导各向异性更为显著。基于超固结土UH模型,引入反映初始各向异性的边界面转轴参量ζ,通过倾斜边界面来提高其塑性模量。分析其剪胀应力比特征,提出状态应力比来替换统一硬化参数中的普通应力比,用来反映应变硬化、软化现象,引入旋转硬化规则用来反映复杂加载路径下的应力诱导各向异性性质,同时修正统一硬化参数,用来反映循环加载下的塑性体应变累积特性,塑性偏应变的滞回圈与棘轮特征,卸载路径的塑性变形特性。利用基于t准则的变换应力方法将上述新模型转变为三维本构模型,通过与一系列K₀超固结黏土在不排水及循环加载等复杂加载路径下的试验与预测结果进行对比,结果表明：新模型可简单方便地应用于K₀超固结黏土在复杂加载路...     

Factors influencing oxygen transfer in fine pore diffused aeration

A bench-scale experiment was conducted in a 701. tank of tap water to examine the effect of four design variables on oxygen transfer in a fine pore diffused aeration system. The experiment used non-steady state gas transfer methodology to examine the effect of air flow rate, air flow rate per diffuser, orifice diameter and reduced tank surface area on the overall oxygen transfer coefficient (K_La₂₀, h⁻¹); standard oxygen transfer rate (OT₂, g O₂ h⁻¹); energy efficiency (E_p, g O₂ kWh⁻¹) and oxygen transfer efficiency (E_o, %). The experiments demonstrated that K_La₂₀ and OT_s increased with air flow rate (9.4–18.8 1 min⁻¹) in the 40 and 140 μ diameter orifice range; however, E_p and E₀ were not affected. Reducing the air flow rate per fine pore diffuser (40 and 140 μ diameter pore size) significantly increased K_La₂₀, OT_s, E_p and E₀. A decrease in orifice diameter from 140 to 40 μ had no effect on K_La₂₀, OT_s, E_p and E₀. A reduction in tank surface area had a marginally significant inverse effect on K_La₂₀ and OT_s, and no effect on E_p and E_o. The mean bubble size produced by the 40 and 140 μ diffusers was 4.0 and 4.2 mm, respectively. There was no consistent effect of air flow rate on bubble size within the range of air flow rates used in this experiment. In clean water aeration applications, the optimum system efficiency will be obtained using the largest number of fine pore diffusers operated at low air flow rates per diffuser. In wastewater treatment plants, higher air flow rates per diffuser should be used to prevent diffuser biofouling and keep biological solids in suspension. Wastewater systems are purposely operated at less than optimum transfer efficiencies in exchange for reduced diffuser maintenance and improved mixing. In either situation, changes in tank surface area and diffuser pore size (provided that pore diameter remains between 40 and 140 μ) are unlikely to have any significant effect on aeration system efficiency.     

不同幅值和频率的交通荷载下黏土变形特性研究

采用GDS空心圆柱扭剪仪对南京河西地区软黏土施加不同循环动应力比(CSR)和不同频率的模拟交通荷载,分析研究土体在交通荷载下的动力特征。试验结果表明:应变曲线随CSR的变化可分为稳定型、临界型和破坏型;在不同频率下,可用频率折减系数对广义剪应变开展进行预测;在较低的CSR(小于0.23)下土体逐渐达到准二次平衡状态,孔压趋于稳定;在较高的CSR下,土体由于结构改变无法达到准二次平衡状态,孔压逐渐上升;不同频率下的孔压变化是由塑性体积应变开展程度和单位时间内塑性体积应变累计“次数”共同作用的;土体的割线弹性(剪切)模量E_d(G_d)与循环正(剪)应变幅值ε_m(γ_m)的关系可以用Hardin-Drnevich模型来描述,发现1/E_d~ε_m或1/G_d~γ_m的斜率与CSR成负线性相关,而频率对土体割线模量几乎没有影响;通过计算土体的总体等效阻尼比,发现土体破坏时其值约为0.018,且该值大小随频率变化影响不大,同时相比于CSR,荷载频率对总体等效阻尼比影响较小。     

