循环单轴应力和循环温度作用下玄武岩力学性质初探

对玄武岩在循环单轴应力–温度作用下的力学性质进行初步的试验研究。开展应力上限为80%和65%单轴抗压强度、温度上限为60℃和90℃的循环单轴应力–温度试验以及循环后的单轴压缩试验。试验结果表明:循环应力和循环温度作用具有"叠加"效应;循环应力上限为80%单轴抗压强度时,玄武岩随循环次数增加逐渐损伤,在循环中破坏;应力上限65%抗压强度且温度上限60℃时,玄武岩随循环次数增加逐渐硬化,在循环中不会发生破坏;损伤岩样峰值应变经历初始阶段、等速阶段和加速阶段,残余应变具有较大波动性;损伤岩样峰值割线模量先迅速降低,后缓慢降低,在临近破坏时急剧减小,应力上限大时峰值割线模量的降低程度大;应力上限相同,温度上限大的损伤岩样破坏循环数小;硬化岩样峰值应变和残余应变随循环次数增加而减小,峰值割线模量、割线弹性模量和卸载模量随循环次数增加而增大,温度上限大时岩样模量增加幅度小;硬化岩样受循环作用后,抗压强度较初始强度提高;岩石破坏时峰值应力与峰值割线模量定义的损伤因子线性相关程度高。     

棉花秸秆水泥基砌块材料单轴受压性能研究

配置3种不同强度等级棉花秸秆水泥基砌块,进行单轴受压试验。研究棉花秸秆水泥基砌块在单轴受压状态下的破坏过程与形态,分析材料抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变全曲线、峰值应变、极限应变等单轴受压力学性能;提出3种不同强度等级棉花秸秆水泥基砌块材料的应力-应变全曲线本构方程,并与普通混凝土砌块的应力-应变全曲线对比。结果表明:棉花秸秆水泥基砌块材料呈剪切破坏;棉花秸秆在水泥基砌块中的拉结作用提高了材料的残余强度与稳定承载能力;用两段式方程对棉花秸秆水泥基砌块应力-应变全曲线进行拟合的结果与试验结果吻合较好。     

硫酸盐干湿循环下ECC的轴压力学行为

针对干湿循环作用下高延性水泥基材料(ECC)的硫酸盐侵蚀问题,开展了不同侵蚀周期下ECC小尺寸圆柱体试件的单轴压缩试验,从轴压应力-应变曲线、轴压强度、峰值应变、弹性模量和泊松比等多重力学指标的角度研究了受蚀ECC的轴压力学行为.结果表明:侵蚀初期的材料峰值轴向应变逐渐提高,侵蚀后期小幅降低,而径向应变呈先减小后增大趋势;硫酸盐干湿循环作用不会对ECC压应力-应变曲线的初始线性段产生影响,而对曲线的非线性上升段和应力下降段影响显著;随侵蚀周期延长,ECC抗压强度大幅提高,但基材强度未见明显增长;应力下降段中,受侵蚀ECC的应力陡降特征明显区别于侵蚀前ECC的平缓下降;在本文研究的周期范围内,未见硫酸盐侵蚀对ECC弹性模量和泊松比的劣化作用.     

三轴应力下塑性混凝土应力应变关系试验研究

通过4组塑性混凝土的单轴和常规三轴压缩应力应变全曲线试验,研究了三轴应力下塑性混凝土应力应变关系.结果表明：在围压作用下,塑性混凝土轴向应力应变曲线与单轴压缩下的曲线差别明显,主要表现为直线上升段很短,曲线上升段较长,无明显峰值点,下降段较平缓.利用割线模量表征塑性混凝土三轴应力下应力应变曲线上升段的主要变形特征,分析了影响割线模量的主要因素,建立了割线模量与围压、单轴抗压强度和弹性模量之间的关系式.研究了塑性混凝土三轴应力下峰值应变随围压、单轴应力下抗压强度及峰值应变的变化规律,并建立了相应的关系式.全面分析了塑性混凝土单轴及三轴作用下应力应变曲线特征,通过归一化处理后,拟合出常规三轴应力下塑性混凝土轴向应力应变关系式.     

