弹体高速侵彻岩石效应试验研究

为研究高速动能弹在岩石中的侵彻效应,在高速弹道炮上进行弹体对岩石靶体高速正侵彻的模型试验,试验最高弹体速度为1 450 m/s,得出侵彻深度与侵彻速度之间的关系,并建立弹体速度不大于弹体极限速度时弹体侵彻深度的经验公式,该公式与试验结果具有良好的一致性.同时,分析模型试验靶体破坏情况,对于一定尺寸的弹体和靶体,不同弹体速度将产生不同的靶体破坏类型.研究高速撞击条件下弹体侵彻能力、侵彻极限速度和质量损失等问题,分析影响弹体极限速度和质量损失的相关因素,可对高速动能弹侵彻岩石的侵深、加速度和质量损失等主要参数进行评估,为弹体战斗部和防护工程的设计提供有力的参考.与在混凝土靶体上的高速侵彻试验进行对比,说明无风化的硬质岩石可以作为良好的防护工程材料.     

层状复合岩体变形试验尺寸效应的数值模拟

由于层状复合岩体软硬相间，不满足均匀、连续和各向同性条件，因此，通过现场试验方法确定层状复合岩体等效变形模量会存在许多问题，尺寸效应即是主要问题之一。结合清江水布垭水利枢纽地下厂房P1q^3层软硬相间层状复合岩体力学参数取值问题，在现场岩体变形试验基础上，通过开展数值模拟试验，研究了不同加载尺寸对层状复合岩体变形参数的影响。研究成果表明：层状复合岩体变形模量具有明显的尺寸效应，岩体变形模量与加载面直径之间可近似采用负幂函数表示：E=7．989D^-0.552常规变形试验加载尺寸明显偏小，当加载面直径应达到3～5m，岩体等效变形模量取值3～4Gpa，比常规试验降低70％左右。     

层状岩体多节理本构模型与试验验证

 根据含多节理层状岩体典型力学特征,在所提出的考虑一组节理面的层状岩体复合材料模型基础上,建立考虑多组结构面特性的层状岩体多节理本构模型,用来描述其在强度和变形方面的各向异性以及应变硬化–软化特征,进而采用VC++编程语言将该模型嵌入到FLAC3D软件中,实现其非线性数值计算功能。然后,利用所提出的本构模型与三维节理网络模型相结合,初步提出基于连续介质力学理论的合成岩体模型(SRMM)分析方法。基于这些模型理论和分析方法,建立现场真三轴试验岩样的三维合成岩体计算模型,通过与现场试验结果对比,表明所提出的本构模型在描述多节理岩体力学特性方面是可行的、合适的。     

锚固层状岩体的复合加固理论与数值模拟试验分析

根据复合材料力学的理论和方法,将层状岩体-砂浆-锚杆支护系统看成一种由岩体(基体)、锚杆(增强材料)和砂浆(黏结材料)组成的加固复合材料,建立这种复合材料的细观力学等效模型。理论分析这种锚固复合材料的宏观力学性质与其各组分材料性能以及细观结构之间的定量关系;在大型商业有限元软件基础上进行二次程序开发编制,进行锚固复合材料的数值模拟试验研究,分析岩体强度、锚杆尺寸、砂浆强度以及锚杆几何布置间距等参数变化对层状岩体锚固复合材料的黏聚力和内摩擦角值的加强增长幅度,定量评估岩体锚固复合材料的等效强度特性。运用所建立的岩体锚固复合支护系统等效力学模型计算了锚固岩体相似模型试件的弹性常数和黏聚力和内摩擦角值,理论与数值模拟分析结果与岩体锚固的模型试验结果具有较好的吻合度,表明所建立的理论模型和数值分析方法是可靠的,可为岩土工程的设计与稳定性评价提供参数依据。     

基于代表性取样的节理岩体抗压强度尺寸效应试验研究

不同尺寸岩体代表性取样对节理岩体强度的尺寸效应规律影响较大.基于提出的代表性取样方法,构建系列尺寸节理岩体模型,开展抗压强度尺寸效应数值模拟试验.研究结果表明:不同尺寸的岩体样本破坏模式和应力-应变曲线差别较大,通过代表性样本获得的试验结果能够较全面地反映各尺寸的破坏形态和力学特性,验证代表性取样方法的适用性;分析不同...     

