3D打印石膏试件力学性质实验

3D打印技术目前已广泛应用在医疗、航空、汽车、建筑等领域,文中做了3D打印技术在岩石力学领域的应用尝试.利用3D打印技术制作两种类型的石膏试件进行实验室单轴压缩试验.实验表明:3D打印技术可以快速、精确、灵活地制作出所需复杂尺寸的试件;打印石膏试件密度较低;3D打印石膏试件具有强度低和塑性强的特性;简单标准试件的力学性质具有可重复性,含裂纹试件力学性质差异较大;含裂纹试件的制作尚存在技术上的困难.

冷弯薄壁构件与组合板螺钉连接推出试验研究

为研究冷弯薄壁型钢组合楼盖中螺钉连接的受力性能和破坏模式,对4个冷弯薄壁构件与组合板采用自攻螺钉连接的推出试件进行了单调静载试验。通过推出试验研究了不同抗剪构造措施和不同楼板面材料对推出试件抗剪刚度、抗剪承载力及粘结性能的影响。试验结果表明:石膏基自流平砂浆推出试件在发生局部粘结破坏后,砂浆面板逐步退出工作,试件因压型钢板屈曲和螺钉倾斜而破坏;混凝土推出试件在发生局部粘结破坏后,螺钉连接未发生破坏,试件因混凝土面板脱落而破坏;在组合板中加入抗剪构造可提高试件的粘结性能和抗剪刚度,但会降低抗剪承载力。采用《冷弯薄壁型钢结构设计规范》(GB 50018-2002)计算推出试件中单颗螺钉的抗剪承载力较为合理。

高强石膏材料配比研究及其在围岩试件(厚壁圆筒)开挖卸荷试验中的应用

研究巷道(隧道)围岩的开挖卸荷效应的有效途径之一是进行小型围岩试件的开挖卸荷试验。为便于制备和掌控小型围岩试件的强度,首先选用高强石膏类材料进行了配比试验,获得了试件强度范围5~20 MPa所对应材料的配比,研究各相似材料成分对试件强度的影响规律。其次制作、加工了小型围岩试件(高290 mm、内径为100 mm、外径为200 mm厚壁圆筒型)。采用具有自主知识产权的巷道围岩开挖卸荷模型试验系统,对小型围岩试件进行了缓慢开挖卸荷和破坏的模拟试验。开挖卸荷过程在力学原理上可以模拟实际工程的开挖条件,即先对围岩试件施加轴压、外压和内压,以模拟原岩应力。开挖(即卸荷)时,卸载内压,保持其他两向压力不变。试验过程中采集到围岩试件轴向和切向两个方向的应变数据,获得了开挖卸荷全过程的应变–时间曲线及应变随内外压差的变化关系。试验结果表明,轴向应变和切向应变随卸荷幅度加大而逐渐增大,而且呈现内侧应变大于外侧,试件在卸荷过程中向内膨胀;同一测点其切向应变大于轴向应变。卸荷破坏时围岩试件破坏发展路径朝向洞内即沿径向发生破坏,破坏形态呈现分层破裂现象。

含水率对石膏矿柱力学特性及稳定性的影响

为了探究含水率对石膏矿柱力学特性和稳定性的影响,分别对含水率为0.25%、0.48%、0.69%和0.86%的石膏试件进行单轴压缩试验,对三圣石膏矿W101工作面4个不同含水率区域的矿柱表面变形情况进行现场监测。结果表明,石膏试件单轴抗压强度和弹性模量随含水率的增加分别呈二次多项式关系和线性关系减小;不同含水率石膏矿柱表面变形量均随观测时间呈先快速增加后趋于稳定的变化趋势;含水率越高的矿柱表面变形量随时间的增长而增大,矿柱表面变形量最大值也随含水率的增加而增大,水对石膏矿柱具有显著弱化效应。

含预制单裂隙石膏裂纹孕育与能量演化的应变率效应研究

基于高速相机和MTS万能试验机对含预制裂纹石膏样品进行了单轴压缩应变率效应试验研究,在应变率10^-5/s^10^-3/s之间选取6种应变率进行单轴压缩试验,对应力应变曲线、裂纹扩展路径、起裂应力、起裂角、弹性模量、峰值强度等与裂纹扩展相关的信息进行了应变率效应分析,并基于岩石材料破坏能量演化原理对其进行解释。试验表明:应变率在10^-5/s^2×10^-4/s范围时,石膏样品应力应变曲线台阶式上升或回落,波动较多.翼型裂纹发展充分,起裂应力、弹性模量、峰值强度等相差不大,裂纹起裂角82°左右,验证了最小应变能密度因子理论;应变率在5×10^-4/s、10^-3/s时,石膏样品应力应变曲线峰前斜率较大,峰后跌落快,表现出岩石类材料典型的脆性特征,起裂应力、弹性模量、峰值强度等力学参数明显增大,起裂角为105°,此时应变能密度因子理论不再适用。