荷载历史和硫酸盐干湿循环侵蚀作用下混凝土抗压性能试验研究

为研究荷载历史及硫酸盐干湿循环侵蚀对混凝土单轴抗压性能的影响,对经历不同荷载历史(0、25%、50%极限抗压强度)和不同浓度(5%、10%)硫酸盐干湿循环作用下混凝土试件进行单轴压缩试验,考察材料弹性模量、抗压强度、峰值应变和应力应变关系等力学性能的变化规律。试验结果表明,经历硫酸盐干湿循环侵蚀后的混凝土纵向裂缝数量变多,表层剥落严重;经历硫酸盐侵蚀的混凝土应力应变全曲线形状变得扁平,下降段变得平缓;随着硫酸盐溶液浓度的增大,混凝土抗压强度和弹性模量均降低,但峰值应变增大;相同浓度下,混凝土的抗压强度和弹性模量随着应力水平的增大有降低的趋势,但降低的幅值不明显,峰值应变有增大的趋势。     

循环荷载作用下岩石阻尼特性的试验研究

对2组红层泥质粉砂岩在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行单轴4级循环加卸载试验.试验加载波形采用正弦波,频率3 Hz,循环应力幅值小于其平均抗压强度,单级应力幅值为30个振动循环,得到动弹性模量和阻尼比随动应变的变化规律.通过试验发现,泥质粉砂岩在循环荷载作用下的加卸载应力-应变曲线并不重合,而是形成一个封闭的滞回环,动应变相位始终滞后于动应力相位;滞回环在荷载反转处并非椭圆形,而是尖叶状,在该处岩石的塑性变形小,弹性变形响应迅速.随动应力幅值增加,泥质粉砂岩的动应变增加,动弹性模量随动应变增加线性递减,而阻尼比则线性递增.得到2组泥质粉砂岩的平均动弹性模量和阻尼比与动应变的相关表达式,其相关系数的平方R2均超过98%.岩石的不可逆塑性变形随动应变增加而增大,同时由循环荷载引起的损伤变形也逐渐增加.     

高强橡胶混凝土单轴受压力学性能的试验研究

对高强橡胶混凝土进行了单轴受压试验,得到了含不同掺量、不同粒径的高强橡胶混凝土的应力-应变曲线.分析了橡胶掺量、胶粉粒径对高强橡胶混凝土的单轴抗压强度、极限应变、初始弹性模量和破坏形态的影响.研究结果表明:橡胶掺量对高强橡胶混凝土的单轴抗压强度、极限应变、初始弹性模量和破坏形态的影响都比较明显;胶粉粒径对高强橡胶混凝土的强度、初始弹性模量和破坏形态有一定的影响,对极限应变的影响不明显.     

再生大骨料自密实混凝土力学性能研究

通过抗压强度、劈裂抗拉强度、峰值压应变、静态弹性模量和应力-应变关系试验,研究了自密实混凝土强度、再生大骨料强度、再生大骨料粒径对再生大骨料自密实混凝土(RCASCC)力学性能的影响。采用数据拟合的方法对国内外典型混凝土单轴受压应力-应变模型中的相关系数进行了修正,给出了适用于RCASCC的单轴受压本构模型,分别建立了RCASCC抗压强度、劈裂抗拉强度、峰值应变和弹性模量与自密实混凝土强度、再生大骨料强度、再生大骨料粒径的函数关系式,并对4种本构模型的拟合程度进行了比较分析。结果表明:所拟合的三次多项式型曲线和三角函数型曲线与实际应力-应变关系吻合程度相对较高。     

含水率对不同强度等级混凝土力学性能的影响试验研究

通过调整不同浸泡时间（0、2、5、24、120 h）来研究C20、C30及C40混凝土的含水率，并研究了含水率对混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、应力-应变的影响规律。结果表明：随浸泡时间的延长，混凝土的含水率总体表现出前期快速增加，后期缓慢增加，120 h时基本达到饱和状态；混凝土的抗压强度与劈裂抗拉强度均随含水率的增加呈降低趋势，含水率的影响作用显著；在饱和状态下，混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度较干燥状态时的最大降幅分别达36.35%、32.36%；相对较低强度等级混凝土的力学性能对含水率的敏感性更强；随着含水率的增加，混凝土的单轴抗压及劈裂抗拉峰值应变呈下降趋势，单轴抗压及劈裂抗拉应力-应变曲线的上升段斜率逐渐增大。     

不同再生细骨料取代率下的再生混凝土 单轴受压本构关系

为研究不同再生细骨料取代率的再生混凝土单轴受压本构关系,进行了再生细骨料取代率为0、30%、50%、100%的再生混凝土的单轴受压试验,并获得应力-应变试验全曲线,分析了再生细骨料取代率对抗压强度、弹性模量、峰值应变和极限应变的影响规律,并通过拟合得到再生混凝土弹性模量、峰值应变及应力-应变全曲线的计算表达式。研究表明,随着再生细骨料取代率增大,再生混凝土的抗压强度、弹性模量呈下降趋势,而峰值应变和极限应变增大;再生混凝土的应力-应变全曲线形状与普通混凝土相似,基于过镇海模型拟合得到的再生混凝土应力-应变全曲线与试验全曲线吻合较好。     

