碳纤维布层数对煤圆柱力学特性影响的细观研究

为探究碳纤维布(CFRP)层数对煤圆柱力学特性的影响。利用三维的FLAC-PFC耦合方法,建立CFRP被动约束煤圆柱的连续-非连续耦合模型,基于已有0~2层CFRP被动约束煤圆柱试验数据验证了细观模型的有效性,并在此基础上开展3~7层CFRP布对煤圆柱力学特性及能量演化的影响研究。结果表明:煤圆柱的屈服点与峰值点随CFRP层数增加而渐进重合,呈现毫无征兆的屈服即破坏状态;随着CFRP层数增加,煤圆柱峰值强度增幅呈现先增大后减小,得到了表征不同层数下CFRP约束煤样峰值强度增幅演化规律的函数,峰值应变增幅呈现先增加后减小,而后再增加又减小的规律;弹性应变能恒定时,煤圆柱轴向应变与CFRP层数无相关性,但其峰值应变与极限应变均随CFRP层数增加而增大;峰值点耗散能转化率随CFRP层数增加呈现先增大而后减小规律,建立了表征不同层数下CFRP约束煤圆柱耗散能转化率演化规律的函数;从应力-应变曲线延性特征、峰值强度增幅、峰值应变增幅、耗散能转化率及总能量增幅等5方面综合考虑,兼顾经济成本与缠绕水平原则,确定3层为CFRP约束煤圆柱的最优缠绕层数。

不同加载速率下非均质煤样能量耗散损伤本构关系

为了探究加载速率对非均质煤样力学响应的影响,基于SAM-2000岩石力学试验系统,开展了不同加载速率下非均质煤样单轴压缩试验。结果表明:随加载速率增加,煤样飞溅煤屑尺度越大、飞溅距离越远、完整性越差、能量释放程度越猛烈,属于劈-剪复合型破坏形态;峰值强度、弹性模量均随加载速率增加而先近似垂直骤增后再平稳增加,均满足有理函数Rational5关系;峰值应变先快速降低后逐渐趋于平稳,满足衰减指数函数关系;峰值点总能量随加载速率增加,先近似垂直骤增后再平稳减小,弹性能先近似垂直骤增后再平稳增加,两者变化规律均满足有理函数Rational 5关系;耗散能随加载速率增加产生2个拐点,先以近似垂直骤降至第1拐点后再近似垂直陡升至第2拐点,再快速减小;比吸能随加载速率增加先近似垂直陡增至拐点后,接着快速下降,再平缓减小;峰值时弹性能占比均高于破坏时弹性能占比,且两者之间至少相差40.12%,峰值时总能量以弹性能为主、耗散能为辅,破坏时反之亦然;推导了不同加载速率下煤样能量耗散损伤本构关系,且拟合度高。

初始含水率对城市污泥压缩及强度特性的影响

城市污泥具有含水率高、有机物含量高等特点,对污泥的处理及资源化利用影响较大。本文对不同初始含水率的污泥进行标准固结与无侧限抗压强度试验,研究初始含水率对污泥一维固结及强度特性的影响。结果表明:污泥的初始含水率越高,压缩性越大;初始含水率低于最优含水率(约45%)时,压缩指数随含水率增大显著增大;含水率超过最优含水率后,压缩指数的变化趋于稳定;当初始含水率超过70%后,压缩指数随含水率的增大呈陡增趋势。初始含水率低于或接近最优含水率时,污泥表现出一定的结构性,当初始含水率高于最优含水率后,污泥的结构性逐渐丧失。初始含水率低于或接近最优含水率时,污泥应力应变关系呈软化型,超过最优含水率后,应力应变关系呈硬化型。本研究能够为污泥的处理和资源化利用提供一定的理论基础和技术支撑。

CFRP布均匀约束煤圆柱轴压性能

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)加固组合结构的应用范围,改善煤矿采空区煤柱的承载能力和变形能力,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)均匀约束煤圆柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明:因CFRP的均匀约束,致使煤圆柱破坏时基本保持原状,断口位置约为0.25~0.5倍煤样高度范围,轴向变形能力至少提高1.5倍;单、双层CFRP约束煤圆柱的峰值强度分别提高了3.56~6.34倍、6.33~11.21倍;相同CFRP布层数时,随加载速率的增大,CFRP约束煤圆柱的强度增强比则逐渐降低,且CFRP层数越多,降低趋势越显著;CFRP层数对峰值强度的影响要比加载速率对峰值强度的影响更显著,加载速率对破坏时间的影响要比CFRP层数对破坏时间的影响更显著。获得了兼顾加载速率与CFRP层数的强度增强比三维可视化映射函数;建立了CFRP布约束煤圆柱的修正Richart强度分析模型,整体绝对误差评价指标表明模型性能优越,精度较高。