粗粒料强度和变形的大型三轴试验研究

通过大型三轴试验,对高低围压下粗粒料的应力应变特性、抗剪强度、内摩擦角和颗粒破碎特性进行了对比分析,并探讨了不同泥岩含量对堆石坝料强度的影响。结果表明:中高围压下粗粒料表现出应变硬化特性和剪缩,强度包线和不同围压下的最大主应力比与剪胀率的关系近似为线性,而低围压下主要表现为应变软化和剪胀,抗剪强度包线等表现为非线性。随着围压的增加,主应力比降低、颗粒破碎率增大、内摩擦角减小。泥岩含量的增加使颗粒表面的摩擦阻力与粒间的咬合力减弱,导致抗剪强度降低。

格宾网加筋土强度和变形特性的三维离散元细观模拟

为揭示格宾网加筋土强度和变形特性的细观力学本质,利用PFC3D三维离散元计算平台的FISH语言编写数值伺服程序实现大三轴试验环境和土颗粒模型生成算法,模拟大三轴素土试样应力-应变宏观响应校正土颗粒细观参数;然后,引入平行黏结构造格宾网颗粒流模型,通过模拟其室内拉伸试验校正格宾网模型细观参数;在此基础上,建立格宾网加筋土大三轴试样的三维颗粒数值模型模拟格宾网加筋土应力-应变关系,揭示格宾网加筋土颗粒之间接触力和内部剪切位移场的渐进发展规律。研究结果表明:格宾网加筋土颗粒模型数值试验能对其力学机理做出定量和定性预测;在试样两端和两层格宾网之间,分别形成"八"字形和"><"形倾斜剪切带;随着试样围压增加,试样内部剪切带范围缩小;加筋层数较少时,剪切滑移带范围较大;土颗粒接触力在整个格宾网截面内分布较均匀,在两层格宾网之间集中到试样截面的中部。

堆石料制样方法对其强度和变形特性影响

进行了堆石料的表面振动器压实法和振动台法制样比较试验,结果表明,表面振动器压实法所得出的试样最大干密度值明显高于振动台法.同时,针对这两种制样方法所得出的试样,开展了大型三轴得出制样方法对堆石料的强度和变形指标具有明显影响,表面振动器法对应试样的强度和变形指标均优于振动台法,其中对变形特性指标的影响更为显著.考虑到表面振动器制样过程与土石坝实际施工碾压过程近乎一致,因此,建议将表面振动器压实法作为堆石料室内最大干密度的测试方法.随着重型碾压设备在土石坝碾压施工中的普遍使用,可通过调整表面振动器底板静压力和延长振动时间来提高振动功率,尽量减小堆石料室内制样密度与现场碾压密度的差异.

生态护坡根系纤维土强度和变形特性实验研究

研究目的:目前在土坡工程防护设计中,植被防护土坡一般还仅局限于园林工程师的活动范畴。然而,在提倡环境保护的今天,利用根系发达的植被,把园林工艺学和土力学与环境岩土工程技术结合到一起应用到实践中去,可以很好地实现硬化和绿化的和谐统一。为此开展植被护坡的根系固土实验研究,借鉴纤维加筋土的研究思路,研究1 mm粗和1～2 cm长的根系纤维,在不同根系拌合长度和拌合量时对根系复合土强度和变形的影响。研究结论:实验表明根系能够提高土体的粘聚力c,但一般不改变土体的内摩擦角φ,类似于加筋土的试验发现;根系对土体延展性有一定的改善作用,多年生植被长的根系更加有利于边坡防护。

大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验研究

利用中晶和细晶两种大理岩的不同内径孔道大理岩试样,在内孔压力为0时进行常规三轴压缩试验,分析试样内非均匀应力分布对试样承载能力和变形特性的影响。孔道试样的变形特征在轴向变形较小时与完整试样大致相同;在变形较大时孔壁附近材料因最小主应力较低而破坏,承载能力逐步下降。以线弹性力学分析孔道试样的应力状态,假设试样内材料同时达到承载极限,Coulomb准则给出的试样强度是一个偏低的估计,而不是偏高的估计。围压和轴向载荷在给定倾角剪切滑移面上的正压力和剪切力由整体力平衡确定,与孔道存在与否没有关系,孔道只是造成应力分布的不均匀,使试样的承载面积减小,引起围压对强度的贡献增加;另一方面,试样内部的破坏是逐步发生的,达到峰值承载能力时试样由黏结力构成的承载能力随围压、孔径的增大而减小。这两种不同趋势的变化决定孔道试样的强度特征。孔道对试样变形破坏的影响随大理岩结构特征而不同。