酸腐蚀下粉砂质泥岩力学特性及细观机理研究

为探究酸性环境下粉砂质泥岩宏观力学性质变化规律与孔隙变化规律及其内在联系,对不同pH值条件下不同腐蚀时间的粉砂质泥岩试样开展单轴压缩试验、电镜扫描试验及能谱分析试验,得到了不同溶液pH值与不同腐蚀时间对粉砂质泥岩试样宏观力学性质及细观损伤特性的影响规律。结果表明:(1)随着溶液pH值的减小及腐蚀时间的增加,试样的单轴抗压强度及弹性模量显著降低;(2)孔隙率及次生孔隙率显著增大,断口表面越来越粗糙;(3)粉砂质泥岩试样受酸溶液腐蚀机制主要是岩体内Al₂O₃等化合物与酸性溶液中的H⁺发生化学反应,从而引起试样的宏观力学性质劣化。     

层状砂岩各向异性力学特性试验研究

岩体的各向异性力学特性对工程安全稳定具有至关重要的影响。针对工程中常见的层状砂岩,设计进行0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°等7种层理角度的单轴和三轴压缩试验,详细分析层理角度对岩体力学特性和破坏模式的影响。研究结果表明:(1)不同层理角度岩样的应力–应变曲线形态基本一致,均包括压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,随着层理角度的增加,应力–应变曲线的压密阶段逐渐变短;(2)在单轴和三轴压缩状态下,层状砂岩各向异性特性明显,层理角度从0°增大到90°,弹性模量逐渐增大,而变形模量、抗压强度、黏聚力和摩擦角先减小后增大,呈U型分布,在0°或90°时达到最大值,60°左右时达到最小值;(3)随着围压的增大,其对层理弱面开裂滑动的限制作用逐渐增强,层理弱面对岩样的破坏模式影响效应逐渐减弱,不同层理角度岩样的力学参数差别逐渐减小,岩样的各向异性特性逐渐减弱;(4)层状砂岩的破坏模式与层理角度和围压的关系密切,可以归纳为3种类型:劈裂张拉破坏、顺层理弱面的剪切滑移破坏、局部顺层理弱面和局部穿越基质、层理弱面的复合剪切破坏。研究结论可为层状砂岩相关的工程变形稳定分析提供参考。     

Experimental study of the influence of water and temperature on the mechanical behavior of mudstone and sandstone

Understanding the influence of water and temperature on the mechanical behaviors of coal measure rocks is important for deep coal resource exploitation. Using an electro-hydraulic servo-controlled testing system (MTS816) with a self-designed thermostatic water tank, a series of water absorption experiments and uniaxial compression experiments were performed on mudstone and sandstone samples that were immersed in water under different temperature conditions (from 25 to 95 °C). The water absorption characteristics at different temperatures and the effect of water and temperature on the mechanical strength, deformation and failure mode of the samples under uniaxial compression were systematically analyzed. In addition, computerized tomography (CT) scanning was used to examine the microstructural changes in the mudstone and sandstone before and after water saturation at different water temperatures. The results from the water absorption tests show that the water content of the mudstone and sandstone samples kept increasing with immersion time until a saturated state was reached, with the trend generally following an exponential law. The higher water temperature allowed additional water absorption in the saturated mudstone, but less water absorption in the saturated sandstone. The mechanical tests suggest that the presence of water can significantly reduce the mechanical properties of the coal measure rocks. Decreases in the uniaxial compressive strength (UCS) of 76.0 and 38.9 % and the elastic modulus of 68.1 and 48.5 % were observed in the mudstone and sandstone, respectively, because of water saturation at room temperature. Moreover, the water-weakening effect was sensitive to water temperature, and as the water temperature increased from 25 to 95 °C, the UCS and elastic modulus decreased linearly in the saturated mudstone by 53.8 and 70.4 %, respectively, and increased linearly in the saturated sandstone by 21.3 and 20.2 %, respectively. The increasing water temperature also promoted a transition in the saturated mudstone from brittle to ductile behavior, but it had a negligible effect on the failure mode of the saturated sandstone. The CT scanning tests demonstrated that new fractures are produced inside the mudstone after water saturation and that the increasing temperature can exacerbate such water-induced damage. However, no obvious fractures were observed in the CT images of the sandstone at room temperature or at high water temperatures, and the water-induced damage in the sandstone appeared as the micro-fractures at a scale below the CT resolution.     

