新型岩石直接拉伸试验对中装置研制及应用

岩石直接拉伸试验中普遍存在受拉偏心的问题,使得试验的成功率较低。该文研制了一套岩石直接拉伸试验对中装置,包括黏接对中装置和动态拉伸对中装置两部分,可直接匹配万能试验机和标准岩石试件使用。为验证该装置的可靠性,对8种不同类型的岩样开展了直接拉伸试验,准确获得了岩石抗拉强度、拉伸弹性模量等拉伸力学参数,以及岩石拉伸全应力-应变曲线,证明装置能够有效解决直接拉伸试验中岩石试件偏心受力的问题,也为工程提供了重要的直接拉伸力学参数。

土工直接拉伸试验装置的研制及应用

针对现有土工直接拉伸试验装置的不足,研制了一套卧式直接拉伸试验装置;装置由拉伸加载系统、数字液压伺服控制系统、数据采集分析系统3部分组成。试验装置可开展多种易成型材料的直接拉伸试验,能精确测试材料的抗拉强度并能给出拉应力–应变曲线;巧妙设计了加载夹具解决了试验材料与拉伸装置的连接难题;能精确连续控制试验拉力,并能获得材料抗拉强度峰后段的拉应力–应变曲线。使用新研制的试验装置开展了黏土、铁晶砂相似材料和水泥砂浆的直接拉伸试验,试验结果表明:在黏土直接拉伸试验所涉及的含水率范围内,当干密度保持不变时,黏土的抗拉强度随含水率的增加逐渐降低,而峰值拉应变则随含水率的增加逐渐增加;黏土达到峰值强度后,并不会突然断裂而是存在一个软化段,此时土体仍然具有一定的承载能力;铁晶砂相似材料的抗拉强度随着松香酒精溶液浓度的增加而提高;随灰砂比的提高,水泥砂浆的抗拉强度和拉伸弹性模量均相应提高。

PBX巴西试验与直接拉伸试验的比较

为了研究用巴西试验测量PBX炸药间接拉伸强度的有效性,对PBX炸药进行了巴西试验和直接拉伸试验。结果表明,巴西试验测得的间接拉伸强度为3.60 MPa,直接拉伸强度为5.50 MPa,间接拉伸强度约为直接拉伸强度的65%。裂纹分析表明,巴西试验后PBX样品端面的初始开裂发生在中心点外,如偏心破坏,或者应力集中区的破坏,不满足巴西试验条件之一—中心起裂,认为巴西试验不能准确地表征PBX的拉伸强度。

超高韧性水泥基复合材料直接拉伸试验研究

对已有应变硬化水泥基复合材料薄板型试件的直接拉伸试验方法进行改进,并利用改进后的测试方法研究超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的受拉性能,通过试验系统地给出利用国产基体原材料配制的超高韧性水泥基复合材料的直接拉伸特性,具体包括直接拉伸应力-应变曲线和极限裂缝宽度等特征指标。试验结果表明,所研制的超高韧性水泥基复合材料的极限拉应变可以稳定地达到3%以上,并具有良好的裂缝宽度控制能力,在荷载达到峰值的情况下对应的裂缝宽度可以有效地控制在100μm以内,有些甚至在50μm以内,可称为"无缝混凝土"。还利用该方法对具有不同初始缝高比的双边对称开口薄板试件进行系统地研究,试验表明超高韧性水泥基复合材料对缺口不敏感,即使在初始缝高比达到0.5的情况下,超高韧性水泥基复合材料仍具有显著的应变硬化性能及良好的裂缝无害化分散能力。超高韧性水泥基复合材料这些优异的性能将使其在结构防裂、防水、抗震、耐久性修补与防护等方面发挥显著作用。

岩石试样围压下直接拉伸试验

圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的,Griffith准则认为压应力小于3倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响,这些问题都需要直接的试验验证.在50 mm×100mm试样两端粘结80 mm的拉头,置入液压缸中施加围压,拉头承受轴向载荷引起岩样拉伸;同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷,平衡其承受的部分拉伸载荷.通过改变轴向压缩载荷的数值,就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度.尽管试验结果具有相当的离散性,但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小,巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强度.岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述.

