高温作用后层状复合岩石单轴压缩试验损伤机理研究

为研究深部环境中高温对层状复合岩石物理特性、变形破坏机制及损伤演化规律的影响,在层状复合岩石经过30、60、90、120、150、180℃高温后开展单轴压缩试验,同时采用声发射仪器监测岩石的破坏过程;以累计振铃计数为损伤变量,考虑高温引入初始损伤,利用复合等效方法得到层状复合岩石的弹性模量,依据裂纹轴向应变、累计振铃计数推导得到全过程应力-应变本构模型。结果表明:层状复合岩石经历高温后,在岩石的初始压密阶段,温度越高,岩石的延性越强;层状复合岩石峰值强度与温度呈负相关关系;声发射中的振铃计数与岩石损伤破坏过程中裂纹的萌生、延伸、扩展到贯通都有很好的对应关系;随着温度的升高,层状复合岩石由脆性向弹塑性转化,破坏模式由垂直劈裂破坏过渡为Y型剪切破坏;建立的全过程应力-应变本构模型可以较好地反映层状复合岩石的损伤演化规律,研究成果可为高温环境下的岩体工程研究提供参考。

轨道车辆空调实心密封框的压缩试验及分析

对轨道车辆空调实心密封框(简称密封框,采用三元乙丙橡胶作主体材料)进行了压缩试验与分析。结果表明:密封框的压缩率超过50%会发生不可恢复形变,在实际使用过程中需要控制密封框的压缩率,避免过度压缩导致密封框的损坏;25%压缩率下密封框的压缩力与中心线总长度近似呈线性关系;通过任意尺寸、任意压缩量(压缩率小于30%)下压缩力计算公式可提前对密封框的压缩力进行理论计算,有效避免空调装车不合格的问题。

冻结道砟单轴压缩试验的离散元细观参数优化

为高效准确确定离散元细观参数,针对冻结道砟单轴压缩试验的离散元模拟,基于Plackett-Burman试验设计和BoxBehnken响应面法进行模型参数优化。以线性接触弹性模量、摩擦系数、粘结弹性模量、抗拉强度和黏聚力为试验因素,以冻结试样的宏观弹性模量和抗压强度为试验指标,采用Plackett-Burman试验筛选出对试验指标影响显著的试验因素,采用BoxBehnken响应面试验进行离散元细观参数优化并验证。优化结果表明,线性接触弹性模量、摩擦系数和粘结弹性模量是影响显著的试验因素,对应的最优参数分别为62.461 GPa、0.281和8.109 GPa。采用优化后参数计算得到的宏观弹性模量和抗压强度结果与对应物理试验结果的相对误差分别为0.97%和0.19%。该优化方法对离散元参数确定具有一定参考意义。

单轴压缩试验法向临界阻尼比对岩石宏观参数的影响研究

为研究法向临界阻尼比对岩石的宏观参数的影响,基于单轴压缩试验,采用PFC^(2D)数值模拟软件,通过前期标定,完成试样模型的建立,并通过改变法向临界阻尼比,研究其对峰值强度、弹性模量、泊松比、试样能量损耗的影响,同时观察试样破坏形态的改变。结果表明,法向临界阻尼比对峰值强度、泊松比影响较大,对弹性模量影响较小,随着法向临界阻尼比的增大,试样的能量损耗和破坏形态都有先减少后增大的趋势。

大坝填筑料力学特性压缩试验

大坝堆石料的压缩特性关系到坝体变形,大坝不均匀变形又严重影响大坝的运行安全。文章以某大坝上下游填筑料为研究对象,通过现场大型压缩试验,分析了填筑料的压缩特性。对比了软岩含量为10%、20%、30%填筑料的压缩模量变化规律,同时对比了不同含水状态的填筑料。研究表明,压缩模量随着压力的增大首先呈线性增大,随后加速增大,最终趋于稳定;孔隙比随着压力的增大首先呈线性减小,随后加速下降,最终两种状态下孔隙比逐渐接近;软岩含量相同时,天然状态下压缩模量峰值高于饱和状态下。当含水量相同时,压缩模量峰值随着软岩含量而减小,并且天然状态下压缩模量减小幅度更大。本大坝工程填筑料对的压缩模量建议值:天然和饱和状态的分别为120~150MPa和80~120MPa。

