粉砂岩三轴压缩试验中的试样尺寸效应研究

可靠的试验数据是认识和理解岩石强度和变形特性的基础。以粉砂岩为对象,系统研究其在室内三轴压缩试验中的试样尺寸效应,分析不同围压下尺寸效应对岩石强度和变形的影响规律。相同直径不同长度(不同高径比)试样的试验结果表明,在相同围压下,随着高径比的增大,粉砂岩的抗压强度和泊松比不断减小,杨氏模量逐渐增大;当岩样高径比超过2.2时,粉砂岩强度、杨氏模量和泊松比的测量值逐渐趋于稳定。另外,基于不同直径相同高径比岩样的常规三轴压缩试验,对比分析不同围压下岩石抗压强度、变形和破坏形式等力学特性。研究表明,对于均质性较好的细颗粒岩石,缩放岩样尺寸引起的体积效应不明显,尺寸效应主要表现为岩样高径比的影响。     

基于灰色关联理论的红层软岩尺寸效应研究

为探究红层软岩岩体与小尺寸软岩试件实验强度的关系,对定西红层软岩的不同高径比试样进行单轴压缩试验,研究该类软岩的尺寸效应。考虑软岩力学性质复杂,弹性模量、泊松比、变形模量均为不确定值,引入灰色关联理论(比较了现有的4个灰色关联模型,表明相对关联模型更适合于软岩的尺寸效应研究)。计算和分析了软岩高径比、弹性模量、变形模量、泊松比与强度的相对关联度,结果表明:试样高径比≥1.2范围,泊松比对强度影响最大,高径比其次;试样高径比<1.2范围,高径比对强度影响最大,泊松比其次;变形模量对强度的影响大于弹性模量。对该类红层软岩进行尺寸效应研究,需要考虑高径比、泊松比、变形模量共同影响作用。定义了尺寸效应系数、变形模量兆帕像,采用简化维度的方法给出了尺寸效应系数的四维方程,拟合结果与试验结果具有良好的一致性。     

不同高径比石膏试样强度与尺寸效应的试验研究

确定合理的矿柱尺寸及其强度是保障石膏矿安全生产与长期稳定的关键因素。采用RMT-150B岩石力学试验机,对不同高径比石膏试样进行了单轴压缩试验。 利用力学试验结果,建立了石膏试样强度与尺寸效应的理论模型及其表达式,采用FLAC^3D模拟了不同高跨比石膏矿柱的承载能力。研究结果表明:石膏试样的峰值应力、残余强度、弹性模量随高径比的减小而增大;初始应力和峰值应力所对应的轴向应变和横向应变随高径比的减小而减小;峰值应力后的轴向应变随高径比的减小而急剧减小,而横向应变则与之相反,且高径比越小横向应变越容易产生扩容破坏,呈现出软岩特性;变形模量与高径比之间的关系不明显,不能用其表征石膏试样的变形特性;当矿柱跨度超过4 m时,矿柱能充分发挥其支承能力,有效地支承上覆岩层的围岩压力。     

基于直剪试验的试样尺寸效应研究

土体作为一种特殊的散体材料,其各向异性及不均匀性尤为明显,且直接剪切试验中剪切破坏面的特定性等因素都导致了其不同于其他材料的破坏规律。分别采用直径61.8 mm和150 mm两种尺寸试样,进行了四种不同种类土的直接剪切试验,分析了土试样抗剪强度尺寸效应特性,研究表明：试样尺寸的变化不影响试样的应力应变变形特性;但试样尺寸的增大,抗剪强度峰值出现的位置更晚,抵抗变形的能力加强;随着试样尺寸增加,有效剪切面积比例增大,导致理论抗剪强度增大;对于黏性土,主要表现为黏聚力的增大,内摩擦角变化不大,而对于砂类土,主要表现为内摩擦角的增大。     

混凝土高强化对其尺寸效应的影响

混凝土高强化其尺寸效应显著，但对弹性模量无明显影响，高径比在1．5以下，测得强度值随高径比减小而显著增大，高径比大于2后，影响不明显。     

不同强度等级混凝土尺寸效应的讨论

讨论了不同强度等级混凝土的尺寸效应.试验结果表明,随着强度等级的提高,抗压强度的尺寸效应表现得更为显著,而对弹性模量无明显影响;对纵向应变也较小,但对横向应变有一定影响,以小试块测得的应变值较大.高径比在1.5之内,对各强度等级的混凝土所测得的强度值均随高径比的减小而增大.     