岩体蠕变结构效应的数值模拟研究

采用数值模拟试验方法对岩体结构的蠕变力学效应进行研究。通过对均质岩体、不同分布产状和数量的结构面试件进行单轴、三轴压缩蠕变试验的计算机仿真,探讨岩体蠕变的结构效应、围压效应以及不同结构条件下岩体的蠕变变形规律与破坏特征等。结果显示,结构面产状对岩体流变性态的影响十分显著,它不仅明显改变岩体的蠕变强度、位移形态,而且控制着岩体的破坏模式及破坏条件。大多数试件的蠕变曲线与实验室或现场得到的岩石单轴、三轴压缩蠕变曲线特征基本相似;各试件之间由于结构面产状、侧向应力水平等的不同其蠕变曲线型式在高应力状态下有所差异。     

大当量爆炸地冲击毁伤效应的理论与试验研究Ⅱ：深埋洞室地冲击效应模拟试验系统研制

相似模拟试验是解决大当量爆炸下深埋洞室工程安全问题的重要研究手段,但长期以来受相关技术手段、设备限制,相关研究一直难以有效开展。本文采用自主研制与必要借鉴相结合的研发方式,解决了高地应力柔性均布长时加载、地冲击波形精细调控以及高地应力叠加地冲击静动组合加载等关键技术问题,研制了深埋洞室地冲击效应真三维模拟试验系统。在1∶50～1∶100几何及相应物理相似下,装置可实现高地应力加载、开挖扰动过程和爆炸地冲击效应的模拟,解决了原型试验受限,模拟手段匮乏的技术难题。采用该试验系统,对深部巷道在动静载组合作用下的响应机制进行研究,结果显示按均质岩体极限应力设计的工程安全埋深边界外,地冲击扰动可激活深埋岩体中构造岩块运动,造成工程局部严重破坏。测试结果表明,该装置运行稳定可靠,可真实再现冲击扰动下深埋洞室的毁伤过程,为深埋洞室抗大当量武器打击的安全防护研究提供了可靠的基础平台。     

大煤样瓦斯抽放试验研究及尺寸效应现象

煤矿瓦斯灾害是世界煤炭行业公认的重大灾害之一。在进行低渗透煤储层渗透特性改造试验时,采用了大尺寸的煤体试件(500mm×500mm×500mm)进行试验,在该煤体试件中不仅包含了较多孔隙,而且还包含了几条较大的裂缝。在对试件进行钻孔瓦斯抽放和割缝瓦斯抽放试验过程中,均首次观测到大规模的瓦斯突出现象,而在以往小尺寸煤样瓦斯渗流试验中则从未发现过类似现象。这种现象充分说明,对于煤体这样孔隙、裂隙发育的岩体,标准尺寸的试件往往难以包含足够多的岩体信息,采用大尺寸岩石试件后,所观察到的试验现象将更加接近于工程岩体实际,所测得的试验数据会更真实。     

基于精细结构描述及数值试验的节理岩体参数确定与应用

岩体参数是岩体工程设计与优化的重要依据。以现场精细结构测绘为基础,借助数值计算工具,进行大样本岩体力学试验为岩体参数的确定提供了一种新思路。精细结构描述的重点在于现场地质测绘工作的细致。以统计窗为基础,结合地质素描和数码摄像技术,补充发展了一套岩体精细结构测绘的现场工作方法。以现场测绘为基础,建立岩体结构模型。同时,通过离散元数值试验与物理模型试验的对比,验证数值试验的精度,并以锦屏一级水电站为例对坝区岩体进行大样本岩体数值试验,给出应力–位移全过程曲线、应力分布、位移分布及塑性区分布等分析成果。对比发现,数值试验结果与岩体质量评价结果基本吻合,计算结果可靠。数值试验细化了岩体参数的分布特征,大样本试验将会促进工程参数风险预测和可靠度分析的发展。     

软岩蠕变损伤特性的试验与理论研究

 在高地应力软岩隧道修建过程中,由于围岩蠕变损伤导致其变形具有明显的时效性和非线性。岩石的蠕变损伤与其内部微裂纹的延伸和扩展密切相关,宏观表现为蠕变过程中的体积扩容,通过对岩石扩容过程中损伤耗散能变化规律的分析,建立蠕变损伤演化方程,通过引入蠕变损伤因子对ABAQUS软件自带的蠕变模型进行修正,得到非线性蠕变损伤模型。应用所建立的蠕变损伤模型,对宜巴高速泥质红砂岩的三轴蠕变试验结果进行反演,结果表明,该模型可以很好地反映高地应力软岩在蠕变中的减速蠕变、等速蠕变和加速蠕变3个阶段。     

空间网架结构模型动力特性测量及分析

在试验中，采用正弦稳态激振、随机激振和中向正弦波低幅共振，研究了正放四角锥网架模型的动力特性；在理论上，采用子空间迭代法求解网架结构的自振频率和振型，并绘出了振型图，最后把试验结果与理论计算结果进行了比较，得到了令人满意的结果。     