基于PFC2D的水泥土单轴压缩试验及细观数值模拟

对不同水泥掺量下的软土稳定土试样分别开展单轴压缩试验,基于测试结果对土样的变形过程进行PFC2D离散元颗粒流细观数值模拟,分析破坏后水泥土的力学行为和位移场分布。结果发现:随着水泥掺量增加,固化软土试样的单轴抗剪强度与弹性模量表现出指数函数上升的规律,破坏应变随水泥掺量增加呈二次函数的变化特征;由PFC2D离散元颗粒流模拟得到的水泥土试样的力学参数及应力-应变关系曲线与试验实测结果较为接近,离散元模拟结果也显示水泥掺量对土体力学性能有明显影响;随着水泥掺量的增加,固化软土的破坏形式逐渐由压碎破坏向剪切破坏模式过渡;由离散元模拟得到的位移矢量场准确地反映了水泥固化软土在单轴压缩荷载作用下的破坏模式特点。

纤维加筋水泥风积砂三轴压缩试验研究

为研究聚丙烯纤维加筋水泥风积砂的抗剪强度特性,采用正交试验方法进行不固结不排水三轴(UU)试验,研究纤维掺量、纤维长度、水泥掺量和含水率对纤维加筋水泥风积砂抗剪强度的影响。研究结果表明:对纤维加筋水泥风积砂抗剪强度影响的主次因素依次为水泥掺量、纤维长度、含水率、纤维掺量,最优试验配比为水泥掺量10%,纤维长度12 mm,含水率8%,纤维掺量0.2%。在水泥风积砂中掺入适量的纤维,可明显提高试样的峰值应力和峰值应变。黏聚力随纤维掺量的增加先增大后减少,随纤维长度的增加呈递增趋势,纤维掺量对内摩擦角的影响较小。研究结果可为纤维加筋水泥风积砂路基防治提供科学依据。

冻-融循环作用下云南红土的高压压缩试验研究

以云南红土为研究对象,以冻-融循环作为控制条件,考虑冻-融循环次数和不同固结压力2个影响因素,进行最大固结压力为3.2 MPa的单向固结压缩试验,研究冻-融循环作用下云南红土的高压压缩特性。结果表明,冻-融循环作用对红土压缩特性的影响在一定程度上受固结压力的控制,当固结压力较小时,冻-融循环作用对红土压缩特性的影响明显,高压条件下这种影响会变小;冻-融循环作用对红土压缩特性的影响在第1次时最为明显,反复冻-融循环作用下这种影响会减小。

典型板架结构压缩试验不确定度评估方法研究

目的 针对当前船舶结构极限强度试验中试验场地、试验环境、试验方法、试验模型、试验设备等因素导致试验结果精度不高的问题,通过分析典型加筋板结构压缩试验过程中主要不确定度来源,提出降低试验不确定度的措施和方法。方法 基于不确定度分析理论,聚焦典型加筋板结构,开展压缩试验,围绕模型材料、模型加工、试验系统等不确定度来源开展分析,对其压缩极限载荷进行不确定度评估。结果 建立了一套适用于加筋板结构极限强度压缩试验的不确定度评估方法。典型加筋板结构极限压缩载荷、材料屈服强度引起的不确定度最大,其次是主面板及腹板厚度引起的不确定度,加强筋腹板高度与主面板尺寸对试验结果的不确定度有一定影响,加载伺服控制系统引起的不确定度可忽略不计。结论 材料屈服强度、板厚等因素均对极限载荷的不确定度有较大影响,在后续类似试验模型材料选择、模型加工等阶段应严格把控,确保材料、板厚等关键参数与设计值一致,提高试验结果可信度与精确度。

玻璃纤维蜂窝管压缩试验及力学性能研究

针对复合材料压缩载荷及吸能特性现有研究的不足,提出不同壁厚、不同胞元数量的玻璃纤维蜂窝管结构,采用万能试验机进行静态压缩试验。结果表明:蜂窝管壁厚值较小时,其主要失效形式为纤维断裂;壁厚值较大时,其失效形式为纤维断裂损伤及纤维层分层。压缩峰值载荷及总吸能随胞元数量及壁厚值增加而增大,比吸能仅随其壁厚值增加而增大。壁厚值0.4 mm的单胞元蜂窝管压缩峰值载荷取最小值2.11 kN,对应的能量吸收总量为23.9 J,比吸能为7.96 J·g^(-1);壁厚值0.8 mm的八胞元蜂窝管压缩峰值载荷取最大值53.1 kN,对应的能量吸收总量为1 353.6 J,比吸能为36.88 J·g^(-1)。

