锚固界面剪切力学特征及参数优化试验研究

为加强软岩巷道支护性能,改善锚杆支护设计及其参数,针对锚固系统中界面力学特征以及失效破坏模式进行试验探究,并利用FLAC3D数值模拟方法,以锚固剂、锚固长度为研究参数,对围岩变形、锚杆受力以及塑性区分布规律进行分析、探究,确定科学合理的软岩巷道支护参数。试验研究表明:钢筋—锚固剂界面剪切力学性能,随锚固剂由M20砂浆材料换为高纤维含量ECC-2%材料,其界面峰值剪切应力上涨了122%;当锚固剂—岩石界面黏结强度足够高时,影响其稳定性的主要因素即为岩石自身抗拉强度和内聚力;当采用锚固剂类型为ECC-2%且锚固长度为2.2 m的支护参数时,巷道顶板位移变形量、两帮位移、塑性区范围较优化前的方案分别降低了12.9%、29.15%、20.0%,锚杆最大轴力提高了95.5%。研究结果为软弱围岩支护参数的优化提供了科学依据,并且对于类似工程的支护设计和优化具有参考价值。

各向异性界面动力学对深胞晶生长形态稳定性的影响

本文采用匹配渐近法和多重变量法,基于深胞晶生长的定常解,在考虑了各向异性界面动力学后,导出胞晶界面扰动振幅变化率满足的色散关系式及界面形态满足的量子化条件,研究在各向异性界面动力学的影响下定向凝固过程中深胞晶生长界面形态的稳定性.结果表明,考虑了各向异性界面动力学的深胞晶体生长的定向凝固系统包含两种整体不稳定机制:整体振荡不稳定机制和低频不稳定机制.通过稳定性分析发现,低阶近似下各向异性界面动力学对整体振荡不稳定机制有着显著影响,随着各向异性界面动力学参数的增大,中性模式产生强振荡的枝晶结构的整体振荡不稳定区域减小.同时,界面动力学各向异性参数对系统整体波动不稳定性的影响随着界面动力学参数的增大而增大.

超高温热循环作用下水泥环完整性及界面力学性能衰退规律

稠油热采井因周期性蒸汽吞吐,造成井筒内的温度波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性,导致井口抬升等安全问题频发。为了弄清超高温热循环作用下水泥环完整性失效机理、界面胶结衰退规律,避免蒸汽吞吐过程中套管-水泥环界面胶结失效,提出了超高温热循环环境下水泥环胶结强度评价方法,自主研发了集浇筑、养护、加热及测试一体化的水泥环胶结强度特色测试装置,并对“生产套管-水泥环-技术套管”组合体在超高温热循环作用下的界面完整性和力学完整性进行了测试及评价,获得了水泥环在3种不同温度(常温↗150℃↘常温,常温↗200℃↘常温,常温↗250℃↘常温)热循环作用下的完整性及界面力学性能实验结果。研究结果表明:高温热循环作用对水泥环力学及界面力学完整性具有显著的负面影响;随着温度和热循环次数的增大,水泥环界面力学性能显著降低。150℃热循环7次、200℃热循环5次以及250℃热循环1次后,套管与水泥环界面脱离;150℃热循环13次、200℃热循环9次以及250℃热循环7次后,水泥环界面剪切力、化学胶结力、摩擦力以及剪切胶结强度均降低为0,水泥环界面力学性能丧失。水泥环本体失效均以拉伸破坏为主,包括径向裂纹和周向裂纹;径向开裂,周向裂纹以及界面脱离使得水泥环完整性(本位完整性、密封完整性以及力学完整性)失效,水泥环产生连通的微裂缝、微环隙,造成水泥环变形、损伤、泄露,套管成为自由段,引发严重的环空带压、井口抬升等安全问题。

钢纤维超高性能混凝土-普通混凝土界面力学特性细观模拟

依据复合材料理论,将超高性能混凝土看作由混凝土基体和钢纤维增强体组成的两相非均质复合材料,建立考虑各自本构关系的超高性能混凝土-普通混凝土界面剪切模型来模拟界面力学特性。基于二次开发将钢纤维实体模型导入有限元软件中,建立三维剪切模型,在细观层面上模拟超高性能混凝土-普通混凝土剪切破坏过程,研究不同钢纤维体积掺量对界面抗剪性能的影响,并确定其破坏机理。结果表明:1)使用钢纤维随机投放建立的三维剪切模型进行模拟试验得到的极限承载力与荷载-滑移曲线与已有试验值吻合度较高;2)随着钢纤维体积掺量的增加,界面抗剪承载力呈现先增大后减小的趋势;3)随着剪切荷载的施加,破坏最先发生在界面处,且会一直延伸到键槽,最终因键槽处钢纤维的桥接作用失效导致试件被破坏。