冻融损伤混凝土力学性能衰减规律

为研究冻融作用对混凝土力学性能的影响,采用快冻法将混凝土盐冻或水冻至不同损伤程度后,测其动弹性模量、抗折强度、抗压强度和劈裂抗拉强度.以动弹性模量为损伤变量,分析了冻融损伤与抗折、抗压强度之间的关系,采用回归分析的方法建立了抗折强度衰减方程.结果表明,混凝土抗压、抗折、劈裂抗拉强度以及动弹性模量均随冻融循环作用次数的增加而逐步降低;抗折、劈裂抗拉强度以及动弹性模量的衰减速率随冻融循环作用次数的增加而不断增大,但抗压强度的衰减速率则是先增大后减小;在冻融循环次数相同的情况下,含气量越高、水灰比越低,混凝土的强度损失越小,其力学性能损失的大小顺序依次为:抗折强度和劈裂抗拉强度、动弹性模量、抗压强度;冻融损伤与抗折强度的相关性较好,但与抗压强度的相关性较差,当冻融损伤小于40%时,混凝土的抗压强度一般不低于其初始强度的70%.     

单裂隙岩体冻融力学特性试验分析

采用具有不同几何特征的闭合裂隙类砂岩模型试样,进行冻融后的单轴压缩试验,分析裂隙岩体经不同冻融循环次数后的物理力学特性,以及不同裂隙倾角、不同裂隙长度的岩样对冻融岩体强度及破坏形态的影响。研究发现:预制闭合裂隙对冻融岩样外观破坏特征影响不是很大;同一类岩样在其它条件相同的条件下,单轴抗压强度及弹性模量随着冻融次数的增加而减小,相同的冻融次数,相同裂隙倾角不同裂隙长度的试件,随着裂隙长度的增长,单轴抗压强度有较大幅度降低,且随着裂隙倾角的增大,降低的程度越来越小;而对于相同的冻融次数,相同裂隙长度不同裂隙倾角的试件,倾角的变化对冻融岩样的影响不大;冻融岩样单轴试验破坏形态随着冻融次数的增加,由单一的较平滑的破坏面逐渐发展为多个表面粗糙的破裂面,除完整岩样及倾角为90°的岩样为劈裂破坏外,其余裂隙岩样基本为沿裂隙面的剪切破坏。     

钻井液矿化度对康村组泥岩强度特征的影响研究

以西部某区块康村组地层泥岩为研究对象,进行了 X射线衍射实验、环境扫描电镜实验、阳离子交换实验、不同矿化度的KCl溶液和钻井液浸泡后的泥岩单轴压缩实验.得到康村组泥岩矿物组成、微观结构特征、水化膨胀能力大小、不同矿化度的KCI溶液和钻井液浸泡后的泥岩强度参数;研究了钻井液矿化度对该地区泥岩强度的影响,分析了不同矿化度钻...     

水温对泥质粉砂岩物理力学性质的影响

通过对不同水温浸泡至饱和状态下的泥质粉砂岩开展单轴压缩破坏试验,获取岩石破裂全过程的力学参数,分别从宏观破裂图像、岩渣SEM微观观测图像出发,研究了含水及不同水温浸泡对岩石破裂的物理力学行为、微观与宏观破裂形态的影响。研究表明,泥质粉砂岩含水后,泥质粉砂岩的峰值强度、弹性模量、软化系数、微观结构等出现明显变化;当水温从常温(25 ℃)提高到50 ℃和100 ℃,泥质粉砂岩的微观结构变化较为明显,主要体现在随浸泡水温的提高,岩石微观颗粒饱满度增大、孔隙变小,岩石含水能力降低;随着浸泡水温的提高,峰值强度、弹性模量、软化系数等物理力学参数逐渐提高。     

软弱夹层对水泥土单轴压缩影响研究

为探究软弱夹层厚度比对水泥土试样单轴压缩力学参数和破坏模式的影响规律,借鉴含单夹层盐岩的制样方法制备含不同软弱夹层厚度比的单夹层水泥土试样,进行室温和冻结状态下的单轴压缩试验。在室内试验研究的基础上采用PFC2D对水泥土单轴压缩进行模拟,分析试样受荷后的细观力学响应机制。最后建立软弱夹层与荷载耦合作用下水泥土单轴压缩损伤本构模型,探讨软弱夹层厚度比对试样损伤变量演化的影响。研究结果表明:(1)室温和冻结状态下水泥土试样单轴抗压强度和弹性模量均随着软弱夹层厚度比的增加呈负指数规律衰减;破坏应变随软弱夹层厚度比增加呈抛物线变化规律。(2)PFC2D模拟得到的不同软弱夹层厚度比的水泥土试样单轴压缩力学参数以及破裂模式与室内试验结果比较吻合,数值模拟和室内试验均表明软弱夹层厚度对试样破坏模式影响较大。(3)软弱夹层与荷载耦合作用损伤本构模型能够较好地描述室温和冻结状态下含软弱夹层水泥土试样在单轴压缩荷载下的应力-应变关系,软弱夹层的存在使试样变形过程中损伤程度差异明显。软弱夹层厚度比越大,在很小的轴向应变时试样总损伤变量就达到很大值,试样很快就出现破坏。