Measuring dynamic fracture toughness of cement rock using a short rod specimen

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＰｅｔｒｏｌｅｕｍｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅａｎｄｉｎ ｄｕｓｔｒｉａｌｒａｗｍａｔｅｒｉａｌ,ｗｈｉｃｈｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｎａｔｉｏｎａｌｅｃｏｎｏｍｙａｎｄｎａｔｉｏｎａｌｄｅｆｅｎｓｅ .Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ,ｔｈｅｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｎｅｅｄｆｏｒｅｎｅｒｇｙａｎｄｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅｒｅｓｅｒｖｅｓｉｓｖｅｒｙｏｂｖｉｏｕｓｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｐｅｔｒｏｌｅｕｍｉｎｄｕｓｔｒｙ .Ｉｎｔ…     

水泥石膏材料相似模拟节理岩体有限元分析

水泥石膏材料（Cement Plaster）是模拟岩体的一种新型材料,其既保留了水泥砂浆流动性好的优点,又大幅度地提高了砂浆的抗压强度和抗剪强度,且破坏形式与实际岩体十分接近,是一种较好的相似材料。本文利用这种水泥石膏材料模拟单节理岩体,进行有限元分析,分别建立了不同节理倾角的三维岩体模型,进而讨论了其抗压强度的变化规律。研究验证了水泥石膏材料模拟岩体的可靠性,为进一步开展岩体的尺寸效应、分形节理岩体的力学性能等研究工作奠定了基础。     

Improved parameter selection method for mesoscopic numerical simulation test of direct tensile failure of rock and concrete

In order to numerically simulate the failure process of rock and concrete under uniaxial tension, an improved method of selecting the mechanical properties of materials was presented for the random mechanic parameter model based on the mesoscopic damage mechanics. The product of strength and elastic modulus of mesoscale representative volume element was considered to be one of the mechanical property parameters of materials and assumed to conform to specified probability distributions to reflect the heterogeneity of mechanical property in materials. With the improved property parameter selection method, a numerical program was developed and the simulation of the failure process of the rock and concrete specimens under static tensile loading condition was carried out. The failure process and complete stress-strain curves of a class of rock and concrete in stable fracture propagation manner under uniaxial tension were obtained. The simulated macroscopic mechanical behavior was compared with the available laboratory experimental observation, and a reasonable agreement was obtained. Verification shows that the improved parameter selection method is suitable for mesoscopic numerical simulation in the failure process of rock and concrete.     

填石路堤动力特性的试验与数值模拟研究

目的为了揭示填石路堤的动力特性，合理设计填石路堤及路面结构．方法通过室内模型试验得到了动力荷载作用下填石路堤内部动应力分布规律以及动力荷载作用后路堤填料颗粒级配变化情况．再采用MARC有限元软件建立了动力荷载作用下填石路堤数值模型，选用Drucker—Prager弹塑性本构模型对填石路堤的动力特性进行了数值模拟．结果有限元可有效模拟动力荷载作用下填石路堤的应力分布规律，而对于填石路堤在动力荷载下的破坏表现为颗粒棱角的破碎以及细粒料漏失的破坏模式，数值模拟则只能采用塑性区表征．结论提出了确定填石路堤动力荷载影响区域的方法，并建议填石路堤上部应设置足够厚的整体性路面结构层次，避免长期汽车荷载作用下因填料棱角破碎和细粒料漏失而发生沉陷的病害．     

水泥与胶固料胶结尾砂的试验比较

对水泥与胶固料胶结尾砂的试验结果进行分析,选用铁矿粗尾砂作为骨料,对不同尾砂胶结试块以及低配比试块的抗压强度、泌水量、排水方式进行比较试验.结果表明：胶固料试块比水泥试块强度高1倍左右;水泥试块早期强度较高,胶固料试块后期强度较高;相同配比下,水泥料浆淅水较多.     

水泥低活性粉煤灰碎石路用性能的试验研究

目的解决道路基层存在水泥稳定类材料易产生裂缝、二灰稳定类材料存在早期强度不足的问题.方法采用水泥低活性粉煤灰碎石作为路面基层材料,对水泥低活性粉煤灰碎石进行配合比设计以及通过系统的室内试验研究分别对水泥低活性粉煤灰碎石、石灰低活性粉煤灰碎石、水泥稳定碎石的物理力学性能进行分析与评定.结果试验结果表明,水泥低活性粉煤灰碎石的早期强度远远大于石灰低活性粉煤灰碎石的强度,接近于水泥碎石的强度.水泥低活性粉煤灰碎石的早期干缩应变比石灰低活性粉煤灰碎石、水泥碎石小,后期干缩应变比石灰低活性粉煤灰碎石、水泥稳定碎石要大.结论试验所用水泥低活性粉煤灰碎石材料不仅早期强度高,而且抗裂性能较好,可广泛应用于沈阳地区.     