层理倾角不同的砂岩变形破坏和强度的研究

利用同一岩块不同方向加工的2组砂岩试样,进行完整试样常规三轴压缩试验之后,对不同直径的孔道试样进行了内孔压力为0,外围压为40 MPa的压缩,分析非均匀应力分布对试样承载能力和变形破坏特性的影响.轴向垂直于层理面的试样具有横观各向同性,纵波速度、杨氏模量和强度都较低,完整试样和孔道试样围压下压缩破裂成形状几乎相同的2块;在外围压40MPa下轴向压缩,外径50 mm内径6 mm的孔道试样强度可以超过完整试样,而内径25 mm的孔道试样发生轴向失稳,低于单轴压缩强度.轴向与层理面夹角约为79.5°的试样,具有显著的各向异性,完整试样破坏复杂,而孔道试样因内部自由面提供滑移方向,以完整圆锥破裂;沉积弱面与试样的破坏没有直接的关联.对实验用砂岩而言,平行于层理方向黏结力较小,而不同层面之间的颗粒尺度差异引起摩擦系数增大;试样中层理面的倾向不同,强度特征和破坏形式也就不同.

废石掺量对胶结充填体强度及变形破坏的影响

用一定量的粗骨料替代部分全尾砂进行胶结充填,不仅能够提高充填体的强度,还能减小充填体在载荷作用下的变形,满足了部分矿山较高的充填要求。胶结充填体的强度主要取决于充填料浆的配比,即骨料、胶凝材料、水的配比。本研究拟采用控制变量的试验方法,基于SEM电镜扫描和XRD试验,探究在废石—全尾砂混合骨料下胶结充填体强度及变形特性,探究废石掺量(≥40%)因素对胶结充填体强度以及变形破坏的影响规律和机理。研究表明:随着粗骨料的增加,充填体试样的单轴抗压强度逐渐减小。由于粗骨料含量太多,所形成的骨架太大,水化产物相对较少未能充分填满产生较多孔隙,对提高充填体强度产生了不利的影响。此外,随着废石掺量的增加,其强度有所下降,其破坏时的总应变量基本相同;其应力—应变曲线在初期基本重合,主要在端部裂隙闭合阶段之后逐渐分开。

船体高效舵系统舵结构强度计算方法研究

在船舶高效舵系统中,采用舵杆和套筒对舵叶进行固定和旋转。该系统结构设计的关键是合理的舵杆和套筒结构,目前还没有专门的设计指导方法,为此发展了船体高效舵系统舵杆和套筒结构强度的直接计算评估方法,它可以较准确地预报舵杆和套筒的应力和变形。对一个高效舵系统设计方案进行了计算,开展了套筒厚度优化计算分析,研究套筒壁厚对舵系统各构件的应力和变形的影响,用以指导相关船舶高效舵系统的结构设计。

单轴压缩作用下含2个不同形状孔洞岩石数值模拟研究

不同形状和分布的节理、裂隙和孔洞等缺陷广泛分布于天然岩体中,这些预先存在的缺陷对岩体的力学性能有重要的影响。因此,采用离散单元法对含有2个相同面积的圆形和方形孔洞岩石试样进行数值模拟,通过改变2个孔洞形心连线相对于水平方向的倾角,以研究其对试样力学性能和破坏模式的影响。结果表明,与完整岩石相比,孔洞的存在会导致岩石力学性能退化,方形孔洞退化比圆形孔洞明显,与单孔洞相比,2个孔洞的存在会导致更多的力学性能退化。随着倾角的增大,峰值强度呈“W”形变化,而2个垂直排列孔洞试样的强度最大。倾角小于45°时圆孔和方之间由宏观剪切裂纹合并,倾角大于45°时由宏观拉伸裂纹合并。

旋翼航空器结构验证条款研究

飞机结构强度是指在规定的力学环境下飞机结构不会发生破坏和保持安全工作的能力。在飞机设计过程中,为了提高飞机的整体机构强度,设计人员需要针对不同的载荷环境以及不同的结构动态响应分类解决结构强度问题。对于旋翼航空器,其结构对计及其使用环境的每一临界受载情况均需满足结构强度和变形要求。因此,在载荷分析之后,需要进行结构验证。出于对旋翼航空器安全性的考虑,民用旋翼航空器标准中的结构验证条款也规定了验证强度必做的试验项目。