不同黏结剂掺量条件下型煤试样三轴压缩试验研究

为制备与原煤力学性质更为相似的型煤样品,以普通硅酸盐水泥为黏结剂,开展不同黏结剂掺量条件下型煤三轴压缩试验,对比分析2种煤样应力-应变、破裂形态、力学参数等差异性变化,揭示黏结剂掺量对型煤宏观力学性能的影响。试验结果表明:随着围压的增加,不同黏结剂掺量条件下型煤试样压密阶段和弹性阶段变化与原煤呈现相似的变化规律,而屈服阶段与峰后阶段变化与原煤差异较大;随着黏结剂掺量的增加,型煤轴向应变与黏聚力也随之增大,而型煤弹性模量与内摩擦角却不断减小。研究结果说明,黏结剂掺量增加可改善煤内部大量煤粉颗粒间的固结能力,一定程度上提高了型煤的力学强度与刚性特征,使得型煤宏观破裂形态由典型的塑性破坏向剪切破坏转变,呈现出理想的弹-塑性材料变形特征。不同煤样特征值空间向量的欧式距离计算结果表明,型煤IV的力学特征与原煤更为接近。

考虑沉积角影响的冻结砂土单轴压缩试验研究

寒区工程中的土颗粒在重力作用下沿优势方向沉积排列而形成横观各向同性冻土材料。不考虑沉积方向与荷载方向之间沉积角的影响可能会错误估计实际工程中冻土的变形特征与承载力。然而,现有文献尚未探究沉积角对冻土工程特性的影响。针对这一问题,开展了不同温度条件下沉积角对冻土单轴压缩变形与强度特性影响的试验研究。通过所研发的制样模具制备了具有4种不同沉积角δ的冻土试样(δ=0°、30°、60°和90°),在设定的4种不同温度T条件下(T=-5、-10、-15℃和-20℃)对具有不同沉积角δ的冻土试样开展了单轴压缩试验,分析了T与δ对冻土的变形模式、破坏特征以及单轴抗压强度的显著影响。根据冻土应力-应变曲线的归一化结果及其软化段斜率的变化规律,将冻土单轴压缩变形模式在T与δ影响下分为变形模式I、II和III。根据结果可知,随着T降低以及δ趋于60°,冻土的变形模式趋于由变形模式I过渡到变形模式III,试样破坏模式由鼓胀的X形剪切带破坏趋于破坏范围较小的单剪切面破坏,而冻土单轴抗压强度随T降低而增大的同时,随δ增加表现出先减小后增大的趋势。

砂岩单轴三轴压缩试验研究

研究了砂岩在饱和、自然、风干三种状态下的单轴抗压强度特性和三轴抗压强度特性。在单轴、三轴压缩试验中得到了应力与纵向应变、横向应变、体应变之间的关系曲线 ,单轴应力 -纵向应变曲线在峰值前可分为 3个阶段 ,三轴应力 -纵向应变全过程曲线可分为 4个阶段。根据三轴轴向应力和围压绘制了莫尔圆 ,采用回归分析得到了强度准则和强度参数C、 值 ,并且分析了含水量对岩石强度的影响 ,其实验结果能为工程提供参考与借鉴。

钢纤维再生混凝土常规三轴压缩试验研究

使用DYS-2500高温高压岩石三轴试验机对钢纤维再生混凝土圆柱体进行了单轴压缩和常规三轴压缩试验研究。结果表明,钢纤维再生混凝土在单轴压缩和三轴压缩下的破坏形态有所差别;同一围压下,钢纤维再生混凝土随着钢纤维掺量的增加,试件能承受的主压应力及轴向应变也相应增加,且围压下的应力-应变曲线走势大体一致;相同掺量钢纤维再生混凝土,随着围压值的提高,其承受的主压应力、轴向应变也相应提高;围压15MPa时,钢纤维再生混凝土的峰值应力约是单轴压缩下峰值应力的3.08~4.13倍;同一围压下的纤维再生混凝土,钢纤维掺量2%的峰值应力约是普通再生混凝土峰值应力的1.15~1.54倍;围压15MPa时钢纤维再生混凝土的峰值应变比0MPa时的峰值应变增加了5.98~6.76倍;同一围压下的再生混凝土,钢纤维掺量2%的峰值应变约是普通再生混凝土峰值应变的1.22~1.52倍。

中粒辉长岩单轴三轴压缩试验研究

研究了中粒辉长岩在饱和、风干两种状态下的单轴和三轴压缩强度变形特性。在单轴和三轴压缩试验中得到了应力与各种应变之间的关系曲线,采用回归分析得到了强度准则和强度参数c,φ值,分析了围压和含水量对中粒辉长岩的影响。