基于拉曼光谱mapping技术研究低温循环对炭纤维增强聚酰亚胺复合薄膜界面微观力学的影响

碳纳米管选用(CNT)作为拉曼应力传感器,通过建立拉曼光谱mapping技术研究了经多次低温循环(-198~25℃,0~300次)的炭纤维增强聚酰亚胺复合薄膜(CF/CNT-PI)的界面微观应力变化。研究发现:聚酰亚胺薄膜(CNT-PI)即使经300次低温循环,树脂内部应力依然为~175 MPa,循环次数对树脂内部应力影响较小,表明该材料具有良好的耐低温性。进一步研究了炭纤维(CF)增强的CNT-PI薄膜的内应力变化,获得了炭纤维、界面、树脂基体区域的微观应力mapping分布,发现CF区域的受力大于基体部分,表明CF在该体系中起到了对应力最主要载体的作用,并发挥了良好的增强效果。在循环次数<250次时,微观应力变化不大;但当循环次数高达300次时,炭纤维及界面区域应力值分别提高了21%和12.9%,应力在材料内部的集中增大会降低材料的力学性能。本研究有效地定量了外界温度循环变化下复合材料的增强材料、基体及界面的微观应力分布,这为检测复合材料服役过程中的使用安全性提供了一种理论依据与评判手段。

地下工程锚固界面力学模型及其时效性研究

地下工程锚固体接触界面的流变力学特性是锚固体产生时效性的重要因素。针对地下工程长期稳定性分析中常采用的锚固界面法向硬接触和切向黏结滑移突变常导致计算不收敛的困惑,建立了锚固界面法向刚度服从指数分布的软接触型式,并提出剪切面的非线性流变本构模型,解决了计算难以收敛的问题。该模型考虑了法向应力对剪切流变的影响,可以更真实地反映锚固界面流变的力学过程。将建立的锚固界面力学模型植入ABAQUS软件,并应用于地下工程的锚固时效性分析。研究成果表明:地下工程锚固界面产生的剪切流变导致锚杆应力增大,并使得预应力锚杆峰值的位置随着时间发生变化,且有向锚根转移的趋势。研究成果可为地下工程锚固的可靠性分析提供理论依据。

PBX中炸药晶体与黏结剂界面力学特性的研究进展

从PBX界面的特征、界面对PBX力学性能的影响及PBX中界面的力学表征等方面对PBX炸药晶体与黏结剂界面力学特性进行了归纳和评述。介绍了影响PBX界面的因素、界面与PBX宏/细观力学性能的关系、PBX界面的几个不同表征方法等方面的研究进展。指出应开展PBX真实界面及模拟界面的直接加载、观测方法研究,并进一步加强数值模拟的作用。附参考文献43篇。

砂浆锚杆锚固段的界面力学特性

以砂浆锚杆发生砂浆体-岩体界面破坏为背景,通过实验室的模型试验来研究砂浆体-混凝土基体的界面力学特性.由试验得到的荷载-滑移曲线分析了界面裂缝开展的过程;借鉴Stang的计算理论,建立了分析模型,计算出界面开裂的表征参数;并且推导出极限荷载的计算公式,与试验结果符合良好.

粘接双材料界面微区内力学行为的细观实验分析

本文将显微光栅与显微测距技术结合起来，实现了物体表面位移场的细观测量。应用这一方法，本文定量地测量了高分子粘接结构界面及周围区域的变形和应变，实验发现界面两侧存在着一个影响区，在影响区内材料的力学性质发生了变化。本文在实验结果的基础上讨论和分析了这一变化并对界面的力学模型进行了讨论。

夹双筋体复合锚杆锚固性能与界面力学传递特征

在世界最大的生土遗址-交河故城开展现场试验,选用2种长度的锚杆按照基本试验的要求开展拉拔试验,同时在各界面层布设应变监测点。结果表明:8 m长锚杆锚固力达408 kN,满足大体量土遗址锚固的需求;随着长度增加,极限锚固力增长,但平均锚固力减小;复合锚杆各界面剪应力沿着杆长呈现单峰值或多峰值的空间分布特征,随着荷载的增加,界面各点剪应力增加并且向锚固末端传递,峰值剪应力亦同时向锚固末端偏移;试验过程中在较高荷载下出现界面剪应力状态转化的现象。

