高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型

为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性。在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系。研究结果表明:1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙。

煤岩蠕变试验及其灾变模型

为全面揭示煤岩长历时蠕变破坏机制,开展了长历时煤岩单轴压缩分级蠕变声发射试验,分析了不同应力水平下煤岩蠕变变形和声发射规律,在此基础上,把临界幂律灾变函数引入理想黏弹塑性体,并与Burgers体串联,建立煤岩灾变蠕变模型。结果表明:煤岩单轴蠕变经历减速、稳定和加速蠕变3个阶段,声发射参数的变化规律能很好地反映煤岩蠕变3个阶段的变形特征;减速蠕变阶段内声发射事件较活跃,稳定蠕变阶段内低应力水平下声发射活动比中应力水平多,当从稳定蠕变阶段到加速蠕变阶段时,煤岩突然宏观脆性破坏,应变发生突变,声发射突然增大,呈现灾变破坏特征;高应力水平下的减速和稳定蠕变阶段煤岩内部裂隙充分且均匀发育,最终导致煤岩发生粉碎性的灾变破坏,这一破坏特征不同于单轴压缩破坏的剪切破坏;煤岩灾变蠕变模型能全面体现煤岩减速、稳定和加速蠕变阶段,已有几种非线性蠕变模型预测高应力水平蠕变试验结果相关系数最大为0.74,而灾变蠕变模型预测的相关系数大于0.97。岩石蠕变试验数据拟合结果表明灾变模型能够很好地描述各类岩石蠕变过程,临界幂律指数β对灾变破坏起控制作用,随着β的不断增大,岩石蠕变也从渐进式破坏转变为灾变破坏,从而验证了此煤岩灾变蠕变模型的正确性和适用性。

宽幅温度和应力范围下蠕墨铸铁的蠕变试验及本构模型对比研究

随着发动机功率密度的增加,气缸盖在运行过程中所承受的温度和应力也增加,因此蠕变损伤预测需要考虑准确的蠕变本构模型和参数。针对蠕墨铸铁(Compacted Graphite cast Iron,CGI)气缸盖大范围的温度和应力工作条件,开展温度450~550℃、试验应力100~300 MPa条件下的CGI蠕变试验,进行表征宽幅温度和应力下CGI最小蠕变速率的蠕变本构模型对比研究。研究表明:与较小的温度和应力范围相比,在宽幅条件下CGI更容易发生蠕变损伤,且温度相比应力更能促使CGI发生蠕变变形;分别基于Norton⁃Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和变形机制的真应力(Deformation Mechanism⁃based True Stress,DMTS)模型,结合多目标优化方法,构建了CGI蠕变本构模型。其中,基于DMTS模型的CGI蠕变模型有73%的预测值在两倍误差范围内,吻合效果在三种模型中为最佳。

干湿循环下安置房混凝土蠕变试验研究

为进一步研究安置房混凝土在干湿循环作用下的蠕变特性,在不同干湿循环天数和分级加载条件下进行单轴压缩蠕变试验。通过肥西县产城融合示范区安置点二期项目试验结果表明,随着干湿循环次数增加,轴向蠕变应变也随之增加。且在一阶应力(6.926 MPa)和高应力水平(14.719 MPa)下,轴向应变较大。安置房混凝土试件的瞬时变形和蠕变变形随着干湿循环次数的增加而增大,循环28次后的变形值明显增大。随着干湿循环天数增加,弹性模量呈先增大后减小趋势。当干湿循环天数为0时,安置房混凝土的相对动弹性模量仅为43.6 MPa,而随着干湿循环天数继续增加,相对动弹性模量呈下降趋势。

锚杆(索)蠕变试验在软土地区基坑支护中的应用

软土因其具有高含水率、高压缩性、低承载力以及复杂结构等工程特性,致使普通锚杆(索)并不宜在软土层中应用。扩大头锚杆(索)可以弥补普通锚杆(索)的不足,提供较高、较稳定的承载力。本文以珠海横琴地区软土基坑支护锚索为研究对象,开展了蠕变试验确定锚索极限承载力,验证了扩大头锚杆(索)在该地区基坑支护的可行性,并且为项目后续设计变更提供了重要依据,也为类似工程提供了宝贵经验。

铝合金蠕变试验方法简述

铝合金材料因高温力学和抗蠕变性能不佳,影响了其在高温环境中的使用寿命和性能稳定性。本文简述金属蠕变特性、参照GB/T 2039-2012金属材料单轴拉伸蠕变试验方法、GB/T 30552-2014附录B铝合金单线抗压蠕变试验方法对铝合金蠕变性能进行测试,讨论不同环境条件下拉伸应力蠕变和抗压蠕变试验的影响因素,为电线电缆质量检测行业工作者判断铝合金芯挤包绝缘电力电缆蠕变性能是否良好提供了检验方法。

一种耐火材料荷软蠕变试验炉用双联活塞下加荷装置

本实用新型涉及荷软蠕变试验炉技术领域,尤其涉及一种耐火材料荷软蠕变试验炉用双联活塞下加荷装置。包括测力计、第一液压缸、第二液压缸、挂架、重砣与升降装置;所述第一液压缸的活塞杆与测力计相连,测力计与加压棒相连,加压棒给试样施加压力,活塞杆、测力计与加压棒轴线相同,轴线竖直;第一液压缸、第二液压缸缸体通过连接管连通;所述重砣放置在挂架上,通过挂架给第二液压缸内的液体施加压力.