铝合金内芯装配式屈曲约束支撑有限元分析

提出了一种铝合金内芯装配式屈曲约束支撑(ALB),并以A5083铝合金为支撑耗能内芯设计了4组19个支撑构件,采用ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究了集中耗能因子Y_LR、宽厚比、螺栓间距、核心板与约束板间间隙对支撑性能的影响。结果表明:当Y_LR<0.75时,支撑耗能性能会随着Y_LR的增加而提高,当Y_LR>0.75时,支撑耗能性能随着Y_LR的增加开始降低,当Y_LR=0.75时,支撑整体表现最佳; 支撑耗能性能会随着宽厚比的增加而降低,宽厚比不超过10时,支撑可以获得更好的耗能能力; 螺栓间距不宜过大,通过控制螺栓间距L_b与支撑核心板屈曲波长L_w的比值L_b/L_w来控制螺栓间距,当L_b/L_w≤1.5时,支撑约束单元受力更加合理,可以为核心单元提供足够的约束力; 核心板与约束单元之间的间隙过小时无法为核心板变形留有足够空间,间隙过大时支撑承载力会有较大降低且不稳定,间隙控制在0.5～2 mm时支撑承载能力表现更佳。     

Development of deep neural network model to predict the compressive strength of FRCM confined columns

The present study describes a reliability analysis of the strength model for predicting concrete columns confinement influence with Fabric-Reinforced Cementitious Matrix (FRCM). through both physical models and Deep Neural Network model (artificial neural network (ANN) with double and triple hidden layers). The database of 330 samples collected for the training model contains many important parameters, i.e., section type (circle or square), corner radius r_c, unconfined concrete strength f_co, thickness n_t, the elastic modulus of fiber E_f , the elastic modulus of mortar E_m. The results revealed that the proposed ANN models well predicted the compressive strength of FRCM with high prediction accuracy. The ANN model with double hidden layers (APDL-1) was shown to be the best to predict the compressive strength of FRCM confined columns compared with the ACI design code and five physical models. Furthermore, the results also reveal that the unconfined compressive strength of concrete, type of fiber mesh for FRCM, type of section, and the corner radius ratio, are the most significant input variables in the efficiency of FRCM confinement prediction. The performance of the proposed ANN models (including double and triple hidden layers) had high precision with R higher than 0.93 and RMSE smaller than 0.13, as compared with other models from the literature available.     

爆破施工下小净距隧道围岩稳定性分析

针对辽宁地区某公路隧道的地质情况和施工条件,重点讨论了小净距隧道爆破过程对施工中围岩应力、位移和间距的影响。提出采用有限元法研究小净距隧道爆破施工过程中每步开挖围岩的应力应变状况,以此优化设计方案。爆破荷载以均布压力荷载的形式垂直于洞壁方向作用在隧道洞壁上。结合本隧道台阶法开挖过程提取8个关键点应力应变值。模拟结果显示,开挖前期拱腰受力明显,此后边墙底部应力增长迅速,两洞的内侧边墙应力都普遍大于外侧边墙应力,而应变矢量和最大处主要集中在洞顶。中岩柱左侧的应力应变始终大于右侧说明开挖过程对先行洞侧的中岩柱扰动影响最大,同时左洞中台阶开挖完毕后中岩柱两侧位移差逐渐增大说明中岩柱有膨胀破环的趋势。     

