加卸载应力路径对砂岩能量演化机制的影响

为了明确应力路径对砂岩能量演化的影响,采用RMT岩石力学试验系统开展了砂岩三轴和不同卸围压速率试验,详细分析了不同应力路径下砂岩破坏过程中吸收总能量、弹性应变能和耗散能的演化规律。结果表明,加载和卸围压应力路径下,砂岩屈服前吸收的总能量基本都以弹性应变能的形式存储,弹性应变能的增速与吸收总能量的增速保持一致,并逐渐增大。弹性应变能在单轴时经历较短的慢速增加阶段;三轴时随着围压的增大,慢速增加阶段越加显著,且在后期其增速很小;卸围压阶段弹性应变能基本保持不变。砂岩单轴耗散能出现较早表明内部损伤发展较早;三轴屈服阶段后期耗散能增速加快表明该阶段内部损伤发展加快;卸围压阶段耗散能线性增大表明内部损伤稳步发展。砂岩峰值处弹性应变能与吸收总能量的比值在单轴时最大,随着围压或初始围压的增大逐渐减小并趋于稳定;在相同围压下,卸围压应力路径下弹性应变能与总能量的比值小于三轴加载应力路径下的比值。在0.01 MPa/s卸围压速率下,弹性应变能与吸收总能量的比值受初始围压影响大,而1 MPa/s卸围压速率下,受初始围压影响小。砂岩弹性储能极限随着破坏时围压的增大按线性规律增大,加载应力路径相对卸围压应力路径能够提高砂岩的弹性储能极限。以上成果从能量演化角度分析了地下工程稳定性,具有一定的指导意义。

不同开挖方式下深埋大理岩岩爆发生范围预测

针对锦屏二级深埋大理岩在钻爆法和TBM开挖下围岩中能量变化进行了数值模拟,讨论了岩爆潜在发生范围与围岩力学特性的联系,并研究了岩体脆性、岩体强度特征对岩爆发生范围的影响。同时,结合锦屏二级引水隧洞岩爆实测数据加以验证。研究发现:TBM开挖对围岩的扰动较小,开挖面附近用于诱发岩爆的储能较高,但由于脆性特征的岩层厚度较薄,岩爆发生等级一般较小,岩爆爆坑度深度在0～1.0 m,且小于0.5 m的低等级岩爆居多;钻爆法开挖下,围岩中应变能瞬态释放,降低了岩爆潜在发生的能量源,而脆性特征的岩层厚度却较大,岩爆爆坑一般为2.0 m,高等级岩爆较多。

锦屏二级水电站大理岩复杂加卸载应力路径力学特性研究

地下洞室开挖围岩经历典型径向卸载、环向加载应力路径,由此引起的岩体强度、变形特征和破坏机制也不尽相同。针对锦屏二级水电站高地应力赋存环境,对施工排水洞大理岩开展常规单轴全应变、三轴压缩、卸围压、卸围压-加载轴压等4种不同应力路径力学试验,得到应力-应变全过程曲线、变形破坏特征和极限储能变化规律。试验研究结果表明,(1)锦屏二级水电站大理岩破坏时轴向应变一般较小,为硬脆性材料,卸荷应力路径下该脆性特征更为明显;(2)卸围压同时加载轴压试验峰值强度对应轴向应变、环向应变及体积应变值一般高于单纯的卸围压值,而对应峰值强度则一般低于卸围压值;(3)卸荷速率较大时,变形模量越大,大理岩峰值强度越低。加载速率越大,变形模量越小,峰值强度越高。初始围压越高,变形模量值越低,峰值强度越高;(4)无侧限作用时试件主要为张拉破坏,低侧限作用时为剪切破坏为主,局部存在张拉破坏,较高侧限时,剪切面为典型X或Y型;(5)岩石试件具有极限储能值,该值受多种因素的影响。一般情况下试件破坏对应围压越高,极限储能值越高,卸载速率越大,极限储能值越小。研究结果对于岩爆孕育发生机制解释以及工程实际问题的解决均有参考价值。