2种岩石直接拉压作用下的力学性能试验研究

 利用Instron1342液压伺服机对2种典型硬岩和软岩试样进行单轴试验,包括单轴压缩试验和直接拉伸试验,研究这两种岩石在直接拉压作用下的力学性能,对比2种岩石的单轴抗压强度和单轴拉伸强度。试验过程中监测岩石试样的轴向应变和水平应变,并记录岩石试样的声发射特征,得到2种岩石在单轴拉压下的应力–应变曲线和声发射计数率曲线,对比2种岩石在单轴拉压下的声发射变化规律。试验发现,直接拉伸下2种岩石在加载初期较大范围内基本无声发射事件发生,直到破坏前声发射事件数才突然增大。讨论2种岩石在不同加载模式下的弹性模量和泊松比变化关系,发现单轴压缩下,硬岩的弹性模量随载荷变化先增大而后趋于稳定,当载荷超过单轴抗压强度的80%时又变小;而单轴拉伸下,硬岩的弹性模量初始较大,随后随着载荷增大而逐渐减小。单轴压缩下2种岩石的泊松比为0.2～0.3,而单轴拉伸下岩石的泊松比很小,几乎可以忽略。比较2种岩石的破坏角、内摩擦角以及黏聚力,讨论2种岩石在直接拉压作用下的不同破坏模式。利用三维表面形貌扫描仪对直接拉伸试样的破坏断面进行三维扫描,得到破坏面细观结构图和裂纹面表面粗糙度曲线。     

细长弹体侵彻混凝土的机理研究

通过侵彻模型试验，得到细长弹体侵彻混凝土的机理。整个侵彻过程可分为漏斗状弹坑形成阶段和坑下侵彻阶段，给出细长弹体侵彻混凝土的预计计算方法并验证其可靠性。     

弹体侵彻混凝土过载特性研究

依据量纲理论 ,建立了混凝土中侵彻弹体过载特征的工程计算模型 ,对试验结果进行回归分析拟合出工程计算模型的具体公式 ,最后由试验中实测的过载特征参数验证了公式的可靠性     

钢筋混凝土外包玻璃钢柱的研究与应用

通过对钢筋混凝土柱外围覆玻璃钢的试验研究和理论分析，得出外围玻璃钢对柱混凝土的约束作用以及它对提高钢筋混凝土柱抗压强度的贡献，并结合实际工程予以应用，为今后在工程中采用这种加固的新材料作了有益的探讨。     

细长弹侵彻防护工程材料靶体的试验和理论研究

通过大量模型试验、近似分析方法和数值模拟3种研究途径，对细长弹侵彻防护工程材料靶体的效应进行了较系统的研究。分析了细长弹侵彻防护工程材料靶体的侵彻机理和破坏效应、细长弹侵彻靶体中的应力波的传播规律，给出了适用的细长弹侵彻深度预估公式和方法。     

钢纤维混凝土弯压构件承载力试验与理论分析

在混凝土中加入钢纤维可以提高混凝土的抗拉强度和增强抗裂性,增强的幅度取决于钢纤维的掺入率、纤维分布的均匀性和纤维与混凝土的粘结。对ZH -0 6型钢纤维混凝土进行了纤维混凝土纯弯、压弯构件抵抗能力机制研究,包括8件短柱的试验和极限承载力的理论公式(基于纤维间距理论) ,并利用试验数据初步验证了所导出的理论公式的有效性。     

土体介质强度尺度效应的理论与试验研究

为考虑土体微细观结构特征对其宏观强度特性的影响,根据土颗粒的大小及其连结性状,以一定的尺寸界限将土体分成基体和加强颗粒2种介质,基于应变梯度理论,引入适应基体与加强颗粒变形相容性要求的几何协调微裂纹概念,建立可描述土体强度尺度效应并具有多尺度理论框架的基体–加强颗粒模型。该模型揭示土体的强度与内禀尺度、应变梯度、基体性质以及加强颗粒的粒径和级配有关。设计一系列非饱和重塑土的三轴固结不排水剪切试验以研究土体的强度尺度效应并定量计算反映土体强度尺度效应的内禀尺度参量。试验结果表明：土体的屈服应力随加强颗粒粒径的减小而增加且与加强颗粒含量之间呈线性关系,与内禀尺度之间呈抛物线关系;内禀尺度随加强颗粒的粒径和含量以及基体液性指数的增加而增加且与加强颗粒含量之间呈抛物线关系;土体屈服应力的试验结果与基体–加强颗粒模型的预测结果一致。研究成果对土体的强度理论发展有一定的参考价值。     

三维表面裂纹扩展试验及理论分析

 通过双轴压力作用下岩石三维表面裂纹断裂试验,利用数字散斑技术,观察裂纹的翼形扩展、反向扩展,得出对应的时间和荷载。试验发现,三维表面裂纹的翼形扩展一般都先于反向裂纹,反向裂纹最先在远离裂纹尖端区域出现,而后快速与原裂纹尖端汇合。通过有限元计算得到三维裂纹试件整体应力场和裂纹前缘各点应力强度因子。通过复合型断裂判据,对裂纹翼形扩展的三维形态进行分析,试验结果与最大周向拉应力 及最大周向拉应变 判据的理论预示结果吻合较好。对反向裂纹萌生区域进行强度破坏分析,反向裂纹的萌生与莫尔–库仑强度理论的预示结果基本相符。从试验及理论2个方面分析三维表面裂纹扩展直至破坏的全过程。