基于SPH粒子法的盲天井掏槽爆破数值模拟

针对上向盲天井掏槽孔爆破效果,运用补偿系数法对周边大空孔孔间距进行计算并进行方案制定,利用光滑粒子流体动力学方法(SPH粒子法)进行数值模拟计算,开展盲天井掏槽爆破周边空孔作用以及补偿系数对爆腔及岩石损伤范围影响研究。研究结果表明:在孔间距一定时,爆腔面积随补偿系数增大呈增加趋势;当补偿系数达到2.42时爆破效果最佳且达到峰值0.54 m²,而后爆破效果作用达到极限,爆腔面积变化趋于稳定;岩石损伤范围因炸药作用效果有限,总体变化范围在10%以内;模拟过程中SPH粒子能良好地模拟出爆破过程中岩石运动状态、空孔填充情况以及岩石损伤范围。所得模拟结果与现场试验爆腔断面面积吻合度高,说明数值模拟计算具有一定的准确性。     

饱水灰岩巴西试验准静态加载应变率效应研究

通过对饱水灰岩进行不同加载应变率巴西试验、实时声发射监测以及破裂面扫描电镜观察,试验研究了应变率对饱水灰岩强度及破裂机制的影响。结果表明:1饱水对灰岩强度有明显的弱化作用,其拉伸强度值与干燥时相比降低了约15.99%;2声发射特征会受到加载速率的影响,试样中出现最大声发射事件数会随着应变率的增大而增大;3较低应变率(3.0×10-4s-1和9.0×10-4s-1)时灰岩破裂细观机制为沿晶破裂模式,宏观上拉伸强度较低;当应变率增大至1.5×10-3s-1时细观上为沿晶与穿晶耦合断裂模式,宏观上拉伸强度较高,而应变率为1.0×10-2s-1时细观上为穿晶断裂模式,宏观上拉伸强度最高。基于试验结果,采用三维颗粒流(PFC3D)分析了饱水灰岩加速速率效应细观机理。模拟显示,较低应变率下荷载–位移曲线表现为脆性,而随着应变率的提高曲线延性增大。灰岩拉伸强度随着应变率的提高近似线性增大。边界能与拉伸强度呈现为正比关系,灰岩破坏所消耗的能量与微裂纹数均随着应变率增大而增加。     

Effect of water hardness on the toxicity of cadmium to micro-organisms

A study was made of the effect of water hardness at different concentrations (viz. 0, 80, 120, 160, 240, 320, 400 and 480 mg l⁻¹ as CaCO₃) on the toxicity of cadmium metal (5 mg 1⁻¹) as sulphate to saprophytic and nitrifying bacteria, with respect to the rate constant (K) and ultimate biochemical oxygen demand (L) which were calculated from BOD data (15 days) using the Thomas Graphical Method. Glucose was used as a source of carbon for micro-organisms. It was observed that the toxicity of cadmium to micro-organisms (both saprophytic and nitrifying) decreased with increasing hardness and reached a maximum at 320 mg 1⁻¹ as CaCO₃ for nitrifying and 400 mg l⁻¹ as CaCO₃ for saprophytic bacteria. After these hardness levels, the ultimate BOD (L) and rate constant (K) showed a decrease. Nitrifying bacteria were found to be more sensitive to the metal as well as to its complexation with calcium or with other ions as they retained their normal activity at a lower hardness level as compared to saprophytic bacteria.     

白云岩动力学特性及破坏模式试验研究

为分析矿山深部岩石动力学特性及细观裂纹萌生、扩展以及相互贯通的破坏机制,使用改进的霍普金森试验设备,对白云岩进行常规单轴冲击试验,从应力-应变、强度、能量分布方面探讨了矿岩的动态力学性质,并借助高速摄影设备对白云岩试件的冲击破坏形态及模式进行细观描述。试验得到:白云岩试件动态强度随加载应变率从41.5 s^-1增大到112.5 s^-1,动态抗压强度峰值从104.53 MPa提高到208.6 MPa,且强度峰值出现的时间越来越早;单位体积吸收能随应变率提高呈线性增加关系,破碎块体尺寸随单位体积吸收能的增大而减小;高速摄影细观分析显示,冲击应变率越大,试件完全破坏的发生时间越早,破坏越严重,试件主要破裂面的形成方向与冲击方向一致,属于沿轴方向冲击荷载作用下的拉伸破坏。