PPGF-灰岩胶结面剪切力学特性试验研究

为探究浆液—裂隙胶结面的剪切开裂破坏规律与力学响应机制,以新型石墨烯基注浆材料PPGF为研究对象,开展了不同石墨烯掺量、不同裂隙粗糙度以及不同法向载荷条件下的PPGF-灰岩胶结体直剪试验,得到了石墨烯、裂隙粗糙度与法向载荷对胶结面开裂、剪切应力与法向位移的影响规律。结果表明:随石墨烯掺量的增加,最大剪切应力呈先增大再减小的变化规律,并且掺量为0.036%时增幅最大。当胶结面的剪切破坏以爬坡滑移为主导时,石墨烯与法向载荷对剪胀位移的影响较小,当剪切破坏以剪断滑动为主导时,石墨烯和法向载荷对剪胀位移影响较大。石墨烯可以增加PPGF的黏结强度,延缓胶结面开裂。开裂剪切位移随粗糙度的增大而增大,随法向载荷的增加而减小。

基岩-混凝土胶结面剪切强度JRC-JCS模型研究

通过室内直剪试验,系统地研究了粗糙度、正应力对混凝土与基岩胶结面抗剪强度的影响,从而提出微风化花岗岩 混凝土胶结面剪切强度的JRC JCS模型,并给出了该模型的粗糙度适用范围.该模型考虑了粗糙度和正应力对胶结面剪切强度的影响,解释了剪切试验结果.此外,讨论了胶结面剪切强度的尺寸效应,给出粗糙度系数JRC与胶结面尺寸的关系式,为工程设计提供参考依据.

岩石-混凝土两相介质胶结面抗剪强度分形描述

针对润扬大桥南汊悬索桥锚碇胶结面抗剪强度取值问题,运用分形几何理论,从岩体结构面起伏角的角度出发,建立了均方根角法(ARMSS)测算岩石与混凝土胶结面轮廓线的分形维数,并给出了分形维数与粗糙系数(JRC)之间的相关关系。通过大量的混凝土–花岗岩粗糙胶结面抗剪强度试验,探讨了两相介质胶结面粗糙度对其抗剪强度参数值大小、剪切变形特性以及剪切破坏机制的影响,得到了胶结面粗糙度分形维数与抗剪强度指标之间的经验关系式。研究结果为润扬大桥南汊悬索桥南北锚碇抗滑结构设计提供了可靠的理论依据和借鉴作用。

岩石-混凝土两相介质胶结面粗糙系数的分形描述

针对润扬长江公路大桥南汊悬索桥锚碇胶结面抗剪强度(抗剪强度的大小与胶结面粗糙度紧密相关)取值问题,采用室内控制粗糙系数试验的方法,测试了不同粗糙度的花岗岩与混凝土胶结面的抗剪强度.从形态数学原理出发,建立了均方根坡角法(ARMSS)测算岩石与混凝土胶结面轮廓线的分维数,定量描述其粗糙程度.岩石与混凝土胶结面粗糙系数(JRC)可由分形维数D与分形截距A来确定,通过分形分析可以定量估计岩石力学中的JRC值.

软岩井巷喷射混凝土抗渗机制及模拟试验研究

针对豫西滑动构造区软岩巷道在喷射混凝土支护条件下的抗渗性能问题,从立方定律基本理论着手,结合地下水层流渗透特点,按照不同的施工条件进行了黏结面渗透性能的模拟试验,并导出了相应的计算公式。通过试验结果的对比和分析,可以清晰了解到岩性、粗糙度、界面剂和大型刻槽等各种影响因素之间相互作用的过程和机理。即:(1)黏结面作为结构上的薄弱面,其渗透性要远远大于岩体和混凝土本体的渗透性,而粗颗粒软岩黏结面的渗透性也要远远大于相应的细颗粒软岩;(2)限制岩体结构面的粗糙度、使用各种界面剂以及布置适当的人工刻槽均能提高黏结面的抗渗性能;(3)岩体结构的荷载条件是黏结面渗透性能的一个重要影响因素。

高温变温条件下喷射混凝土-花岗岩胶结面剪切强度

选取法向应力、养护初始温度、养护湿度、胶结面粗糙度(JRC)等级4个影响因素,采用正交设计确定并开展25组喷射混凝土与花岗岩不规则胶结面的直剪试验,试件养护采用基于高岩温隧道喷射混凝土温度变化规律的高温变温养护方法。结果表明:法向应力、养护初始温度、养护湿度、胶结面粗糙度均对喷射混凝土与花岗岩不规则胶结面的剪切强度影响明显;各因素对剪切强度影响由强到弱依次为法向应力、养护湿度、养护初始温度、胶结面粗糙度;剪切强度随法向应力和养护湿度的增加而增大,随养护初始温度和胶结面粗糙度的增加先增大后减小;剪切强度计算公式可表示为包含法向应力、温度、湿度、胶结面粗糙度等级的多项式。