岩石直接拉伸试验与劈裂试验的对比研究

由于岩石抗拉能力低 ,在很多情况下 ,岩体工程的破坏是从岩石局部受拉破坏开始。采用直接拉伸法和劈裂法 ,在INSTRON - 1 345液压伺服刚性材料试验机和CSS - 44 0 0 0电子万能试验机上 ,分别对花岗岩、砂岩和泥岩进行了抗拉强度试验。试验证实了直接拉伸法较劈裂法优越 。

基于复合式试件直接拉伸试验的沥青加铺层抗拉强度研究

该文对由水泥混凝土薄层和沥青混合料小梁粘结形成的复合试件进行直接拉伸试验,研究了旧水泥混凝土路面上沥青加铺层的拉伸强度,分析和讨论了预留裂缝宽度、加铺层级配类型和环境温度等各种因素对沥青加铺层抗拉强度的影响。试验结果表明:沥青混合料的级配类型是影响抗拉强度的主要因素;低温条件下的抗拉强度高于高温条件下的抗拉强度;随着预留裂缝宽度的增加,复合试件的抗拉强度降低显著。

超高性能混凝土直接拉伸试验装置的研究

为获得超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)真实的拉伸性能,针对目前争议较大的直接拉伸试验装置,对外夹式、内埋式及粘贴式拉伸装置分别进行了试研究设计,并在此基础上设计出一种新型的直接拉伸试验装置改进方案。研究表明:试设计的拉伸装置均无法满足要求,而改进方案操作简单,其双向球铰可有效解决对中问题,同时试验夹具刚度大不易发生变形,故该改性方案可为UHPC直接拉伸试验标准提供参考。

直接拉伸试验及Superpave规范系统研究蜡对沥青低温性能的影响

用两种不同分子量的石蜡及一种微晶蜡掺和在沥青中，来研究蜡的性能(如分子量分布、平均分子量等)对沥青低温性能的影响。用Superpave沥青胶结料性能规范系统的BBR、DTT、临界龟裂温度(Tcritical)及玻璃转换温度(Tg)来研究掺有3％或6％蜡的沥青低温性能，低分子量及分子量分布窄的石蜡降低了沥青的DTT破坏应力，同时增加了正割模量(Secant Modulus)及BBR的热应力。微晶蜡对沥青的DTT破坏应力的影响比较少，并且不影响正割模量，但增加了BBR的热应力；但当将不同蜡的沥青混合，即将蜡的分子量分布扩大，则DTT破坏应力略为降低，正割模量不变，而BBR的热应力则减少。换言之，如果将含不同蜡的沥青混合，则蜡对沥青低温性能的影响降低，这会改善含蜡沥青的低温性能，原因可能是蜡的凝结受其分子量所影响，较宽的分子量分布会导致蜡在较宽的温度范围内慢慢凝结，缓和了蜡突然结晶对沥青低温性能的有害反应。

基于直接拉伸试验的钢纤维混凝土损伤特性研究

结合DIC技术对预埋螺栓式钢纤维混凝土试件展开直接拉伸试验,研究了钢纤维体积掺量、钢纤维长度和钢纤维类型对钢纤维混凝土开裂模式、抗拉强度、峰值应变以及裂后延性的耦合影响规律。研究结果表明:钢纤维混凝土在直接拉伸过程中的开裂声响、裂缝形态及裂缝数目等特性受钢纤维掺量影响显著;掺入钢纤维后混凝土的抗拉强度、峰值应变及裂后延性均有不同程度增加;相较于铣削型钢纤维浇筑时易出现重叠和成团现象,端钩型钢纤维更易浇筑均匀及密实,与混凝土基体间形成更加紧密的黏结,拉伸后期端部弯钩的变形抵抗力提升了桥联作用,端钩型钢纤维对抗拉强度和裂后延性的提升表现较优越。结合DIC结果进一步揭示了钢纤维混凝土直接拉伸作用下的细观破坏机理,钢纤维混凝土拉伸破坏可以分解为4个阶段:Ⅰ弹性阶段、Ⅱ细观裂缝稳定扩展阶段、Ⅲ裂缝失稳扩展阶段、Ⅳ纤维拔出阶段。根据试验结果建立了综合考虑混凝土基体特性、钢纤维体积掺量、钢纤维长度及钢纤维类型影响的钢纤维混凝土应力-应变模型,在此基础上,引入拉伸损伤因子综合考虑抗拉强度、峰值应变以及裂后延性对钢纤维混凝土损伤发展特性的影响。

岩石轴向直接拉伸试验装置的研制及应用

针对目前已有岩石直接拉伸试验装置的不足,研制轴向对中装置包括黏接对中装置和拉伸对中装置,两套对中装置可分别消除岩石试件黏接过程中的偏心和拉伸过程中的偏心,保证试件处于轴心受拉的状态。使用轴向对中装置和万能试验机,采用标准岩石试件进行直接拉伸试验,测试砂岩、灰岩和花岗岩的抗拉强度、极限拉应变和拉伸弹性模量,并给出拉应力–应变曲线。直接拉伸试验结果表明:岩石试件的拉断破坏面大都出现在试件中部;绝大部分岩石试件为脆性拉断破坏;岩石内部的裂隙对其抗拉性能影响很大,为了能精确测试岩石的抗拉强度指标,试验前应对试件进行严格的筛选。