大坝混凝土界面力学性能的测试与数值模拟研究

提出了一种测试大坝全级配混凝土界面力学性能的试验分析方法,通过钻芯、切割、研磨、制备含界面小试件(15 mm×30 mm×120 mm长方体),采用高精度位移传感器(分辨率0.01μm)、微变形夹具和数据处理系统,对配合比优化前后的三峡大坝混凝土的界面强度进行了测试研究,涉及的大骨料区域应力应变的量化成果鲜有文献报道。测试结果发现,混凝土界面强度测值虽有离散,但大体分布在一定范围内,规律上配合比优化后0.5水胶比的混凝土平均界面强度大于配合比优化前0.6水胶比的混凝土近30%,且更接近砂浆强度本体,接近度高约10%。根据对混凝土细观数值模拟研究表明,以实测界面强度为参数,通过损伤和尺寸系数修正,计算得到的混凝土宏观轴拉强度与试验测值相近,且随细观界面强度提高而增长。本文的研究结果进一步表明通过优化配合比改善混凝土细观界面强度,使得界面强度更加接近砂浆本体的强度,可提高混凝土的宏观力学性能。

高温合金氧化膜破坏的界面断裂力学分析

依据双材料模型分析高温合金氧化膜的应力状态,确定了氧化膜弯曲剥落的最大挠度与氧化膜压应力间关系.利用界面断裂力学理论,建立了高温合金氧化膜剥落的弯曲图.镍基高温合金氧化表面剥落的Al2O3氧化膜,在界面粗糙度参数λ为0.3-0.4,临界弯曲指数Ⅱc为1和临界粘附性指数Σc为1.15时,弯曲剥落特性与实验结果相符.高温合金氧化膜的弯曲图合理解释了氧化膜的弯曲剥落过程.

生物活性陶瓷涂层假体植入股骨初期的界面生物力学分析

目的对具有生物活性的羟基磷灰石陶瓷涂层假体植入股骨初期进行界面生物力学分析,以优化金属表面生物活性陶瓷涂层厚度。方法建立生物活性陶瓷涂层假体紧压配合植入股骨初期的生物力学模型,应用非均质层状材料弹性力学理论,定量计算不同厚度涂层钛合金假体与股骨峡部界面的紧压配合力及环向应力。结果无涂层钛合金假体与骨结合的紧压配合力最大,随着涂层厚度增加,紧压配合力逐渐减小。环向应力在界面的骨皮质上有较大的拉应力,在涂层和钛合金假体柄上为压应力。结论生物活性陶瓷涂层较薄的假体与股骨结合的抗剪切强度较大。

辉钼矿浮选体系中的界面热力学

通过辉钼矿浮选体系中矿物与水、捕收剂与水、矿物与气泡、矿物与捕收剂之间等一系列界面相互作用自由能的计算,对各界面之间的范德华力、疏水引力、水化斥力等界面热力学行为进行了研究。研究结果表明:各矿物表面与水之间均存在范德华引力和疏水引力,其中辉钼矿与水之间的疏水引力低于脉石矿物与水之间的疏水引力;捕收剂与水分子之间的疏水引力是导致捕收剂在水溶液中分散的主要作用力;辉钼矿与气泡之间的强疏水引力是辉钼矿具备天然可浮性的根本原因;水介质中辉钼矿与捕收剂之间的范德华力为引力,但范德华力不是辉钼矿与捕收剂之间的主要作用力,起捕收作用的主要因素是由Lewis acid-base(AB)相互作用造成的疏水引力。浮选实验结果表明:对于辉钼矿的浮选,捕收剂在矿物表面的吸附强度并不是影响其浮选指标的决定性因素,而捕收剂在水相中的分散能力以及捕收剂对矿物浮选的选择性对矿物浮选的影响较大。