渗流状态下砂岩的三维实时CT观测

利用中低压多功能CT专用渗流实验装置,进行了三维应力状态下砂岩的渗流实时CT观测试验研究。为使试验具有对比性,分别进行干燥试样的常规三轴试验和渗流三轴试验的CT实时观测,取得了渗流对岩石损伤演化规律影响的初步成果。根据试验过程的应力–应变曲线,提出试样强度和变形折减率的计算公式;分析了干燥试样和渗透试样CT数与应力的相关关系;提出了确定裂缝宽度的像素量测法;提出根据测区平均CT数与测区面积的相关关系来确定裂缝宽度的数值计算方法。

南水北调西线一期工程砂岩温度、围压和水压耦合试验研究

通过不同温度(25℃～70℃)和围压(0～60 MPa)及孔隙水压力(0～10 MPa)和围压(25～60 MPa)条件下的耦合三轴试验,研究了南水北调西线一期工程砂岩的强度特性和变形特性。试验结果显示,相同温度下,三轴压缩时砂岩的强度随围压增加而增长,而变形模量随围压的增长变化不大;温度对其强度的影响比较复杂,在低围压(0～40 MPa)下,岩石的强度随温度增长,围压超过40 MPa后,强度随温度的增长有降低的趋势。平均变形模量对温度的依赖性较大,总体上随着温度增加其值得到提高。相同孔隙水压力作用下,砂岩的强度受围压控制,表现为围压越大,岩石的强度越高;相同围压条件下,孔隙水压力越高,岩石强度越低。在孔隙水压力作用下,围压越高,平均变形模量越高;在围压作用下,孔隙水压力越高,变形模量越低。

大轴重重载铁路基床结构及强化措施

研究目的:增大列车轴重是提高铁路运输效率的有效途径,已成为世界各国铁路货运的的发展方向。为完善我国重载铁路路基设计技术、优化基床结构强化措施,配合我国铁路技术"走出去"的发展战略,本文在分析阿曼、澳大利亚重载铁路路基结构型式的基础上,基于强度和变形控制准则,进行大轴重条件下重载铁路基床结构的计算分析,并对基床表层强化措施进行探讨。研究结论:(1)阿曼、澳大利亚重载铁路的路基结构能满足当前列车荷载条件下的强度和变形要求,但随着轴重的增大,基床的结构强度及抗变形能力需进一步提高;(2)针对40 t大轴重荷载和不利水环境下基床结构可能出现的服役性能劣化问题,提出了采用高强且具有良好阻水性的沥青混凝土与级配碎石组合作为基床强化表层的优化措施建议;(3)建立的大轴重重载铁路基床结构强度和变形联合计算分析方法,对我国重载铁路路基结构设计技术标准的完善具有指导意义。

紫坪铺高边坡稳定性的流固耦合计算分析

地下水对边坡岩体的强度和变形有显著的影响,由于地下裂隙水的渗流作用,岩体强度降低,边坡稳定性减弱。如紫坪铺水利枢纽导流洞出口高边坡在施工过程中曾发生4次较大滑坡。为有效反映地下裂隙水对紫坪铺导流洞出口高边坡稳定性的影响,根据岩体流固耦合作用机理,采用FLAC3D计算程序对该边坡稳定进行了计算分析,获得了较为理想的计算结果。计算结果表明,流固耦合对边坡稳定不利,但加固后的边坡整体已趋于稳定。

大岗山水电站地下厂房稳定性的流固耦合计算分析

地下水对岩体的强度和变形有显著的影响,由于地下裂隙水的渗流作用,岩体强度降低,围岩稳定性减弱。为了有效反映地下裂隙水对大岗山地下洞室群围岩稳定性的影响,根据岩体流固耦合作用机理,采用 FLAC^(3D)计算程序对该工程体稳定进行了计算分析。计算结果表明,渗流的作用虽然致使围岩稳定性更加不利,但由于加固措施得当,运行期的洞室群整体已趋于稳定。

相对密实度对砾砂初始切线模量的影响

针对基坑施工过程中周边土体由于受到扰动而发生结构性变化,致使土体强度和变形特性改变这一问题,选取典型砾砂进行不同围压下的三轴固结排水剪切试验,得到砾砂DuncanChang模型的相关参数.探讨了砾砂的初始切线模量Ei对相对密实度D_r的影响规律,并应用数学手段对与Ei有关的无量纲参数K和D_r的关系进行拟合.结果表明,相对密实度Dr对砾砂的强度和变形特性有着重要影响,ln K与D_r大致呈二次函数关系.