工程岩体完整性评价的实用方法研究

采用结构面统计与结构面结合特征识别相结合的方法,从结构面几何发育特征和结合特征两方面评价工程岩体完整性。用体积节理数评价结构面几何发育特征,并引入岩体几何完整性系数Ig来表征。根据结构面张开度和充填胶结特征将其结合程度分为5级,给出各级的定性特征描述,并引入结构面结合程度系数Ip对其量化。进而定义了岩体完整性指数将岩体完整性划分为完整、较完整、破碎、较破碎和极破碎5级,并给出对应的定性特征描述和Irm值区间。结合公路隧道工程实例,分别采用文中方法、声波测试法和体积节理数测量法对隧道围岩完整性进行了评价并对评价结果进行了比较。结果表明,文中方法得到的岩体完整性指数Irm与声波测试法得到的Kv基本一致,而体积节理数量测法的评价结果整体上大于声波测试方法。

平面应变条件下水泥土强度特性试验研究

通过水泥土平面应变试验和三轴压缩固结排水试验(CD试验),对水泥土力学特性进行研究,讨论两种试验条件下水泥土的应力-应变曲线变化特点和强度特性。试验结果表明,水泥土的应力-应变曲线为软化型,软化程度与围压有关,平面应变条件下水泥土软化明显;CD试验和平面应变试验的强度破坏线均为直线,可用摩尔-库仑强度准则来描述;两种试验条件下的残余强度均随围压的增加呈线性增大,其中平面应变试验残余强度高于CD试验,残余强度与峰值强度的比值随围压的增大而增大,增大速率减小;平面应变条件下,水泥土的破坏强度约为三轴CD试验的1.4～1.6倍。从微观结构和能量守恒原理解释了CD试验和平面应变试验水泥土软化成因,认为水泥水化物等凝胶材料是水泥土软化的主要因素,且中主应力的存在使水泥土软化更加明显。

一种带保护层的套管及其环空密封性

针对高套管压力井出现的环空密封失效问题,设计一种能够减轻高套管交变内压力对水泥环的挤压破坏的套管,并将其命名为抗压及保护型套管(compression resistance&protection casing,CRP套管)。建立井筒的多层厚壁圆筒模型,分析水泥环内壁的最大径向应力和位移;建立试验设备验证设计的工程可行性,并通过控制温压模拟实际井筒工况。计算结果表明相较于常规套管,CRP套管水泥环内壁的最大径向应力和位移的降低幅度分别为20.75%~26.66%和33.3%~76.8%,理论上可以保护水泥环密封完整性;试验中CRP套管能够使水泥环多承受19.4 MPa的套管压力,证明了该套管良好的工程可行性。

纳米硅水泥土本构模型研究

在试验的基础上,以塑性理论为指导,采用相关联的流动法则,假定塑性功硬化规则,推导出纳米硅水泥土材料的弹塑性本构关系;给出了硬化模量的一般形式,可结合试验资料,方便地求出硬化模量。

硬质合金中WC晶面取向分布形成的机理研究

采用本研究组原创的原位合成短流程专利技术,结合制备方案和工艺参数优化,研制出了具有高度WC特征晶面取向分布的WC-Co硬质合金块体材料。利用X射线衍射分析和背散射电子衍射(EBSD)方法对所制备的硬质合金材料的物相组成、取向特征进行了系统的表征研究,同时对WC特征晶面取向分布形成机理从粉末物相组成和烧结过程参数两个方面进行了分析讨论。研究结果表明:WC晶粒呈现明显的板状晶,硬质合金块体在垂直于烧结压力方向上具有WC晶粒基面(0001)择优取向分布,在平行于烧结压力方向上,基面面积分布比例明显减少,相应的出现了WC晶粒柱面(10-10)的择优取向分布。粉末中缺碳相含量和烧结过程中辅助压力的大小对最终制备的合金块体WC晶粒的取向分布起着决定性的作用,缺碳相在烧结的过程中进一步碳化形成板状WC晶粒并在压力的作用下趋于基面垂直于压力方向分布为块体中WC特征晶面取向分布的主要形成机制。

纳米硅水泥土屈服特性分析

在试验的基础上,首先描绘出纳米硅水泥土在子午面上的图形,假定偏平面上拉、压屈服点以椭圆线相连,建立了纳米硅水泥土的屈服准则。并与常规岩土材料的屈服准则进行了比较和试验验证,结果表明:建立的屈服函数比较符合纳米硅水泥土的屈服性状。

水泥净浆流动度影响因素分析及净浆自流淌平台研制

排除水泥和外加剂本身特性、状态因素,水泥净浆流动度还受到测定流动度的玻璃板是否水平、操作者上提截锥圆模速度、浆体和试验玻璃面的浸润性等因素的影响,其中测定流动度的玻璃板是否水平是最主要的客观因素。尤其在净浆中添加一定比例的外加剂,净浆流动性更好,玻璃板面不水平带来的偏差更大。为提高净浆流动性结果准确性、稳定性,我们开发制作了一种自流淌水泥净浆标准平台,设计原理简单,易于调整水平,方便携带。试验完毕可直接在玻璃平面上读数,不仅提高了试验检测结果的重复性、再现性,同时提高了试验效率。

几种固井质量评价测井仪器分析

为了能够更深刻认识和评价油田生产中的水泥固井质量,测量两个胶结面的实际胶结情况,水泥固井质量评价测井仪器从最早先应用的声幅测井仪发展到声波变密度组合测井仪,在此技术基础上有研发出了多种类型的多扇区声波成像测井仪。在声波测量原理之外还开发出了声波-伽马密度组合测井仪、超声波水泥环周成像测井仪、以及目前最先进的超声波与绕曲波组合测量的IBC套后成像测井仪器等。

增厚-光胶法控制超薄、变形平面零件的加工工艺研究

以一直径为27mm,N=2,ΔN=0.5,B≤和θ≤2′的K9平面零件加工为例,详细介绍了增厚-光胶法控制超薄、变形平面的加工工艺流程及采取的关键工艺措施,并对加工过程中的参数进行了分析和总结,最后确定了保证该零件各项指标的量化参数。实践证明:该方法能够保证零件高精度面形及平行差要求,解决了超薄、变形零件在长期加工中出现的合格率低、返工率高现象。该方法在保证零件精度的同时,大大提高了生产效率,降低了成本,适用于批量加工。

多孔混凝土内部孔隙特征研究

采用数字图像处理技术直接观测多孔混凝土内部孔径大小分布与平面孔隙率,并探讨了孔隙率、水灰比和骨料粒径对多孔混凝土内部孔径大小分布以及平面连通孔隙率的影响。实验结果表明,孔隙率与水灰比对平均孔径影响不大,骨料粒径越大,混凝土内部平均孔径也越大。在较低孔隙率(20%,25%)情况下,平面连通孔隙率约为20%,在较高孔隙率(30%)情况下,平面连通孔隙率增长至29%;骨料粒径越大,水灰比越大越有利于形成平面连通孔隙。

基于矩形微透镜阵列的红外焦平面集成技术研究

微小型化是红外焦平面探测器发展的必然趋势,微小型化将使目前焦平面阵列存在的占空比小、光能利用率低的问题体现的更加明显,针对这一状况,提出一种利用分子间引力的光胶技术将矩形孔径球面微透镜阵列集成于红外焦平面之中。采用几何光学理论分析了微透镜阵列的聚能效应,设计并制作"栅线"和"方孔"双对准标记,采用衍射光栅同轴对准方法使两种器件的对准精度达到0.1μm。对集成前后红外焦平面阵列性能进行测试,发现响应率提高了近40%,探测率提高了约20%,红外焦平面的噪声从758.89μV下降到668.23μV。最终得到结论:光胶法用于两种器件的集成具有耐温性好、变形小、强度高等优点,集成后红外焦平面的探测性能显著提高,有利于探测器微小型化发展。

套管-水泥环-地层应力分布的理论解

利用弹性力学理论研究地应力场中套管-水泥环-地层系统应力分布的理论解,在求解过程中,将原问题分解为两个相对简单的子问题．考虑到套管井系统是层状结构的特点,且各层受力情况具有相似性。进一步地,基于两个弹性力学平面应变基本问题的解,采用结构力学的求解思想,由位移连续条件分别求得了两个子问题的解,最后由叠加原理得到了原问题的理论解．

生产汽车换热器平行流铝扁管的硬质合金镶嵌挤压模

分析了汽车换热器平行流铝扁管的结构和传统挤压模具结构的特点。提出采用硬质合金镶嵌挤压模的结构。介绍了上模模芯采用硬质合金镶嵌的原理,利用斜面结构具有自动补偿和自锁的特点,并对传统的模具结构进行改进,增设前置分流保护板,同时在上模开设工艺槽,其结果是降低了硬质合金镶件的受力,提高了硬质合金镶件的稳定性以及上下模配合间隙的准确性。还介绍了下模的硬质合金镶嵌方法,利用硬质合金与钢材线膨胀系数的差异,采用销子定位的方式,可以使销子与硬质合金镶件的配合由常温下的间隙配合变成高温工作下的过盈配合,结果是硬质合金的镶嵌更加牢固可靠。实践表明效果良好,挤压模具的寿命大大提高。

大型岩石结构面直剪试验模拟材料研究

根据相似原理和岩石结构面直剪试验的要求,选择高强水泥砂浆作为模拟材料。通过严格控制原材料,优选配合比,掺加硅粉和高效减水剂等措施,可以制备出强度达到72Mpa的匀质水泥砂浆来模拟岩石材料,从而解决了大型岩石结构面直剪试验取样困难的问题。