岩体结构面抗剪强度尺寸效应联合试验系统及初级应用研究

岩体结构面抗剪强度尺寸效应及其机制是岩石力学及工程地质等相关领域研究的基本问题。目前国内外无成型的可用于大范围系列尺度试样直剪试验的仪器,使得岩体结构面抗剪强度尺寸效应研究进展缓慢。为此,开发岩体结构面抗剪强度尺寸效应联合试验系统与技术,采用多尺度结构面试样快捷切换、荷载测控系统分级和重叠试样等效性校验、测试过程动态检测及结构面剪损测量等关键技术和方法,为结构面抗剪强度尺寸效应等关键科学问题研究提供基础试验支撑平台。该试验系统以两级直剪设备联合试验的初步应用表明:能满足10cm×10cm～100 cm×100 cm相差100倍的岩体结构面试样自动切换问题,涉及系列多尺度试样的输送、定位、加载、复位等工作流程;能满足荷载值范围从2～1000kN相差500倍的测控系统精度和稳定性,检测机构鉴定试验系统精度等级达到0.5级,通过对30 cm×30 cm和40 cm×40 cm重叠试样在两级直剪设备的抗剪强度试验结果对比,结果表明两者的衔接性良好;通过对相同结构面尺寸的试样在不同载荷条件时的抗剪强度测试,结果表明切向荷载峰值与施加的法向载荷相关;通过对不同结构面尺寸的试样在相同载荷条件时的抗剪强度测试,结果表明切向荷载峰值/法向载荷的比值总体变化趋势稳定,但在某一结构面尺寸范围内出现小幅波动。     

高径比对板岩单轴抗压强度尺寸效应的试验研究

对不同高径比的板岩试件进行了大量单轴抗压强度试验,获得了3种风化程度的板岩强度随试件高径比增大而非线性减小的关系曲线及二者间的经验关系式。依据板岩标准试件与非标准试件的强度比值,提出了岩石强度尺寸效应系数的概念,绘制了不同风化程度的板岩强度尺寸效应系数随高径比增大而非线性增大的关系曲线,给出了3种不同风化程度板岩强度尺寸效应系数的经验计算式。试验结果分析表明,岩石风化程度不同(强度不同),其强度尺寸效应不同,即岩石强度越大,其尺寸效应越显著。本文经验公式的提出为非标准试件板岩单轴抗压强度的修正提供了新的便利途径,也可为其它各类岩石强度尺寸效应的修正提供参考。     

岩石尺寸效应在不同加载速率下的数值模拟

为研究岩石在不同加载速率条件下,尺寸效应的影响因素,对5组不同高径比试件进行了不同加载速率条件下的单轴压缩数值模拟试验。结果表明:对于不同高径比试件,加载速率对岩石尺寸效应起主导因素,在同一加载速率下,随试样高径比的增大,其峰值强度逐渐降低。在不同加载速率下,峰值强度随加载速率的增大依次增高。     

不同尺寸对TRC永久性模板叠合钢筋混凝土梁弯曲性能影响研究

为推动TRC永久性模板叠合钢筋混凝土梁在实际大型工程中的应用,对3种不同尺寸（截面高度分别为240、300 mm和400 mm）的TRC永久性模板叠合钢筋混凝土梁进行受弯性能试验研究,分析截面高度和模板形状对相同配筋率、配网率、截面长宽比的TRC模板叠合梁受弯性能的影响。试验结果表明：U形TRC模板叠合梁与无模板的普通钢筋混凝土梁受弯性能受尺寸影响较小,单板型TRC模板叠合试件工作性能受尺寸影响较大,主要表现为TRC模板与后浇混凝土界面随尺寸的变大而剥离。不同尺寸的U形模板叠合梁与无模板梁的名义弯矩、等效挠度、延性系数的尺寸效应不明显,但塑性铰转角存在明显的尺寸效应,当截面高度由300 mm增大至400 mm时,无模板梁、单板型模板叠合梁和U型模板叠合梁塑性铰转角增幅分别为2 200%、167%和1 200%。不同类型梁的弯曲强度尺寸效应表现出差异性,其中无模板试件与U形模板叠合梁的弯曲强度尺寸效应不明显,但单板型模板叠合梁的弯曲强度受尺寸变化的影响,截面高度由240 mm增至300 mm时,弯曲强度提高了13.17%。     

饱水时间对千秋煤矿2#煤层冲击倾向性指标的影响

 为分析饱水时间对煤体的力学性质与冲击倾向性指标的影响,对千秋煤矿2#煤层自然和饱水7～28 d处理后煤样,在RMT–150B岩石力学试验系统进行冲击倾向性指标测定。结果表明：在自然与饱水状态下,煤样的抗压强度与弹性模量、峰前积蓄能量和冲击能量指数均成正相关。饱水煤样的抗压强度、弹性模量、冲击能量指数以及峰前积蓄能量均有不同程度降低。饱水7～10 d后煤的力学性质和冲击倾向性指标变化显著,而后有所减缓。在自然含水状态下,2#煤层属于中等冲击类(II类),饱水7～28 d后2#煤层的冲击倾向性指标有较大降低,由中等冲击类变为弱冲击类(弱II类);建议千秋煤矿采煤工作面注水超前时间7～10 d,超前距离约30 m为宜。     

冻融与疲劳荷载交替作用下预应力混凝土梁损伤研究

通过12根预应力混凝土梁的冻融和疲劳交替试验,探索疲劳荷载上限、混凝土强度等级、预应力度及冻融疲劳交替次数比对试件外观形态、疲劳加载时的挠度及混凝土动弹性模量变化规律的影响;利用极差分析方法研究预应力度、疲劳荷载上限和冻融疲劳交替次数比对动弹性模量衰减速率的影响。试验结果表明,施加预应力和提高混凝土强度可以有效改善试件的抗冻性能;冻融作用增大了疲劳加载时试件的挠度增加率,促进了试件刚度的衰减;疲劳荷载上限始终是影响动弹性模量衰减的控制因素,随着试验的进行预应力度和冻融疲劳交替次数比对试件动弹模量的影响逐渐增加。     

钢筋混凝土T形柱的耐火极限研究

利用数值模拟程序分析了荷载比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等参数对ISO834标准升温过程下钢筋混凝土等肢T形柱耐火极限的影响规律。针对不同荷载比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角共5400种工况进行了四周受火时等肢T形柱的高温反应分析。在此基础上,定量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法。研究表明:(a)严格控制荷载比是提高T形柱耐火极限的有效措施。(b)随着计算长度的增加,T形柱耐火极限近似呈直线降低。(c)当荷载偏心率在0和1.0之间变化时,T形柱耐火极限随荷载偏心率的增大而减小。当荷载偏心率在1.0和2.0之间变化时,荷载偏心率改变对T形柱耐火极限影响较小。(d)荷载角对T形柱耐火极限影响较大且影响规律较为复杂。     

Improving strength and ductility of continuous composite plate girder bridges

The ultimate load carrying capacity of continuous composite plate girder bridges is usually limited by the local buckling failure of steel girders at interior supports. This paper presents a simple reinforcement method which changes the failure mechanism of the continuous girder from local buckling to formation of plastic hinges at the interior supports and mid-span. Such a change in failure mechanism greatly improves the strength and ductility of the superstructure. In this method the compressive portion of the web near the interior support is braced against local buckling by bolting pairs of stiff bracing elements on opposite sides of the web. The bracing elements prevent local buckling failure of the support section and create a section which can rotate inelastically at plastic moment allowing the second hinge to form at mid-span. The bracing elements may be plates or longitudinal stiffeners which should be designed to remain elastic while the section undergoes plastic deformation. The behavior of plate girders which are reinforced by such bracing elements is studied using nonlinear finite element analyses.     

矩形断面巷道冲击地压机理研究

基于顶板剪切梁模型研究矩形巷道冲击地压发生问题,得到矩形断面巷道发生冲击地压的临界塑性软化区深度和临界载荷,分析巷道宽度、巷道高度或煤层厚度、顶板厚度等几何因素,以及煤层与顶板刚度比、煤的模量比、煤的强度参数、侧压力系数和水平应力分布指数等煤岩力学性质因素对临界条件的影响规律。结果表明:巷道顶板岩层以剪切变形破坏为主,当临界塑性区深度与临界载荷较小时,易于发生冲击地压,其发生频度较高,强度较小,破坏性较小;反之,冲击地压不易发生,其发生频度较低,一旦发生其强度会较大,破坏性较大。临界塑性区深度与巷道宽高比、初始黏聚力的大小无关,随顶板厚度、刚度比、模量比、水平应力分布指数的增加而增大,随煤层塑性软化刚度、内摩擦角、侧压力系数的增加而减小。临界载荷随巷道宽高比、煤层塑性软化刚度、水平应力分布指数的增加而降低,随顶板厚度、刚度比、模量比、初始黏聚力、内摩擦角、侧压力系数的增加而增大。     