不同侧限条件下红黏土竖向压缩性能响应试验分析

以江西省南昌市典型红黏土为研究对象,通过控制侧限条件和试样含水率实施竖向压缩试验。系统研究了各侧限工况下红黏土强度和变形特征的响应规律。研究结果表明:无侧限、单面、邻面和对面侧限状态的应力-应力关系可划分为四个阶段:(1)压密和弹性变形阶段;(2)非线性强化阶段;(3)软化阶段;(4)稳态流变阶段。抗压强度、残余强度、峰值应变都随着初始含水率的增大呈非线性增加。而三面和四面侧限条件下红黏土抗压强度整体上试样的抗压强度随含水率的升高而降低。在竖向压缩下,裂纹扩展、贯通,形成宏观纵向裂缝,呈现出明显的劈裂破坏特征。含水率一定时,红黏土峰值强度在各侧限条件的大小关系是:单面侧限<无侧限<邻面侧限<对面侧限<三面侧限<四面侧限。

柔性边界三轴压缩条件下胶结型水合物沉积物力学特性的离散元模拟

首先,提出了一种胶结型水合物沉积物离散元试样的生成方法,并采用FLAC3D和PFC3D耦合方法创建了侧面柔性边界条件,生成了不同饱和度的水合物试样;其次,考虑水合物的胶结效应,引入线性平行胶结模型并由室内试验结果标定了接触模型参数;第三,根据数值模拟结果分析了水合物沉积物的强度和变形破坏特性;最后,从力链和能量角度揭示了水合物在应力传递中的微细观力学机制。研究结果表明:建立的离散元模型能准确计算柔性边界条件下的试样体积变化,其模拟结果与室内试验结果吻合较好;水合物沉积物的黏聚力随着水合物饱和度增加而增大,其内摩擦角与水合物饱和度的关系不大;水合物饱和度对水合物沉积物的应变局部化特征影响很大;水合物颗粒参与力链的形成与演化,水合物饱和度越大,高应力水合物颗粒数目越多,水合物颗粒在力链中占比越大;水合物沉积物的弹性应变能、胶结应变能和摩擦耗能的存储和耗散主要通过砂土与水合物间的接触演化作用完成。

汪家寨煤岩各向异性的力学特性研究

煤岩具有典型的层理构造,导致煤岩具有显著的各向异性特征。采集贵州大河边向斜区内汪家寨煤矿井下工作面11号原煤,制备了与层理面呈不同夹角(0°/30°/45°/60°/90°)的煤岩试样,系统开展了超声波速测试、单轴和三轴压缩试验研究,从各个角度研究煤岩各向异性特征。结果表明:超声波速显示煤岩的各向异性明显,说明与层理不同夹角方向煤岩内部密实程度不同;单轴压缩试验下,抗压强度和弹性模量均表现出高度的角度效应,0°和90°试样最高、45°最低,整体呈近似“U”形分布;三轴压缩试验下,强度和变形也具有显著的角度效应,0°和90°试样的峰值强度和峰值应变均较大,且均为穿层理剪切破坏,中间角度的强度和变形能力相对较弱,以顺层理或与层理呈小夹角剪切破坏为主;黏聚力和内摩擦角随层理交角大体呈两边高、中间低的变化趋势,其本质上反应的是基质与层理的抗剪性能差异;可以用横观各向同性模型表征煤岩的各向异性特征,并获得了5个独立参数。该研究揭示了汪家寨煤岩的各向异性的变形与强度特征,可为同类煤储层井壁稳定性评价、压裂设计及缝网扩展分析等提供重要理论依据及技术指导。

骨架式支承框架结构设计技术研究

借鉴于F119发动机外涵机匣的骨架式结构设计思想,提出了骨架式承力框架结构的设计技术研究并对骨架式中介机匣进行了初步研究。针对某型涡扇发动机的中介机匣结构建立了矩形、三角形、菱形三种骨架结构,根据构件的不同受载情况,分析了四种工况下典型骨架式中介机匣结构的强度和变形的规律。为快速有效的计算分析,编写了构件的参数化设计程序并形成了可视化界面的参数化设计软件平台,实现了建模、计算和查看结果的参数化,最终得出结论为三角形骨架结构较好。