新型恒应力蠕变试验机装置研制及应用

基于原有蠕变试验机在实际测量过程中实验误差较大,不能实现恒应力加载,对其进行了改进,设计了一种新型恒应力蠕变试验机。对新型恒应力蠕变试验机加载力臂的结构进行了理论计算推导,分析了加载力臂设计的可靠性,并用该试验机测试了GH4169合金的蠕变曲线。结果表明,新型恒应力蠕变试验机可以保持蠕变试样始终受到恒定应力,能实现更精确地测量金属材料的蠕变性能的目的。

三峡库区马家沟滑坡滑体粗粒土蠕变试验研究

为进行滑坡建模和数值模拟的需要,针对三峡库区马家沟滑坡滑体粗粒土开展了三轴蠕变试验,研究了不同围压、不同应力水平下滑体土的蠕变变形规律。试验表明,滑体粗粒土具有明显的非线性蠕变特征,蠕变过程可分为减速蠕变和匀速蠕变2个阶段;围压和应力水平对蠕变速率和蠕变阶段划分有重要影响。采用应力-应变关系为指数函数,应变-时间为幂函数的Singh-Mitchell(简称S-M)蠕变模型描述粗粒土的蠕变特性,与试验数据对比表明,S-M蠕变模型与试验结果具有较好的一致性,能很好地描述该粗粒土的蠕变特性。

破裂砂岩蠕变试验研究

为了认识破裂砂岩蠕变特征,利用MTS815岩石力学试验系统,对永川煤矿T3xj6砂岩进行一系列加载水平的峰后蠕变试验,并用改进的西原模型描述破裂(峰后)砂岩蠕变全过程。试验结果表明,破裂砂岩失稳蠕变过程与煤岩一般的蠕变规律相似;破裂砂岩也存在长期强度,其值可根据岩石加载过程中的应力–应变关系通过理论分析的方法得出;破裂砂岩蠕变全过程可用改进的西原模型描述,对加载应力大于Sh(破裂砂岩的长期强度)的情况,模型的参数可用最小二乘法求得;影响破裂砂岩蠕变成功进行的因素是岩样的均质性、加载控制和岩样移送三轴压力室前密封的可靠性。研究结论对揭示地下工程灾害发生的时滞性、确定掘进巷道围岩支护参数等有重要的参考意义。

锦屏一级水电站大理岩蠕变试验与流变模型选择

结合锦屏一级水电站地下厂房洞室群施工期和运行期围岩长期稳定性分析的实际需要,对厂区大理岩进行蠕变特性试验。对于用作比较的Hooke-Kelvin和Burgers两种常用流变模型及其模型参数确定问题进行简要阐述,推荐采用非线性最小二乘拟合的方法直接得到模型参数。对所采用的蠕变试验系统和蠕变试验方法,进行简要的说明和介绍。单轴和双轴蠕变试验结果表明,厂区大理岩试件在所处的应力状态下表现出一定的时效特征,经过一段时间的衰减蠕变后变形趋于稳定,符合Hooke-Kelvin流变模型所描述的蠕变特征,模型拟合曲线与试验数据能很好地吻合。因此,建议采用Hooke-Kelvin流变模型描述大理岩的流变性质。而Burgers模型不宜用来描述大理岩这样的硬质岩石的黏弹性性质,对于Burgers流变模型则应考察较长时间的试验数据。采用Hooke-Kelvin模型能够较好地解释锦屏一级水电站厂房洞室群开挖后变形最终趋于稳定的事实,试验所确定的流变模型及其参数可用于洞室群施工期和运行期的长期稳定性数值仿真模拟。

沥青混合料蠕变试验数据处理与粘弹性计算

为了获得沥青混合料粘弹性本构关系,并利用这种本构关系进行各种数值计算,结合贯入试验中采集到的蠕变数据,采用Matlab软件对蠕变柔量进行拟合,得到了由广义Maxwell模型和Burgers模型表示的粘弹性参数;针对ANSYS有限元软件的计算要求,推导了将其转化为Prony级数形式的计算公式.通过实例计算表明:四参数Burgers模型和六参数Maxwell模型的拟合相对误差分别小于0.7%和1.3%,利用Prony级数方法得到的计算结果与理论解误差不大于0.001%.Burgers模型比广义Maxwell模型更能准确表达沥青混合料的本构关系;Prony级数的转化公式方法简单,计算精确.

