三峡船闸边坡岩体拉剪试验及强度准则研究

三峡永久船闸边坡开挖后,卸荷和应力重分布使得岩体出现较大范围的拉应力区,且该区岩体多呈拉剪应力状态。为研究受拉区岩体拉剪强度准则,进行了室内岩石拉剪试验,但采用现场试验进行岩体拉剪强度准则研究则较为少见。通过在船闸区开展拉剪面尺寸为50 cm×50 cm的现场岩体拉剪试验,获得了不同拉应力时的岩体拉剪强度,岩体拉剪强度与拉应力关系呈明显的曲线特征。岩体拉剪强度准则研究结果表明:三峡花岗岩岩体拉剪强度准则宜采用莫尔强度准则的二次抛物线型来描述,其次为双曲线型,而双直线型偏差较大。进行边坡变形稳定分析时,对于拉剪应力区岩体则不宜采用直线型强度准则,更不能简单地采用压剪试验取得的直线型关系向拉应力区延伸方法确定岩体拉剪强度。

超高强钢点焊结构拉剪试验及数值仿真

以超高强淬火钢22MnB5搭接型点焊结构为研究对象,通过拉剪试验、光学试验和维氏硬度测试,获得了点焊结构的部分力学参数.在ANSYS中进行强度仿真,并与试验结果进行对比.结果表明,将点焊模型分为焊核、塑性环、母材三部分的有限元模型是合理的.同时仿真结果还表明点焊结构交界面的塑性环边缘处是最薄弱的位置,结构失效主要由切应力所引起,并分析了部分尺寸参数对结构强度的影响,当焊核半径、两板重叠长度与板厚越大,结构的最大Von Mises应力值就越低,但增大到一定程度后,其影响降低,为焊接工艺参数的优化提供参考.

2D-C/SiC胶铆连接拉剪试验研究

2D-C/SiC陶瓷基复合材料是一种新型耐高温复合材料,在航空航天等领域有很广阔的应用前景。而连接技术是其应用的一大短板,很大程度上决定了陶瓷基复合材料的应用。进行了2D-C/SiC胶铆连接结构的拉剪试验研究,分析了试验条件、试验数据、失效模式,诠释了2D-C/SiC胶铆连接结构的拉剪力学性能,对工程应用有着重要的参考意义。

玻璃钢纤维锚杆拉剪性能试验研究

为研究玻璃钢纤维锚杆的抗拉及抗剪性能,开展了玻璃钢纤维锚杆的拉剪试验研究,并基于试验结果分析尺寸效应对玻璃钢纤维锚杆杆体拉剪性能的影响。试验选取了不同直径的玻璃钢纤维锚杆作为研究对象,通过液压式万能试验机和压式剪切器对锚杆杆体进行加载,并全程记录了施加的荷载以及杆体变形量。结果表明:玻璃钢纤维锚杆的抗拉性能高于常用的螺纹钢锚杆,虽然抗拉强度会随着杆体直径的增大而提高,但具有拉伸滞后效应;玻璃钢纤维锚杆的抗剪强度为抗拉强度的1/4,随杆体直径的增大该抗剪强度亦会逐步提升。

点焊拼接板中拼对线受拉剪作用的试验与模拟研究

对点焊拼接板的拼对线进行了拉剪试验,得到了不同焊点间距的拼对型点焊拼接板所能承受的拉剪载荷。试验结果表明,焊点间距对拉剪力无直接影响。通过对拼对线受拉剪载荷时的有限元模拟,可以发现焊点受到拉剪作用时,其周围的应力集中现象比较严重,并具有方向性;每一个焊点处的应力最高值总是位于在拉剪方向上的焊点边缘的母材处;对于材质基本相同而厚度不同的两种点焊拼接板的母材,在同一时刻,薄板处的应力集中现象大于厚板。拉剪时材料的应变集中于较薄的母材一侧,应变最大的位置在拉剪方向上焊点边缘的母材处,这也是模拟和试验时材料发生最终破坏的位置。

层合多孔结构拉剪力学行为分析

基于层合多孔拉剪结构,考虑孔隙率、胞元铺设角度、胞元孔型及复合层数对结构承载力和稳定性的影响,通过实验和有限元仿真计算研究了平面多孔结构的力学性能和破坏形式。结果表明,孔隙率越小,单双层结构抗拉剪性能越大,双层模型增强幅度也越大;多孔结构胞元铺设角度为15°时具有更好的塑性变形和抗拉剪性能;正六边形孔型的塑性变形较好,正方形孔型的抗拉剪力较强;多层结构可以增强抗拉剪强度,层合多孔结构裂纹由单层模型发生脆性断裂的裂纹耦合而成。