堆石坝面防渗膜-垫层料界面力学特性试验研究

堆石坝面防渗土工膜与垫层料界面的力学特性关系到防渗体的抗滑稳定性以及整个大坝的安全性.采用土工合成材料界面直剪拉拔仪分别对复合膜和HDPE纯膜与无砂混凝土及聚合物透水混凝土两种垫层料、加糙PVC膜与表面复合细骨料聚合物透水混凝土的界面力学特性进行了试验研究.试验结果表明:HDPE纯膜与两种垫层界面的剪应力-剪位移关系具有不同程度的应变软化特征,界面峰值强度高于残余强度;而复合膜与两种垫层界面的剪应力-剪切位移关系无明显软化现象;复合土工膜与两种垫层界面抗剪强度高于纯膜与两种垫层界面的抗剪强度;聚合物透水混凝土和无砂混凝土与复合膜界面抗剪强度差别不大,聚合物透水混凝土界面抗剪强度略低;糙面PVC膜与表面为细骨料聚合物透水混凝土的咬合力较大.

沥青混凝土路面结构层界面力学特性研究现状

层间接触条件影响界面强度,改变了路面结构应力、应变,影响路面标明弯沉.总结了层间界面力学特性的影响因素和试验方法,并评述各因素和试验方法的优缺点.同时,归纳了表征层间界面力学特性的技术指标和模型,这些为进一步研究层间界面力学与路用性能的关系、研究表征层间界面动态技术指标及其与路面结构设计提供了文献基础.

变温拉曼研究炭纤维增强聚酰亚胺复合材料的界面微观力学行为（英文）

采用变温拉曼光谱mapping扫描技术研究了在升温过程中炭纤维(CF)增强聚酰亚胺(PI)/碳纳米管(CNTs)复合材料的微观力学行为。其中CF为增强材料,CNTs作为应力传感媒介,两者都具有拉曼温度敏感性。获得了各温度条件下(25～300℃) CF/CNTs-PI复合材料界面微区的应力分布变化图。在200℃以下,CF/CNT-PI薄膜中纤维与界面区域压应力分别在122 MPa与74 MPa附近,应力分布从纤维到基体逐渐减小。200℃为残余应力消除温度,CF/CNT-PI薄膜内部应力接近于0 MPa。然而,当加热超过200℃时,薄膜主要承受拉应力,且主要分布在CF上。此外,发现CF与基体之间的应力传递小于100%。这些结果均证明复合材料中的应力随温度而变化,而CF具有优异的增强作用。

纤维混凝土增强机理的界面力学分析

纤维混凝土是一种利用纤维材料增强混凝土性能的复合材料。纤维对混凝土的增强效果主要起决于纤维-混凝土基体的界面粘结性能。利用复合材料的剪滞理论对纤维混凝土的纤维-混凝土基体的界面力学传递进行分析,得出了纤维承受拉应力和剪应力的表达式,并分析了纤维对混凝土的增强效果。

关于土-结相互作用界面力学行为的数值模拟

根据土 -结 (桩 )相互作用典型的界面力学行为特点——两者相互作用直至剪切破坏的滑动面一般都是在土体一侧内部发生的 ,滑动层的厚薄与土性及结构物表面粗糙度等有关等 ,提出了把二者所谓相互作用的界面在概念上做广义化的处理 ,即泛化为一有限的区域 ,认为结构与土体相互作用的界面应是一个广义的相互作用影响范围而非绝对地仅只限于两者的相互接触界面 ,两者间相互作用的界面行为可近似地通过这有限薄层范围内土体材料的本构行为来模拟 ,从而形成了本文关于土 -结相互作用界面行为的模拟关键实质上可以归结为土体的非线性本构行为及其数值分析途径的研究等观点 。

双材料梁界面力学及其应用:综述

双材料结构在工程中得到了广泛应用,如薄膜涂层、压电材料、复合材料层合板和夹层板、粘结接头、FRP加固混凝土结构等;然而,这些结构的破坏通常是从界面及其附近开始的.通常利用损伤力学的方法(材料强度的方法)来预测裂纹的萌生,利用断裂力学的方法来预测裂纹的扩展;因此,开展双材料结构的界面应力分析和具分层双材料结构的断裂以及相关分析是至关重要的.首先介绍双材料梁粘结界面应力分析的基本模型,从而为预测裂纹的萌生提供了有力工具.然后综述双材料梁界面断裂力学分析的基本方法,并详细介绍解析解求解的裂纹尖端法及其相关模型,重点强调裂纹尖端变形对分析结果的影响.最后介绍界面分层对双材料结构其它力学特性的影响,例如屈曲和振动特性.