不同加载速率下饱水高延性喷射混凝土的单轴压缩试验

为了准确评价在芜黄高速公路雾岭头特长隧道工程应用的新型高延性喷射混凝土(HDSC)的性能表现,利用现场施工条件,对其开展了坍落度、回弹率研究及饱水状态下五种加载速率的单轴压缩试验,并结合扫描电镜、X射线衍射和核磁共振试验详细研究了该混凝土的各项性能。结果表明:现场工程使用的HDSC坍落度为168 mm,回弹率为8%,其性能优异,满足工程要求;吸水量呈先快速增加再缓慢增加最后维持稳定的变化趋势;饱和水状态下,随着加载速率增加,HDSC的峰值应力、弹性模量和储能密度极限值均呈上升趋势,峰值应变却呈下降趋势,并且其对“应变率效应”敏感,其压缩破坏过程可看成裂而不散的延性破坏。

变形破坏过程中大理岩能量演化特征研究

为了从能量角度探讨大理岩变形破坏本质,分析大理岩变形破坏过程中的能量演化特征。经研究表明:初始围压升高,增加了大理岩的储能极限;相同初始围压下,卸荷时弹性应变能在总能量中的占比较加载更大,从而导致卸荷应力路径下大理岩产生的脆性破坏更加明显。通过以上分析,为实际工程应用提供了理论参考。

二水石膏围压下轴向加载速率效应及能量耗散机制

开展不同加载速率下石膏力学特性演化试验研究,对探讨石膏矿山采空区失稳破坏和精细化处理有着重要理论研究意义。在围压10MPa下,进行不同加载速率的三轴压缩试验,研究不同加载速率下对二水石膏物理力学性质影响,深入分析加载速率对能量积累的影响及能量演化规律。结果表明:石膏试样破坏形式为剪切破坏,随着加载速率的增加,石膏试样的峰值强度和弹性模量都呈增大趋势;试样在加载后期并没有发生明显应力跌落现象,而是保持一定应力值不变;当加载速率大于0.04mm/min时,到达峰值出现应力屈服,应力表现出增–减–稳的变化趋势,说明石膏试样在高加载速率下通过内部结构调整,释放应变能,试样内部的损伤加剧;塑性阶段,石膏试样耗散能逐渐超过弹性能,峰值过后,耗散能迅速增加,总能量主要转化为耗散能成为主要分配方式,峰值后压力机产生的总能量主要被试样剪切面之间的摩擦吸收;轴向应变ε=0.01时,随着加载速率的增加总能量和耗散能有增加的趋势,弹性能减小;加载速率越高,石膏试样滑移面的剪切角度越大,破坏程度越高,与其对应的耗散能量呈正相关关系,峰后耗散能大小是决定石膏试样剪切破坏程度的本质因素。

养护龄期对掺膨润土胶结充填体能量耗散的影响分析

为获取不同龄期掺膨润土胶结充填体的稳定状态、二步骤回采时间,确保采场安全,采用RMT-150C岩石力学试验系统进行单轴压缩试验,结合能量耗散原理对数据进行处理,对不同养护龄期掺膨润土胶结充填体的能量耗散规律进行了研究。结果表明:各膨润土掺量的充填体强度与养护龄期表现正相关性,随膨润土掺量增大,强度呈先减小后增大趋势,各掺量充填体的强度均能满足采场充填要求;充填体储能极限与养护龄期遵循二次函数关系式y=a+bx+cx2,掺入膨润土会降低储能极限;充填体峰前能量消耗主要以弹性应变能为主,且随着养护龄期延长而增大,但峰前能耗占比下降;充填体能耗速率与养护龄期呈正相关,而与膨润土掺量呈负相关,膨润土掺量大小对峰前能耗速率影响较小,充填体峰前变形破坏阶段能耗速率略高于峰后能耗速率。

Advances in flexible lithium metal batteries

Flexible energy storage devices are becoming indispensable new elements of wearable electronics to improve our living qualities.As the main energy storage devices,lithium-ion batteries(LIBs)are gradually approaching their theoretical limit in terms of energy density.In recent years,lithium metal batteries(LMBs)with metallic Li as the anode are revived due to the extremely high energy density,and are considered to be one of the ideal alternatives for the next generation of flexible power supply.In this review,key technologies and scientific problems to be overcome for flexible LMBs are discussed.Then,the recent advances in flexible LMBs,including the design of flexible Li metal anodes,electrolytes,cathodes and interlayers,are summarized.In addition,we have summed up the research progress of flexible device configurations,and emphasized the importance of flexibility evaluation and functionality integration to ensure the wearing safety in complex environment.Finally,the challenges and future development of flexible LMBs are summarized and prospected.