拉剪应力作用下单裂隙砂岩裂纹扩展规律试验研究

地下矿山采空区顶板等地下工程岩体常面临拉剪破坏灾害,而目前对拉剪应力状态下裂隙岩体的破坏机制认识不深。为了探究裂隙岩体拉剪破坏规律,利用自主研制的拉剪辅助装置开展了单裂隙砂岩试样在法向拉应力条件下的直接剪切试验。结果表明:裂隙与水平剪切方向的夹角(逆时针方向,简称“裂隙角”)对拉剪强度及裂纹扩展形态有明显影响。随裂隙角从0°~180°变化,强度总体上先增大后减小,最大值出现在裂隙角为90°~120°。当裂隙角为锐角时容易发育从试样边缘开始的次生裂纹与裂隙端部发育的主裂纹形成成核破坏,而当裂隙角为钝角时仅从裂隙端部发育裂纹,裂纹路径相对较水平。随裂隙角从0°~180°变化,起裂方向角先减小后增大,当裂隙角为30°时最小。随着法向拉应力增大,裂纹较水平,起裂方向角总体上呈增大趋势。试样破坏以翼裂纹的拉伸破坏为主,当裂隙较陡时裂纹可从裂隙内部起裂扩展,这与压剪情况下试样破坏以剪切破坏或张拉-剪切混合破坏为主,当裂隙角为钝角时可出现反翼裂纹相比具有明显差异。通过DIC(数字图像相关)观测,分析了应变演化和位移场特征。随着剪应力的施加,预制裂隙处应变集中区域逐渐从中部向裂隙两端延展,裂纹沿着应力集中区域的内边缘起裂扩展。预制裂隙受到的应力状态与裂隙角有较大关系。裂隙角为90°以下时,随着裂隙角增大,预制裂隙从受拉至拉剪再到剪切变化,裂隙角为90°以上时仅受拉剪;而不同裂隙角时扩展裂纹的力学属性均以张拉为主。研究揭示了拉剪应力状态下裂隙岩体裂纹扩展特有的规律,可为地下岩体工程开挖稳定性评价提供理论参考。

固体推进剂拉剪复合加载夹具设计及试验验证

为了研究固体推进剂在拉剪复合加载下的力学性能,设计了基于单轴拉伸试验机的拉剪复合加载夹具和试件。此夹具基于Arcan夹具进行改进,采用模块化设计,可兼容不同拉伸试验机,适用于多种加载角度加载;拉剪试件无需开孔,可直接夹持。根据所设计的夹具和试件,开展了单轴拉伸、纯剪切和拉剪试验研究,并将试验结果与有限元仿真结果进行了对比。研究表明,在不同加载条件下试件的极限载荷存在明显的差别,单轴拉伸试件的极限载荷最大,45°拉剪试件的极限载荷次之,纯剪切试件的极限载荷最小;试件的起裂方向也存在不同,单轴拉伸试件的起裂方向与试件轴线方向垂直,纯剪切试件和拉剪试件的起裂方向分别与试件轴线方向成45°和24.5°。所设计的夹具能有效完成不同加载角下的拉剪试验,试验结果与仿真分析结果吻合良好。

钢筋混凝土剪力墙拉压变轴力低周往复受剪试验研究

完成了截面纵筋率为3%,剪跨比为1.5的2片钢筋混凝土剪力墙拉压变轴力低周往复受剪试验。当剪力墙反复处于拉剪、压剪受力状态时,剪力墙在拉剪阶段屈服,在压剪阶段发生脆性受压破坏。当承受的拉力较小时剪力墙为大偏心受拉,斜裂缝处竖向和水平分布筋屈服;当承受的拉力较大时剪力墙为小偏心受拉,水平通缝处截面纵筋屈服。剪力墙受压时刚度大,端部纵筋受拉后再受压容易屈曲,因此其抗压剪承载力先于抗拉剪承载力达到峰值,抗压剪承载力因混凝土的受压脆性经过峰值点后迅速下降。与拉剪受力相比,剪力墙在压剪受力时的承载力高、变形小。剪力墙的抗拉剪、抗压剪承载力和抗压剪变形能力随目标轴力幅度的提高而下降。与定轴力受剪试验结果相比,剪力墙在拉压变轴力受剪时的抗拉剪承载力降低,抗压剪承载力未有显著变化。轴拉力不仅会降低剪力墙的抗剪承载力,还会加大剪力墙受拉、受压时抗剪承载力的差异,因此应控制底部剪力墙受拉,并控制墙体受拉水平。

混凝土结构植筋连接件剪拉性能试验研究

为了研究剪拉作用下混凝土结构植筋连接件的力学性能,以荷载形式及加载方式为主要研究参量,对4组混凝土结构植筋连接件进行单剪和剪拉耦合作用加载试验。通过植筋连接件(试件)的承载力、刚度及滞回曲线等分析;结果表明:单剪荷载作用下的试件承载力、刚度和耗能性能等均大于剪拉耦合荷载作用状态;加载方式不影响试件的承载力、刚度及破坏状态等。