软黏土的三轴蠕变试验与修正的Singh-Mitchell蠕变模型

为了准确地掌握软黏土的蠕变特性,以湖南省竹城公路路基软黏土为研究对象,采用梯级荷载加载方法进行了室内三轴固结不排水蠕变试验,获得该软黏土蠕变试验数据和曲线。然后采用Singh-Mitchell经验蠕变模型描述该软黏土的蠕变特性,但模型计算结果与试验结果误差较大。分析Singh-Mitchell模型与试验结果产生误差的原因,通过对Singh-Mitchell模型的指数函数部分进行改进以及将原幂函数部分改换成双曲线函数,建立修正的Singh-Mitchell蠕变模型,并将新建立模型的计算结果与试验结果进行比较。研究结果表明:所建立的修正的Singh-Mitchell蠕变模型与试验结果一致性远优于原Singh-Mitchell模型,能更好地描述该软黏土的蠕变特性。

大岗山水电站坝区辉绿岩脉压缩蠕变试验研究

压缩蠕变试验是了解坝区软弱岩体蠕变变形特性的重要手段,是建立岩体压缩蠕变本构模型的基础。详细介绍大岗山水电站坝区辉绿岩脉大型刚性承压板压缩蠕变试验过程、方法和试验成果,深入分析压缩蠕变变形随时间的变化规律;利用蠕变试验数据回归拟合得到坝区辉绿岩脉的压缩蠕变经验方程,为深入认识和了解大岗山水电站坝区辉绿岩脉的流变力学特性提供重要的试验和理论依据。

三峡泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究

三峡古滑坡的变形和长期稳定的控制性因素,在于滑动带土力学特性的强度损伤积累和时间效应。为了滑坡建模和稳定数值分析的需要,进行了泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验研究。并在此基础上,给出了排水条件下粘性土的Mesri蠕变模型,即剪应力-应变关系采用双曲线模型,应变-时间关系采用幂函数来描述土体的弹粘塑性。

基于蠕变试验的沥青粘弹性损伤特性

通过BBR-弯曲梁流变仪在不同温度下进行沥青小梁蠕变试验,得到了不同温度下的蠕变柔量曲线。通过移位,按WLF公式推导得到了不同温度下的移位因子和各个温度下的蠕变柔量主曲线簇。用Weibull函数来描述沥青内部缺陷的分布,将Burgers粘弹性模型与连续损伤因子模型二者耦合建立了沥青的粘弹性损伤模型。理论模型和试验结果比较吻合,表明在沥青粘弹性性能评价过程中考虑损伤效应的影响是必要的。

向家坝水电站坝基挤压带岩石三轴蠕变试验及非线性黏弹塑性蠕变模型研究

基于岩石常规三轴蠕变试验成果,研究向家坝水电站坝基挤压破碎带砂岩蠕变力学特性,分析岩石轴向和侧向蠕变规律。在低应力水平下,岩石仅发生衰减蠕变和稳态蠕变,而且稳态蠕变阶段的应变速率为非零常数,蠕变量不可忽视,岩石变形满足Burgers蠕变模型。当应力达到一定水平时,岩石经过衰减蠕变和稳态蠕变之后发生加速蠕变破坏。不同围压下蠕变破坏特征不同,尤其是加速蠕变启动时间的差别较大,据此提出加速蠕变启动元件。通过将加速蠕变启动元件与Burgers模型串联,建立一个新的岩石六元件非线性黏弹塑性蠕变模型,并从理论上对其蠕变力学特性进行讨论。推导三维应力状态下的岩石蠕变本构模型公式,研究蠕变参数辨识方法。通过与试验曲线的比较,显示所建非线性蠕变模型的正确性与合理性。

软黏土蠕变试验及其经验模型研究

针对湖南竹城公路路基软土开展了系统的三轴固结不排水蠕变试验,得到不同围压、不同应力加载等级下的全过程蠕变曲线。进而通过"陈氏加载法"得到分别加载下蠕变曲线和应力-应变等时曲线。以围压100 kPa为例,得出应力-应变关系采用幂函数,而应变-时间关系采用双曲线关系的蠕变方程。对比分析表明,该蠕变方程较Singh-Mitchell模型、Mesri模型更适应试验数据,能够更好地反映和预测该软土的蠕变特性。

基于抗裂性能的沥青混合料低温弯曲蠕变试验

采用KLM70#、KLM90#、KLM110#和科氏SBS(苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物)改性沥青及AC-13、JW-13、Sup-13三种级配的混合料,分别进行低温弯曲蠕变试验来评价沥青混合料的低温抗裂性,评价指标为蠕变速率、应力水平,研究了老化及不同油石比对弯曲蠕变试验结果的影响。结果表明:就抗裂性而言,大标号沥青优于小标号沥青;细型密级配混合料优于粗型密级配混合料;加大油石比可提高抗裂性,但不宜过大。

软岩蠕变试验与理论模型分析的对比

使用Instron - 1346型电液伺服刚性试验机 ,采用陈氏加载法 ,作了软岩的单轴和三轴蠕变试验。利用非牛顿体粘性元件构成五元件的改进西原正夫模型 ,探讨了与时间有关的软岩一维和三维的本构方程和蠕变方程 ,全面反映了软岩真实的三阶段蠕变实验规律。通过非线形的麦夸脱法求得的软岩流变力学参数形成的理论结果与软岩的实验结果的对比分析 。