基于抗冲刷性能的半刚性基层材料组成设计方法

半刚性基层材料抗冲刷性能差是目前造成水泥混凝土路面板底脱空的主要原因.现行公路水泥混凝土路面设计规范对基层抗冲刷能力仅限于定性建议,而未提出定量指标.通过试验研究提出了水泥混凝土路面半刚性基层材料的组成设计指标与标准建议值,利用灰色系统理论的方法原理,建立水泥稳定碎石28 d冲刷量预测模型和7 d强度预测模型.最后,提出基于抗冲刷性能的水泥混凝土路面半刚性基层材料组成设计方法.性能试验结果显示,运用该方法设计的半刚性基层混合料能够达到其设计标准,表明该设计方法可行.     

水泥土材料的细观损伤机理

为了研究水泥土的细观损伤机理,在中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室进行了一系列水泥土细观力学试验.基于细观力学实验结果,分析了实验进行过程中水泥土细观实时图像的表面变化以及水泥土应力-应变关系曲线的突变特征,探讨了水泥土的细观损伤破裂机理.结果表明：水泥土材料的结构组成具有不均匀性,且有初始损伤存在.在荷载作用下,材料的破坏是由其内部细观尺度的损伤演变并发展的,最终汇聚成宏观裂纹,宏观裂纹进一步扩展导致材料强度丧失、结构破坏.用细观力学和损伤力学基本原理来分析水泥土的承载性状及在第一承载阶段的损伤演变情况,可评定材料的承载能力及其工程结构的可靠性.     

水泥稳定再生混凝土骨料基层的性能研究

通过对水泥稳定再生混凝土骨料基层的试验研究,考察了水泥稳定再生混凝土骨料基层的力学性能和收缩性能,结果表明:水泥稳定再生混凝土骨料基层切实可行,具有良好经济效应,更重要的是具有广阔的应用效果,其中抗压强度、抗拉强度、弹性模量略低于同剂量的水稳碎石,收缩性能略大于同剂量的水稳碎石,完全满足基层的要求.     

水泥石动态断裂韧性的实验研究

随着大庆油田内部挖潜,开发薄油层,对固井质量提出了更高的要求,水泥石是“先天”带有大量微裂纹和缺陷的脆性材料。为了减轻射流侵彻对水泥环的破坏,改善界面的密封胶结性能,必须对现有的水泥石进行改性研究。根据超混复合材料的原理,我们在水泥石的配比中增加几种填料,通过填料影响改变水泥石的动态断裂韧性。将水泥石制成短棒试件,用分段式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆对几种改性配方的水泥石的动态断裂韧性进行实验测定,给出     

半刚性材料疲劳性能材料组成影响因素分析

半刚性基层沥青路面是我国最主要的路面结构。作为路面的主要承重层,半刚性材料的抗拉疲劳是重要性能。在总结分析半刚性基层材料疲劳试验研究的基础上,得到了单因素材料组成要素与疲劳性能的关系。为进一步研究材料各组成因素对半刚性材料疲劳性能的综合影响,用分形理论对半刚性材料的级配进行处理,尝试用灰关联理论来研究材料组成对疲劳性能的影响关系。建立了包括级配、水泥剂量、含水量、水泥胶砂强度、空隙率5个材料组成因素在内的半刚性材料疲劳性能模型,并进一步分析,从而更好地了解组成对半刚性材料疲劳性能的影响。     

岩石材料局部化渐进剪切破坏特性及模型分析

为研究岩石材料局部化渐进剪切破坏过程和机制,利用RMT-150C岩石力学多功能试验机,对典型岩样进行三轴压缩试验,分析了岩石全应力应变过程,重点探讨应力软化、残余应力稳定2个峰后阶段,研究了岩石的破坏形式及机理.结果表明,应力在峰后阶段呈现渐进式跌落,并逐渐趋于稳定而达到残余强度.同时,基于局部化剪切带的形成过程,依据岩石应变软化机制,构建能模拟岩石渐进剪切破坏的力学模型.最后,对所建立的模型进行试验验证,模型计算与试验结果吻合较好,证明了该模型的合理性.     

基于Voigt与Reuss模型的岩土二元介质破损规律

在破损力学的理论框架下,非均质岩土材料被抽象为由胶结元和摩擦元组成的二元介质。本文基于Voigt和Reuss模型推导出满足变形协调和应力连续条件的岩土破损力学本构方程,通过算例分析三轴复杂应力状态下岩土二元介质的破损规律、荷载及变形的分担情况。结果表明:岩土二元介质的破损行为与胶结元、摩擦元的物理力学特性、围压和应力水平等有关,随着应力水平的增大,胶结元在抵抗轴向压力中发挥的作用逐渐减小,而在抵抗轴向变形中发挥的作用则先减小后增大;随着围压的增大,胶结元在抵抗轴向压力和剪切力中发挥的作用均逐渐减小,而在抵抗轴向变形和剪切变形中发挥的作用均逐渐增大。     

干燥作用对水泥基材料影响的研究

水泥基材料在适宜的环境中养护成熟后其内部多余的自由水分会不断的挥发到空气中,材料也从饱和状态过渡到非饱和状态,其力学性质也相应的发生改变.首先通过物理实验研究水泥基材料在干燥过程中其主要力学性能的发展,然后建立损伤-弹塑性-干燥耦合模型来描述水泥基材料在不同的饱和度下的力学表现.模型计算的结果同实验数据的比较表明:所建立的模型能够很好的反映水泥基材料的力学性能在干燥过程中的变化.     