橡胶隔震支座极限剪拉试验与拉伸刚度取值研究

本文对直径500mm和1000mm橡胶支座进行了0%、100%和300%剪切变形下的竖向单调拉伸和循环拉伸试验,两者骨架线基本吻合,循环拉伸破断变形明显小于单调拉伸破断变形,因此,橡胶支座拉伸型式检验应采取300%剪切变形下循环拉伸3圈的试验方法,拉应变不小于50%,拉应力不小于1.5MPa作为支座拉伸极限性能的控制指标。橡胶支座拉伸骨架曲线可采用双线性模型,用本文方法确定的拉伸刚度、屈服后刚度和屈服应力与试验曲线吻合较好,0%~300%剪切变形下的拉伸刚度与设计应力下的压缩刚度比值为1/15~1/46,屈服拉应力为0.97~2.15MPa。隔震结构计算时,支座拉伸刚度可采取0%剪切变形下的拉伸刚度(取压缩刚度的1/15),根据隔震层预计变形,按本文不同剪切变形下的拉伸刚度计算公式计算得到,屈服应力控制值可取1.0MPa。

硬脆性大理岩拉剪破坏特征与屈服准则研究

岩土工程中常用的屈服准则多以压缩剪切为其破坏机制,然而硬脆性岩体的脆性破坏包括拉伸破坏、张拉剪切破坏和压缩剪切破坏3类,且随着岩体工程向深部发展,张拉剪切破坏成为了洞壁围岩的主要破坏机制。针对此问题,开展了硬脆性大理岩的室内拉剪试验,分析了大理岩拉剪破坏特征,并结合压剪试验结果,建立了考虑张拉剪切破坏机制和应力状态影响的Mohr-Coulomb准则。研究结果表明,硬脆性大理岩破裂面在拉剪应力状态和低正应力压剪应力状态下均具有张拉剪切破坏特征,高正应力压剪应力状态下则只具有压缩剪切滑移特征;拉剪应力状态下,大理岩破裂面张拉破坏特征明显,无明显剪切痕迹,剪切力固定时,剪切位移随着轴向拉力增加而增加;凝聚力和内摩擦角受应力状态影响,凝聚力随正应力增大先减小后增大,内摩擦角则随正应力的增大而减小;凝聚力、内摩擦角随正应力的变化趋势可分为4段,拉剪段、低压应力段、中压应力段和高压应力段,每段的凝聚力、内摩擦角与正应力皆可认为是线性关系,靠近抗拉强度处,内摩擦角趋近90°,凝聚力趋于无穷大;考虑张拉剪切破坏机制和应力状态影响的Mohr-Coulomb准则曲线分为两部分,可采用二次抛物线进行拟合的拉剪段和考虑凝聚力、内摩擦角随正应力演化的压剪段,由此建立的Mohr-Coulomb准则更全面、精度也更高。

岩石多功能剪切试验测试系统研制

详细介绍了所研制的岩石多功能剪切试验测试系统的主要功能、技术指标和仪器组成,并开展了一系列相关力学试验。该试验测试系统主要包括试验装置、测量系统和控制系统3部分,最大法向拉伸应力为40 MPa,最大法向压缩应力为120 MPa,最大水平剪切应力为120 MPa,试样尺寸为50 mm?50 mm?50 mm;可开展多种力学试验,包括直接拉伸试验、直接剪切试验、拉伸-剪切试验和压缩–剪切试验。利用该试验测试系统对花岗岩进行试验研究,研究结果表明:直接拉伸试验中,试样发生脆性破坏,声发射信号瞬间达到峰值,破坏断面表现出拉伸破坏特征;直接剪切试验中,试样发生多次破坏,破坏瞬间声发射信号均发生突增,破坏断面表现出剪切破坏特征;拉伸-剪切试验中,试样在拉应力作用下剪切强度显著降低,声发射信号在破坏阶段表现强烈,破坏断面既有拉伸破坏特征也有一定的剪切破坏特征。上述力学试验结果,表明了所研制的岩石多功能剪切试验测试系统能够开展多种力学试验,为进一步研究岩石的剪切力学特性提供新的测试手段。