冲击载荷下细砂岩压缩试验和破坏特性研究

深部矿井岩石经常受到地下水、冲击地压和高温等综合作用,因此深部矿井中岩石的力学特性需要考虑应变率、温度和含水率等诸多因素。原位采集800 m深部细砂岩;在万能材料试验机和分离式霍普金森压杆压缩试验装置上对不同应变率、温度和含水状态下的细砂岩试件进行压缩试验,用高速/超高速摄影记录岩石试件的应变场,获得不同试验条件下的应力-应变曲线;对典型的回收试件的断裂表面进行微观观测。结果表明,应变率、含水状态和环境温度对岩石的力学性质及破坏特性都有一定程度的影响。

考虑层理方向效应煤岩巴西劈裂及单轴压缩试验研究

针对淮南矿区B10煤层以水平层理为主,且层理性较强的特点,通过巴西劈裂及单轴压缩试验,研究煤岩在垂直和平行于层理面方向上的拉、压力学特性。研究结果表明:(1)煤岩垂直和平行于层理面方向抗拉强度均具有明显的离散性,但前者离散程度更大;对比两者均值,前者显然小于后者,各向异性显著。(2)宏观煤岩成分分布的随机性及其物理力学性质的差异是导致煤岩抗拉特性离散性的重要条件;而宏观煤岩成分的条带状分布特点,以及煤岩割理系统分布的方向性,则是决定煤岩力学特性各向异性的内在原因。(3)煤岩垂直与平行于层理面方向单轴压缩轴向应力-应变曲线相比,前者峰前变形特征相似,力学性态稳定,峰后应力跌落迅速,脆性特征明显;后者则峰值前、后各曲线均变形各异,力学性态不稳定。煤样的轴向峰值应变均小于1%,变形特征属脆性破坏。(4)垂直和平行于层理面方向单轴压缩煤样的断口破坏形态分别以剪切和劈裂破坏为主,且2个方向的单轴压缩强度及变形参数均具有明显差异,各向异性特征显著。(5)煤岩垂直和平行于层理面方向单轴压缩特性均具有一定的离散性,但后者离散程度更大。(6)煤岩单轴抗压强度远大于抗拉强度,垂直和平行于层理面方向单轴抗压强度分别为抗拉强度的40.1和14.7倍。

岩石强度特性的单轴压缩试验研究

以宜兴抽水蓄能电站所提供的岩芯为例 ,对该电站岩芯的强度特性进行研究 ,依据单轴压缩试验结果分别提出了风干状态下岩石的单轴抗压强度与高径比 ,自然状态、饱和状态下岩石的单轴抗压强度与横截面积之间的非线性关系式 .

节理岩体超声测试及单轴压缩试验研究

为了获取节理岩体各向异性力学特性和声波传播规律的相互关系,通过制作圆柱形单一预制贯通节理试件,开展了7种不同倾角节理试件的超声波波速测试和单轴压缩试验。试验结果表明:(1)节理试件波速测试值离散性较大,但总体服从正态分布,波速平均值介于石膏试件和完整试件之间,波速随节理倾角增大呈线性递减;(2)不同倾角的节理面对节理试件力学特性的影响很大,在应力-应变关系、变形特征、强度特征和破坏模式上均表现出显著的各向异性特征;(3)节理试件的力学性质和超声波传播特性变化规律区别很大,采用超声波波速确定节理试件的力学参数会存在很大误差。

基于三轴压缩试验的岩石统计损伤本构模型

基于三轴压缩试验,结合统计强度理论和连续损伤理论建立了一种岩石统计损伤本构模型,并对建立的本构模型的数学意义和物理意义进行了讨论分析。由此可知,统计损伤本构方程实质是用对应于某一屈服准则的等效应力表示的连续损伤演化方程,能较好地描述材料的非线性力学行为,也能逼近材料的弹性应力–应变关系。统计损伤本构模型的统计参数均可以通过单轴或三轴压缩试验得到,在利用三轴压缩试验的轴向实测应力、实测应变时应当对损伤本构模型进行修正。对于单轴压缩试验的压密阶段,还给出了初始损伤的估计方法。引入对数正态分布和Mohr-Coulomb准则,通过理论曲线与若干岩石单轴、三轴压缩试验曲线的对比,验证了所提出的统计损伤本构方程及其参数确定方法以及模型修正的合理性,同时也肯定了对数正态分布和Mohr-Coulomb准则在统计损伤本构研究中的适用性。