水泥浆对地层损害的研究

本文是在模拟井下实验的基础上，研究了泥浆与水泥浆对地层的损害问题。研究表明泥浆对地层的损害比水泥浆严重得多。泥浆形成的内外泥饼及岩心的渗滤特性，限制了水泥颗粒及滤液进入地层的数量，降低了水泥浆对地层的损害。在井壁１～２ｃｍ内，主要是水泥颗粒堵塞造成的损害，而２ｃｍ以外的地层则是水泥浆滤液中的沉淀物造成的损害。文章还深入地分析了水泥浆的污染深度，滤液中的成分，沉淀物的数量及析出的先后次序等问题。     

纤维纳米混凝土力学性能和抗氯离子渗透性能的研究

通过坍落度、贯入阻力试验,不同龄期抗压强度、劈拉强度和抗折强度试验以及氯盐溶液浸泡干湿循环试验,探讨了钢纤维掺量、纳米矿粉种类和掺量以及混凝土基体强度对纤维纳米混凝土工作性能、凝结时间、基本力学性能和抗氯离子渗透性能的影响.结果表明:随钢纤维掺量增加,纤维纳米混凝土坍落度逐渐减小,各龄期强度和28 d龄期抗氯离子渗透性能呈增大趋势;随纳米SiO2掺量增加,拌合物坍落度快速降低,初凝、终凝时间缩短,各龄期强度整体呈上升趋势且抗氯离子渗透性能逐渐提高;随纳米CaCO3掺量增加,坍落度先增加后减小,初凝时间逐渐缩短,终凝时间变化不显著,各龄期强度呈增大趋势且抗氯离子渗透性能逐渐提高;随混凝土基体强度降低,坍落度快速增大,初凝和终凝时间迅速延长,各龄期强度和28 d龄期抗氯离子渗透性能逐渐降低.钢纤维的掺入,改善了混凝土的破坏形式;纳米矿粉的掺入,改善了混凝土的微观结构,增加了混凝土基体的密实度.混凝土中掺入适量的纤维和纳米矿粉,有效改善了混凝土的性能.     

模拟岩性的相似试验研究

选用水泥石膏相似材料制作模型,工艺简单、材料来源广、价格低廉,其材料与岩石的结构及破坏方式均类似,是一种较好的相似材料。本文着重研究了骨料含量、水泥含量、石膏含量和用水量对水泥石膏模拟材料强度及弹性模量的影响,得到了其相应的变化曲线及变化规律,并研究证明了用该相似材料来模拟岩石性能的可行性,提出了用该相似材料模拟部分沉积岩的配合比,为进一步研究分形节理岩体的力学性能打下了坚实的基础。     

掺入普通硅酸盐水泥的粉煤灰地聚物混凝土力学性能与微观特征

既有研究表明,在粉煤灰地聚物混凝土（FGC）中掺入少量普通硅酸盐水泥颗粒,能够增强其在常温养护后的力学性能,但这个结果尚未与早期接受高温养护且不含普通硅酸盐水泥的FGC进行力学特征对比,以验证其可实用程度。为更加贴近实际工程需求,将不含水泥颗粒且接受热固化的FGC与含有少量水泥颗粒仅接受室温固化的FGC进行了包括泊松比在内的基本力学性能测试和比较。为了从微观机制上解释力学性能的测试结果,进行了包括SEM、EDS、XRD、FTIR、Micro-CT等的分析。结果表明：常温养护下含有少量水泥颗粒的FGC各项力学性能与不含水泥颗粒并接受热固化的FGC相近,临破坏前的试件横向应变与纵向应变之比均接近1.0,均有突出的横向变形能力;掺量8%的水泥颗粒在室温条件下对FGC聚合反应的促进效果接近FGC接受高温养护,在形成更为合理的微观孔隙结构方面,改进后的FGC在常温养护条件下优于高温养护FGC。     

A theoretical model of rigid projectile perforation of concrete slabs using the energy method

Projectile perforation of concrete slabs will produce numerous concrete fragments on the rear face of the concrete slabs. These concrete fragments will cause serious secondary damage to the indoor personnel and equipment of protective structures. Accurately evaluating the damage area of concrete slabs is an important problem. Therefore, a theoretical model of a rigid projectile perforation of concrete slabs is constructed using the energy method in this paper. In this model, a new shear failure method is proposed to calculate the energy consumption of the shear formation by combining with the von-Mises failure criterion and failure strain. Based on the energy conservation and principle of minimum potential energy, explicit equations for the perforation performance are formulated. The theoretical predictions agree well with the experimental results. Furthermore, experiments on a high-speed projectile normal perforation of concrete are carried out to verify the accuracy of the corresponding theoretical prediction.     

一种天然活性混合材料的研究开发

研究了多孔硅质岩矿粉掺入到普通硅酸盐水泥中对水泥性能的影响．认为多孔硅质岩矿粉是一种良好的天然活性混合材料，可用于制作掺混合材料的硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥．