单轴冲击荷载下煤体损伤及破坏特征分析

为探究单轴冲击荷载下煤体损伤破坏特性及演化规律,采用分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar)装置,通过调节储气室气压值,获得煤样在5 m/s冲击速度下的动力学响应结果,并以此为主要参考依据,确定模型细观物理力学参数;利用PFC3D软件,进行了在单轴冲击荷载作用下,含不同角度的闭合和非闭合直裂隙(0°、30°、60°、90°)的煤体在5 m/s冲击速度下,以及不含裂隙煤体在不同冲击速度下损伤破坏过程的数值模拟试验;探究了单轴冲击荷载下,冲击速度、裂隙分布角度等因素对煤体损伤破坏特征的影响。试验结果表明:冲击速度较低的时候,煤样主要遵循变形破坏准则,当冲击速度增长到一定程度时,则主要遵循强度破坏准则;裂隙通常由4个角和裂隙的尖端等介质突变处产生,呈现“V”形或“X”形扩展趋势,最终呈现出X形破坏带;煤样内外层呈现出不同的破坏形式,内层较于外层更接近三向应力状态,因此更容易发生剪切破坏,而外层就更容易发生拉伸破坏;总的来说,在单轴冲击荷载作用下,煤样主要破坏形式为拉伸破坏。

多重随机等效桁架模型模拟混凝土单轴冲击试验

混凝土材料在冲击荷载作用下会表现出与静态荷载下不同的特性。冲击荷载试验是研究动态力学性能的主要手段,其不足之处是成本高、对试验模型的形状、尺寸要求高,加载不易控制等,同时由于试验设备和试验技术的限制,试验结果离散性较大。传统的数值仿真试验需要划分大量的计算单元描述混凝土的各种缺陷,计算细致复杂。基于自动元胞机理论的多重随机等效桁架模型理论提供了一种在任何尺度上描述材料内部微裂纹、微空隙以及不均匀性的新方法。本文在总结了冲击荷载下等效模型各个参数的控制作用之后,提出了一套数值试验方案,对混凝土单轴冲击试验进行数值模拟,证明了该方法的有效性,为复杂受力条件下的混凝土破坏过程研究提供了一种新的手段。

高应变率下预制单节理岩石SHPB劈裂试验能量耗散分析

应用SHPB试验装置研究预制单节理岩石的能量耗散关系。使用SHPB试验系统,对高径比为0.5的完整花岗岩试样及预制单节理花岗岩试样进行高应变率下的冲击劈裂试验。在相同驱动气压下,改变加载方向与节理间的夹角,完成高应变率相同入射能下的冲击劈裂试验。对SHPB系统中的入射能、反射能、透射能及试样吸收能的时程变化规律进行了分析;从能量角度出发,分析冲击荷载作用下单节理岩石的能量耗散规律及其各向异性特征。结果表明:高应变率下,完整花岗岩试样在冲击劈裂试验中的吸收能随平均应变率增加而增加,表现出显著的应变率相关性;预制单节理岩石与加载方向之间夹角对破坏模式的影响明显,节理试样产生3种破坏模式:(1)穿越节理面的劈裂破坏;(2)沿节理岩石层面的滑移破坏;(3)劈裂与滑移破坏共同作用下的破坏。在入射能基本相同,入射时间较长时节理岩石试样吸收能较入射时间较短时的吸收能大。动态劈裂试验中,节理试样的吸收能随节理角度变化(0°~90°)近似呈U型。研究成果可为节理岩石动态力学性能研究提供参考。

钢纤维页岩陶粒混凝土SHPB试验研究

为研究钢纤维页岩陶粒混凝土在台风、海浪和地震等动荷载作用下的动力学性能,制备了5种不同钢纤维掺量的钢纤维页岩陶粒混凝土试件进行静态抗压试验和SHPB单轴冲击试验,分析了3种冲击气压下材料的应变率效应和钢纤维体积掺量对动态抗压强度的影响,并用BP神经网络模型预测了动态抗压强度。结果表明,材料的应变率效应主要体现在增强效果上;不同应变率会影响钢纤维掺量对动态抗压强度的增幅,其中低应变率下增幅最大;BP神经网络模型对钢纤维掺量较小的试验组动态抗压强度预测较准确。

单桩冲击特性模型试验研究与理论分析

单桩冲击特性研究是基桩高应变检测技术和打桩工程的理论基础。本文首先通过基桩模型试验方法研究了在不同荷重和落距的冲击荷载作用下的单桩贯入度、桩身轴力和桩侧摩阻力特性,然后采用弹性动力学方法建立了桩土滑移条件下单桩在冲击荷载作用下的动力模型,获得了桩身轴力的解析解,计算结果表明理论解与模型试验结果能较好的吻合,说明不考虑滑移的完全黏结模型过高的估计了桩土间的摩阻力,桩土滑移模型可以更好地模拟单桩的冲击作用。

高应变率下的岩石动载特性对爆破效果的影响

本文采用三轴SHPB装置对多种矿岩进行了高应变率的动载特性试验,并进一步阐述了该特性对爆破效果的影响。