花岗岩脆性破坏特征与机制试验研究

为了研究花岗岩脆性破坏特征和机制,进行不同围压下的三轴压缩试验,并对花岗岩破裂面断口进行电镜扫描测试,分析不同围压下花岗岩断口的微观形貌特征,最后讨论花岗岩脆性破坏机制。试验结果表明:在研究的围压范围内,花岗岩表现为典型的脆性破坏,随围压升高未出现脆–延转换特征;围压作用下除倾斜剪切破坏面外,还有"Y"型破坏形态;峰值前有无塑性变形产生以及发生塑性变形的范围和程度是决定花岗岩发生脆性破坏的主要原因,而岩石矿物成分和微观结构的差异性是其内在机制;峰值后应力降的大小和速度是花岗岩脆性破坏程度的外在表现,宏观裂纹的贯通速度决定峰值后应力降大小,岩体内积聚的能量大小是造成裂纹贯通速率快慢差异的内在因素,宏观断裂面是否完全贯通是应力降大小的决定因素。     

三峡花岗岩在不同加载方式下的能耗特征

采用RMT，MTS刚性伺服试验机，研究了三峡工程中隔墩花岗岩在三点弯曲断裂、劈裂拉伸、三轴压缩及单轴抗压等4种加载方式下的能耗特征。试验表明，在这4种方式中，三点弯曲断裂破坏的能耗最小，其次为劈裂拉伸、单轴抗压和三轴压缩。根据试验结果，在岩石工程中可以选择合理的破岩方式及加固方式。     

卸荷路径下花岗岩变形与破坏特征试验研究

为深入研究花岗岩在卸荷路径作用下各变形阶段的应力特征值、变形参数和破裂前兆信息,选取甘肃北山花岗岩为研究对象,在不同初始围压下进行三轴卸荷试验。试验结果表明:(1) 随初始围压的增大,岩石特征应力值逐渐增大,受力模式由横向张拉作用转为张剪联合作用;(2) 弹性模量受初始围压大小的影响不大,泊松比随围压卸载而增大,弹性模量随围压的卸载而降低,均不是连续介质意义上的变形特征参数;(3) 在路径1作用下,因岩石侧向扩容剧烈,从而粘聚力较小;而路径2作用下岩石受张性破裂影响,导致破裂面粗糙,因此内摩擦角较高;(4)能量累计数随时间由缓慢增长转为加速增长的时间转折点可作为岩石在卸荷作用下出现宏观裂隙、导致完全破坏的监测参量。     

高温后花岗岩能量及结构效应研究

利用MTS815电液伺服材料试验系统,研究了花岗岩在25℃～1000℃高温作用后的三轴压缩力学性能,基于D8 ADVANCE 型X射线衍射仪,研究了花岗岩经不同温度加热处理产物的物相特征。结果表明：①经历不同高温作用后,岩样三轴抗压强度、轴向峰值应变与围压呈非线性二次多项式增长关系,破坏应变能与围压呈线性增长关系。②岩样三轴抗压强度、破坏应变能随温度的升高先增大后减小,呈二次抛物线关系,400℃为最大值。③石英、长石、云母三者的最大衍射强度随温度的升高先增大后减小,400℃时达到最大,结合宏观力学试验,可以推断400℃为花岗岩的阀值温度。④石英在573℃发生由石英转变为石英的可逆反应;长石的差热曲线在700℃～900℃出现吸热谷,结构发生了由晶态向非晶态的相转变;在997℃时,云母矿物晶格破坏羟基逸出形成钠长石,这些因素共同作用使得岩样力学性能在400℃之后随着温度的升高而逐渐劣化。     

鄂北地区绢云母的矿物学特征研究

本文通过对鄂北地区四个绢云母岩片岩矿床中娟云母样品的化学成分特征，Ｘ射线衍射特征，及扫描电子显微镜下的微观形貌特征研究，揭吸云母形成的温度压力条件。     

花岗岩宏观力学试验研究

在进行工程花岗岩分类、岩石工程设计之前必须先了解花岗岩的力学性质,因为只有了解了花岗岩的力学性质才能更好地解决工程中可能遇到的岩石问题.因此,研究在不同荷载作用下花岗岩的力学性质是十分重要的.单轴试验中花岗岩为轴向劈裂破坏即脆性张拉破坏,而在三轴常规试验中则是剪切破坏;在进行常规三轴试验时,通过应变控制方式,施加轴向压...     

花岗岩残积土剪切特性试验研究

采用GDS静三轴仪,对饱和花岗岩残积土重塑样进行了常规三轴固结排水试验,并基于三维离散元软件YADE,建立了三轴压缩试验模型,分析了花岗岩残积土的剪切特性,结果表明:在各固结围压下,饱和花岗岩残积土重塑样的应力应变曲线都表现为应变硬化,体变曲线表现出明显的剪缩性,而且随着围压的增大,试样的峰值强度增大,剪缩的程度提高。     

常规三轴压缩下花岗岩断裂表面的分形研究

用花岗岩试件做了常规三轴压缩试验,对在不同围压作用下的岩石断裂表面进行了分形研究。其结果表明,随着围压的增加,沿破坏而剪切错动方向分形维数增加,而垂直于该方向的分形维数则基本不变。用光学显微镜及扫描电镜观察岩石断口的分形特征,分析了岩石断裂机理。结果表明,分形维数是一个能反映岩石损伤断裂机理的特征参数。     

岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究

岩石的冻融破坏是寒区岩石工程中常遇到的主要病害之一。深入系统地分析了岩石受冻融循环影响的冻融破坏过程、影响因素,研究了其冻融破坏机理;通过试验研究了2种岩石的冻融破坏过程,发现了岩石的2种基本冻融破坏模式:片落模式和裂纹模式;并通过在室温下(20℃)对2种饱和岩石经历不同冻融循环次数后的单轴压缩试验,得到岩石的单轴压缩强度、弹性模量分别与冻融循环次数的拟合关系表达式,为今后岩石冻融损伤及冻融断裂研究提供了可靠的试验依据。     

大理岩循环冻融试验研究

岩石作为天然的建筑材料,通常承受着自然界的风化作用,因此,研究风化对岩石物理力学特性的影响是十分必要的。温度和水分的变化是引起岩石风化的主要原因之一,尤其是循环冻融更易使岩石风化。将采自焦作的大理岩分成饱水、干燥和对比3组岩样,通过对饱水组和干燥组岩样进行60次循环冻融(每个循环24h,即冻18h,融6h)试验研究,以模拟大理岩的风化过程。在冻融前、每10次循环冻融后,量测岩样的质量、体积,利用超声检测分析仪对各岩样进行超声纵、横波探测;利用RMT–150B岩石力学试验系统对上述3组大理岩岩样进行单轴压缩试验,同时采用LOCAN320声发射仪对岩样的变形破坏过程进行监测。通过试验研究,得到冻融前后焦作大理岩的质量、体积变化及超声波速、大理岩的单轴应力–应变全过程曲线、抗压强度、抗冻系数、风化程度系数、动弹性模量以及声发射参数,从而归纳出循环冻融下大理岩的主要物理力学特性。     

冻融循环作用下混凝土构件受压性能损伤试验研究

混凝土结构的冻融破坏是寒冷地区经常发生的自然灾害,冻融引起的混凝土结构的耐久性问题已不容忽视。在混凝土材料的抗冻耐久性研究的基础上,从构件层面上对冻融循环作用下混凝土强度等级C30、对称配筋的受压构件柱进行快速冻融试验,观察冻融作用后混凝土受压柱破坏的外观形态、质量损失与动弹性模量的变化,以及受损后的混凝土柱抗压性能的变化。试验结果表明:混凝土构件的冻融破坏与冻融循环次数有关,冻融循环作用次数越多,构件破坏越严重,其单轴受压承载力也随之降低,尤其是在冻融循环数达100次以后,构件性能劣化加剧。混凝土构件在轴向加载过程中,破坏形式呈混凝土压碎破坏。最后,建立了冻融循环作用后混凝土构件受压承载力的计算模型。     

低温冻融条件下岩体温度–渗流–应力–损伤(THMD)耦合模型研究及其在寒区隧道中的应用

 寒区隧道的围岩冻胀问题涉及到岩体温度场、渗流场、应力场以及冻融损伤相互作用的多场耦合问题。在THDM耦合机制分析基础上,基于连续介质力学、热力学、渗流力学、损伤力学以及分凝势理论,建立低温冻融条件下岩体THMD耦合模型。该模型不仅考虑体积应变对岩体温度场和渗流场的影响,温度梯度和渗透压力对岩体应力场的影响,还根据寒区工程实际,考虑冻胀压力和冻融循环对岩体劣化损伤的影响。数值仿真某寒区管道工程的冻胀过程,与现场的实测结果对比表明：该模型能很好地反映岩土体由于负温所产生的冻胀现象。在此基础上,分析极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩冻胀力的变化规律,并对隧道在经历不同冻融循环次数后的变形和受力特征进行探讨。研究结果表明：极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩的最大冻胀力达到1.6 MPa,冻融循环对隧道衬砌受力影响较大。     

冻融循环对砂浆岩石锚杆锚固力影响的试验研究

 针对春季融雪期温度周期性变化导致砂浆岩石锚杆支护结构锚固性能劣化的现象,研究冻融循环对其锚固能力的影响。利用室内模型试验得到不同冻融循环周期下锚杆位移和锚固力的大小,以及锚杆应力、围岩应力、锚杆和砂浆交结面剪应力的变化,从锚杆荷载传递机制出发,研究冻融循环作用下锚杆的破坏模式和影响锚杆锚固性能的主要原因。研究结果表明：冻融循环使砂浆弹性模量和强度降低,加载端砂浆破坏提前,加快了荷载向锚杆深处的传递,锚杆深处应力及锚杆与砂浆交结面的剪应力增大。冻融循环作用下锚杆极限荷载降低,变形增大,且随着冻融周期的增加,荷载–位移曲线的拐点和钢筋滑移曲线的水平段出现提前,锚杆破坏时的极限荷载降低,变形增大。     

冻融循环后水泥基复合材料力学性能的试验研究

为研究工程用水泥基复合材料(ECC)在冻融循环作用后的力学性能,采用快冻快融法对掺入不同类型纤维、不同纤维掺量的试件进行冻融循环试验,研究其在冻融循环作用下质量损失率、纵向相对动弹性模量、立方体抗压强度、抗折强度等力学性能。研究表明:随冻融循环次数增加,试件破坏越严重,质量损失率随冻融循环次数增加而增大,立方体抗压强度和抗折强度随冻融循环次数增加而下降。掺入纤维试件经过冻融循环作用后各方面性能均优于未掺纤维的水泥砂浆试件。体积掺量为2%的日本RECS15×12型PVA纤维的试件性能最好,质量损失率小于2%,纵向相对动弹性模量下降不到30%,且能保持较好的延性,抗冻等级高于F200,能够满足寒冷地区工程需要。     

冻融环境下钢筋混凝土梁性能损伤研究

在总结前人对混凝土结构冻融破坏研究的基础上,选取了常用的钢筋混凝土梁作为研究对象,设计制作了13根普通钢筋混凝土梁构件,先对这13根普通梁进行一定次数的冻融循环,之后对其加载,进行试验。从而来分析研究冻融循环次数对钢筋混凝土梁构件开裂荷载和承载能力的影响,了解冻融损伤对于钢筋混凝土梁受弯性能的影响。     

冻融循环作用下饱和砂岩损伤扩展模型研究

首先分析饱和砂岩所经历的冻融作用的特点,认为冻融作用是一种低周疲劳荷载,且砂岩冻融循环作用下的受力状态可简化为单向拉伸荷载的循环作用。基于以上分析,在疲劳损伤理论的基础上,建立砂岩在冻融循环作用下的损伤演化方程。同时,通过对饱和砂岩冻融循环过程中的物理性质的观测,及对砂岩自身结构特点的分析,选取砂岩的开孔隙率作为损伤变量。之后通过试验数据对所建立的损伤模型进行验证,并探讨损伤方程中各参数的确定方法。经过验证,该损伤模型能较好地反映饱和砂岩在冻融循环作用下的损伤扩展规律,可以为相关的研究提供参考。     

冻融砂岩物理力学损伤特性研究

在寒区岩土工程建设中,由于日夜及四季温差较大,岩石在反复冻融和开挖荷载的共同作用下损伤加剧。为研究冻融岩石损伤特性的发展规律,文中选取孔隙率较大的绿砂岩,通过室内冻融循环试验、单轴压缩试验和超景深三维显微观测对砂岩质量损失、力学特性和微观结构进行分析,得出随着冻融循环次数的增多,砂岩单向受压时弹性模量和变形增加、内部胶结能力减弱,破坏时岩石完整性降低、颗粒排列紊乱;最后ABAQUS模拟显示冻融循环次数的增多使砂岩热应变最大值由棱角发展至表面中部,最后向内部扩展。研究表明冻融循环作用主要改变砂岩内部结构分布,进而影响岩石物理力学特性,为岩石冻融破坏过程的分析提供重要参考价值。     

冻融循环下复合板-混凝土界面耐久性研究

通过单面剪切试验研究冻融环境下复合板-混凝土界面的退化规律和机理。经过冻融循环(30次)后,界面的极限承载力和断裂能急剧下降,冻融循环次数增加,界面的极限承载力的下降幅度减小,断裂能保持较为稳定。复合板-混凝土体系内含水量增加将加速复合板-混凝土的界面断裂能和极限承载力下降程度。冻融循环后,复合板-混凝土的界面破坏模式由混凝土撕裂转变为混合破坏模式。     

冻融循环作用后钢筋混凝土梁受剪性能研究

为研究冻融循环作用对钢筋混凝土梁受剪性能的影响,对分别经历0,75,100,125,150次冻融循环作用的立方体试块进行了抗压强度试验,并对设计制作的45根钢筋混凝土梁分别经历0,75,100,125次冻融循环后的静力受剪性能进行试验。分析了混凝土质量损失率、相对动弹性模量、相对抗压强度、相对抗拉强度与冻融循环次数的关系。研究不同冻融循环次数、不同箍筋间距对混凝土梁受剪性能的影响。研究结果表明:混凝土试块质量、相对动弹性模量、相对抗压强度和相对抗拉强度均随着冻融循环次数的增加而下降;梁的开裂荷载、极限荷载都随着冻融循环次数的增加而降低;GB 50010—2012《混凝土结构设计规范》关于梁受剪承载力的计算理论适用于冻融循环作用后的钢筋混凝土梁。