低坍落度混凝土早龄期单轴直接拉伸试验研究

为了研究钢筋的存在对连续配筋混凝土路面(CRCP)早期开裂的影响,缓解连续配筋混凝土早期开裂的问题,为连续配筋混凝土路面设计提供依据,基于对轴向直接拉伸试验和间接拉伸试验试验难度和效果的区别,以及连续配筋混凝土路面在温缩和干缩作用下受力状态的符合程度,通过轴向直接拉伸模拟连续配筋混凝土路面早期开裂的过程,采用控制变量的试验方法对不同配筋率、不同配筋形式及不同龄期的钢筋混凝土试件在轴向拉力作用下的开裂性能进行试验分析。为探索钢筋和混凝土的应变以及裂缝的产生和发展的规律,基于传统直接拉伸试验,通过优化拉伸试件的形状与尺寸来提高轴向受力的符合程度,使用球铰支座固定试件避免试件偏心受压,利用高精度摄像与图片处理技术提高裂缝的发展过程中观测数据可靠度,采用位移控制模式对试件进行轴向拉伸并记录首次开裂以及裂缝发展过程中钢筋和混凝土应变数据。通过钢筋混凝土开裂过程的动态观测和试验数据分析,研究了在轴向受拉状态下连续配筋混凝土路面结构的力学性能,得出了首次开裂后不同配筋率的连续配筋混凝土的受力特点和引起配筋混凝土早期开裂的极限拉应力、应变的时变规律,并给出了相同配筋率下合理的配筋位置、配筋数量和钢筋的截面尺寸。

基于新型直接拉伸试验方法的砂岩力学特性研究

针对岩石传统直接拉伸试验方法面临的偏心受拉和应力集中两大难题,提出了一种新型直接拉伸试验方法:应用水刀切割将岩石加工成与金属标准拉伸试样尺寸一致的试样,然后用夹具连接在试验机上直接拉伸。2种砂岩试验结果表明,岩样为典型的脆性拉断破坏;单轴抗压强度为单轴抗拉强度的25~30倍,压缩弹性模量为拉伸弹性模量的5~8倍。通过对拉压强度试验结果的分析发现,经过拉伸截断修正的莫尔库仑准则更能合理地描述岩石在拉压状态下的巨大强度差异。

基于PIV劈裂试验膨润土抗拉强度公式的修正

用于高放废物深地质处置库的压实膨润土砌块因绑扎起吊,会受到拉应力的作用产生拉张裂隙进而影响其使用效果,因此系统研究膨润土的抗拉强度具有重要工程实际意义。基于粒子图像测速技术对压实膨润土进行了一系列的劈裂试验和直接拉伸试验,探求快速且准确获得膨润土抗拉强度的试验方法,同时基于PIV劈裂试验对膨润土抗拉强度公式进行了修正。试验结果表明:压实膨润土的抗拉强度随着含水率的增加呈先增加后减小的趋势,当含水率为13%时其抗拉强度最大。应力-位移关系曲线、位移矢量场和裂隙特征在阶段性划分中存在明显的一一对应关系。当压实膨润土的含水率和初始干密度均相同时,劈裂试验获得的抗拉强度大于直接拉伸强度。采用Frydman提出的修正系数2g和PIV劈裂试验获取的变形参数对劈裂抗拉强度进行修正,修正效果较好。同时在经典巴西劈裂公式基础上引入一个简化修正系数K,结合PIV劈裂试验结果也可快速、准确地获得压实膨润土的直接拉伸强度。

不同环境下混凝土动态直接拉伸特性研究

在MTS810电液伺服万能试验机上对47个哑铃形混凝土试件进行了不同应变速率(10-5～10-0.3s-1)下的直接拉伸试验,系统研究了两种湿度、两种温度混凝土在不同加载速率下抗拉强度、初始弹性模量、泊松比、临界应变,以及吸能能力与应变速率之间的关系.试验结果表明,混凝土速率敏感性是由混凝土中自由水产生的粘滞性以及破裂形式的改变引起的;随着含水量的增加,混凝土的拟静态强度有降低的趋势,对应变速率的敏感性有所提高;在低温条件下混凝土的拟静态强度较室温条件下有所提高,对应变速率的敏感性却有所降低.