拉剪作用下类岩石试样的力学特性与损伤破坏机制

利用自主设计的拉伸-剪切辅助装置,开展不同法向应力(-0.28~3.0MPa)条件下的拉剪试验和压剪试验,同时利用声发射技术对比分析两者的力学特性与损伤破坏机制。研究结果表明,拉伸-剪切辅助装置能够较好地开展拉剪试验。试样的峰值应力随法向应力呈曲线变化,对法向拉应力更为敏感,Hoek-Brown强度准则总体上能够较好地表征全应力区的强度特征。拉剪试样峰后应力大幅跌落并迅速分离成两部分,与压剪试验峰后残余阶段相比,具有更多的脆性破坏特征。试样破裂面的形貌特征与法向应力的方向以及大小密切相关,压剪试样破裂面的破碎程度以及声发射参数表征的损伤程度均大于拉剪试验。相比于拉剪试样,压剪试样的破裂面摩擦区、局部剥落现象更明显。随法向应力增大,声发射平静期持续时间变长,试样进入裂纹非稳定扩展阶段的时间越晚。拉剪试验损伤过程各阶段所需时间相较于压剪试验更短,损伤破坏的速率更快。剪应力曲线临界点σcc、σci和σcd与声发射参数可分别表征试样的宏观与微观破裂过程,σcd临界点和声发射b值可作为岩石破坏的预兆。

拉剪倾倒型危岩失稳影响因素研究

运用断裂力学分析危岩中的倾倒变形破坏,基于岩石拉剪断裂试验,研究裂纹在载荷作用下起裂、扩展规律,探索断裂过程中裂纹的扩展行为,并探讨裂纹长度、宽度、倾角与荷载位置对危岩失稳模式与稳定性的影响。以重庆万州太白岩危岩为例,利用有限元软件ANSYS计算不同裂纹条件下裂纹尖端的应力状态,并讨论其与联合断裂应力强度因子的关系,模拟裂纹扩展的动态过程。结果表明,拉剪倾倒型危岩在受力破坏过程中,裂纹尖端出现拉应力集中,危岩的开裂从张拉破坏开始,下部出现压剪破坏,危岩稳定性的影响因子敏感性从大到小依次为:荷载位置、裂纹长度、裂纹倾角、裂纹宽度。

隔震支座拉伸刚度及高层隔震建筑地震响应研究

本文对两个直径为600 mm的铅芯橡胶支座(剪切弹性模量G=0.392 MPa)进行了压剪及拉剪试验,测得了不同剪应变时拉伸刚度与拉伸屈服应力。在支座性能试验的基础上,建立了高宽比为4.5的高层建筑模型,通过改变拉伸刚度与压缩刚度比值,并采用与实测拉伸应力-应变曲线等效的双线性拉伸刚度模型,探讨了支座受拉后对高层隔震结构地震响应的影响。通过以上对比和计算,对高层建筑隔震设计支座拉伸刚度的设置提出了合理建议。

三层板压印接头静拉伸力学性能研究

采用试验方法研究了基板配置方式及上板厚度对三层板压印接头力学性能的影响。对上层板厚度不同以及配置形式不同的6组试件进行拉伸剪切试验,结果表明:接头配置形式对失效模式以及强度有很大影响。6种接头中,C型配置方式接头的拉伸强度最大;同种配置方式下,上板厚度对接头强度影响很大,上板厚度越大接头拉伸强度越大,其中A型配置方式中表现最明显。接头失效模式有颈部断裂失效、内锁拉脱失效和混合失效。不同的失效模式对应不同的失效位移,颈部断裂失效位移最小,混合失效位移其次,内锁拉脱失效位移最大。

B340LA低合金高强钢电阻点焊工艺试验优化与分析

在1.0 mm厚B340LA低合金高强钢电阻点焊工艺窗口范围内,以峰值拉剪力、失效能耗和熔核大小为考核指标,利用正交试验方法系统地研究了通电时间、焊接电流和电极压力等工艺参数对焊点质量的影响。结果表明,影响焊点质量的主次顺序为通电时间>焊接电流>电极压力,优选工艺参数组合为:通电时间8 cyc、焊接电流8.3kA和电极压力0.35kN,并试验验证了优选工艺参数组合条件下的点焊接头质量较高,飞溅较少。

岩体力学试验新技术在三峡工程中的应用

结合三峡工程岩体本构模型、拉剪应力状态下岩体强度性质、裂隙岩体开裂机理、边坡岩体卸荷带范围划分以及长期变形稳定分析等复杂岩体力学问题的研究 ,总结了岩石应力应变关系全过程测试、岩体“拉剪”试验、岩石断裂韧度测试、岩体声波测试及现场岩体蠕变等试验新技术在三峡工程中的应用。

Q345+304复合薄板抗剪性能的测试

研究了总厚度≤10mm的Q345低合金钢+304不锈钢复合薄板抗剪性能的压剪测试方法,并将其与传统拉剪测试方法进行了对比,同时分析了搭接长度对抗剪性能测试结果的影响。结果表明:压剪测试方法可以用于复合薄板抗剪强度的测试,试验结果重复性偏差≤10 MPa,无横向剥离力的存在,避免了拉剪方式的弊端,测试结果能更真实地反映Q345+304复合薄板的抗剪性能;压剪试样界面搭接长度增加,测得的抗剪强度降低,因此在满足标准要求的前提下,尽量使用搭接长度较小的试样进行压剪测试。