深部矿区煤岩体强度测试与分析

 基于钻孔触探法原理,开发出小孔径井下煤岩体强度测定装置。在实验室对34个煤岩样品进行试验：在煤岩块上钻取标准试件,测量单轴抗压强度;在留下的钻孔中,用煤岩体强度测定装置测定探针临界载荷,分析探针破坏钻孔壁煤岩的形态;然后确定煤岩块单轴抗压强度与探针临界载荷的关系。试验表明,探针破坏钻孔壁煤岩的形状、深度及范围与煤岩性质密切相关。煤岩体强度越高,破坏范围、侵入深度越小,破坏形状越规则。结合井下实测数据,回归得出描述探针临界载荷与煤岩体单轴抗压强度关系的公式。同时,分析临界载荷的离散性及控制措施,讨论结构面对煤岩体强度的影响及测试分析方法,并在典型的深部矿区——新汶矿区进行井下原位测试。新汶矿区巷道顶板不同岩性的岩层强度相差很大,不同矿井的岩层强度也存在明显差别。煤层强度由于煤帮出现破碎区、煤层性质不均匀、煤层结构面分布不均匀等原因变化较大,出现明显的波动。基于井下煤岩体强度实测数据的巷道支护设计,符合井下环境中的煤岩体条件,设计的合理性与可靠性显著提高,巷道围岩稳定性与支护状况得到明显改善。最后分析钻孔触探法存在的问题,并提出改进建议。     

弯曲应力状态下Si3N4材料的力学特征

本文研究了陶瓷材料在纯弯曲应力状态下的受拉区和受压区的变形,和弹性模量及泊松比的差异。实验采用四点弯曲、样条上下表面贴正交应变片的方法。结果表明陶瓷材料在弯曲时的拉弹性模量大于压弹性模量,拉泊松比小于压泊松比,而且这种差异随着应力的增加而增加。文中导出了中性层的位置。对于精细陶瓷,当忽略拉、压弹性模量的差异,按传统方法计算弯曲强度的误差不大于5%。     

高强混凝土框架柱截面尺寸效应的变化规律

根据收集的117根高强混凝土框架柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果,用MATLAB软件编制的程序计算出试验柱的骨架曲线、屈服位移和屈服荷载、最大位移和最大荷载、极限位移和极限荷载、延性系数、弹性刚度、强化刚度、最大刚度和退化刚度、各滞回环面积和累计滞回环面积,并用ORIGIN软件一元线性拟合出各参数与截面面积或截面高度之间的关系式,然后根据ORIGIN软件回归结果分析了截面尺寸对框架柱承载力、延性、刚度及耗能的影响规律。结果表明:随着截面面积的增大,名义弯矩逐渐降低,试件承载力最大试验值与按照规范计算的最大承载力的比值逐渐减小,框架柱的延性逐渐降低; 随着截面高度的增加,框架柱的极限位移角逐渐降低,框架柱的强化刚度、退化刚度及最大刚度与弹性刚度的比值均逐渐增大,框架柱的平均耗能系数逐渐降低。     

充填柱状节理类岩石材料的试验研究

 考虑不同高径比及充填节理特征等对岩石强度变形特性等的影响,在实验室中进行相似材料的模型试验研究。分别对完整试件,“十”节理试件和“井”节理试件进行单轴压缩和剪切试验,得到如下结论：(1) 在压缩和剪切试验中,3组试件都表现出X状共轭斜面和单斜面剪切破坏,其破坏迹线总趋势相似;(2) 完整试件受尺寸效应影响明显,节理试件受结构弱化影响显著,并且受充填物影响,节理密度与强度之间的比例关系不突出;(3) 在2种节理试件中,弹性模量E和黏聚力c无明显变化,但内摩擦角受充填节理的影响较明显。