2种岩石直接拉压作用下的力学性能试验研究

利用Instron1342液压伺服机对2种典型硬岩和软岩试样进行单轴试验,包括单轴压缩试验和直接拉伸试验,研究这两种岩石在直接拉压作用下的力学性能,对比2种岩石的单轴抗压强度和单轴拉伸强度。试验过程中监测岩石试样的轴向应变和水平应变,并记录岩石试样的声发射特征,得到2种岩石在单轴拉压下的应力–应变曲线和声发射计数率曲线,对比2种岩石在单轴拉压下的声发射变化规律。试验发现,直接拉伸下2种岩石在加载初期较大范围内基本无声发射事件发生,直到破坏前声发射事件数才突然增大。讨论2种岩石在不同加载模式下的弹性模量和泊松比变化关系,发现单轴压缩下,硬岩的弹性模量随载荷变化先增大而后趋于稳定,当载荷超过单轴抗压强度的80%时又变小;而单轴拉伸下,硬岩的弹性模量初始较大,随后随着载荷增大而逐渐减小。单轴压缩下2种岩石的泊松比为0.2～0.3,而单轴拉伸下岩石的泊松比很小,几乎可以忽略。比较2种岩石的破坏角、内摩擦角以及黏聚力,讨论2种岩石在直接拉压作用下的不同破坏模式。利用三维表面形貌扫描仪对直接拉伸试样的破坏断面进行三维扫描,得到破坏面细观结构图和裂纹面表面粗糙度曲线。

高延性纤维增强水泥基复合材料的直接拉伸性能

利用国产基体原材料制备了具有较高极限拉伸性能的高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC),研究了粉煤灰和胶粉对ECC直接拉伸性能的影响。试验结果表明:采用合理的配合比及测试方法,制备的ECC试件具有应变硬化及多缝开裂特征;粉煤灰掺量为80%时,7d、28d极限拉应变分别达到3.77%和2.86%,28d抗压强度为25.4MPa;掺入10%胶粉,7d、28d极限拉应变分别达到3.91%和2.37%。在满足强度要求的前提下,适当增大粉煤灰和胶粉掺量有利于提高ECC的延性。

击实黏土单轴拉伸特性试验研究

为研究土的拉伸特性,对击实黏土进行直接拉伸试验。试验表明,不同抗拉强度的击实黏土具有不同的拉伸应力-应变曲线型式,即应变软化型、应变硬化型和应变强化型;在试验涉及的干密度和含水率范围内,击实黏土的抗拉强度随干密度的增加而增加,随含水率的增加而减小,且具有较好的线性关系;拉伸速率对击实黏土的抗拉强度和应力-应变曲线的型式也有明显影响,对同一干密度和含水率的土样,低拉伸速率测得的抗拉强度往往较小,且应力-应变曲线为软化型,而较高的拉伸速率测得的抗拉强度较大,且应力-应变曲线为强化型。

岩石试样直接拉伸力学性能及声发射活动分析

为探究直接拉伸作用下岩石力学特性和损伤演化特征,对3种岩石试样进行单轴直接拉伸声发射测试,分析岩石的直接拉伸力学性能及声发射活动规律。结果表明,岩石试样的拉伸应力-应变曲线在试验加载初期表现为线性关系,随着载荷增加,应力-应变曲线缓慢弯曲;拉伸破坏前试样没有明显的屈服阶段,拉伸宏观破坏瞬间产生,没有峰后曲线;随着拉伸应力的增加,岩石内部低强度晶体或微裂隙发生破坏或扩展,使试样抵抗拉伸变形能力减弱,表现为试样拉伸弹模随拉应力增加而下降。拉伸过程中的AE活动对应着岩石内部微损伤的产生和发展,拉伸过程的初期和中期AE事件极少,在试样拉断破坏之前,声发射事件急剧增多,强度和能量急剧增大,远远大于前期AE信号的幅度。AE事件的位置分布与试样的宏观破坏面有较好的对应关系,表明实时分析AE或微震活动,可以分析岩石内部的损伤状态和破坏位置。

岩石单轴拉伸蠕变特性试验研究

采用自行设计加工的岩石拉伸试验装置,对砂岩进行了直接拉伸蠕变试验。结果表明:拉伸试验中蠕变量与总应变的比值明显高于压缩试验中相应值,表明岩石拉伸蠕变变形能力高于岩石单轴压缩蠕变。分析等时应力-应变曲线直线段斜率变化规律,得到Kelvin体弹性模量随时间变化的表达式,将其代入Kelvin模型中,得到一个改进的非线性广义Kelvin模型,并通过串联的方式,将之与一个能反映非线性加速蠕变特征的黏塑性体联结,组成一个新的非线性蠕变模型。利用非线性曲线拟合软件1st Opt,对试验曲线进行拟合,对模型参数进行辨识,对比试验曲线和拟合曲线,二者能较好地吻合,验证了模型的适用性。