北山花岗岩在单轴压缩条件下的端部效应试验研究

从我国高放废物地质处置工程室内试验技术需求出发,以北山花岗岩为研究对象,开展岩石在单轴压缩条件下的端部效应试验研究。通过开展4种高径比、3种端面条件下的岩石单轴压缩试验,获取岩石应力-应变曲线,得出岩石关键力学参数与高径比和端面条件之间的关系,进一步探讨端部效应带来的影响以及弱化/去除端部效应的方法。研究结果表明:1)端部效应对岩石力学参数测量结果的影响程度受岩样高径比和加载端面条件的共同作用,在岩石应力水平较高且变形趋势较大时,端部效应才真正发挥作用;2)在端面为普通垫板的加载条件下,端部效应随着岩样高径比的降低而增强,当岩石高径比由2.3下降到1.2时,岩石峰值应力测量结果均值提高约45.14 MPa,增长率约36%;3)采用减摩剂、自制减摩剂+铜箔片2种方式处理加载端面可有效减小端部效应,岩石峰值应力测量结果不再依赖岩样高径比的变化;4)端部效应对岩石弹性模量、泊松比、启裂应力、贯通应力等其他关键力学参数测量结果的影响不大。该文研究成果可为深入分析端部效应产生机理及优化复杂岩石力学试验设计提供有益参考。

岩石试件端面摩擦效应数值模拟研究

试件端面摩擦效应直接影响试件内的塑性等效应变、侧向位移的分布和单元应力应变曲线。本文运用ANSYS中的接触单元模拟了平面应变状态下端面摩擦效应对塑性等效应变、侧向位移和单元应力应变曲线的影响,得到了不同摩擦系数时塑性等效应变及侧向位移的渐进变化形式。当接触面摩擦较小时,塑性等效应变图案为上下两个X形网络,侧向位移上下分布均匀;当接触面摩擦增大时,塑性等效应变网络向中部靠拢并且明显增大,侧向位移上下分布不均匀,中部较上下端面位移大;当试件端面侧向位移被限制,即摩擦力很大时,塑性等效应变网络变为一个X形局部化带,侧向位移分布更加不均匀,中部明显隆起。

真三轴试验中的端部摩擦效应分析

端部摩擦效应是三轴试验的常见问题之一。相对于常规三轴试验,由于在茂木式真三轴试验中方形试样4个端部需设置两对端部垫块,从而导致端部摩擦问题更加突出。运用FLAC3D,针对Mohr-Coulomb材料,即无中间主应力影响材料,模拟真三轴加载过程中端部摩擦对试样强度和变形行为的影响。计算结果表明,端部摩擦也可以产生虚假中间主应力效应,即使对于无中间主应力效应材料,中间主应力也会导致最大破坏主应力的增加,且摩擦系数越大,这种趋势则越明显。分析了端部摩擦产生这种趋势的原因,指出了真三轴试验中减小端部摩擦的重要性。

一种确定岩石类材料真实应变率效应的数值方法

研究表明,分离式霍普金森压杆(SHPB)试验获得的岩石类材料动态压缩强度随着应变率的增加而提高实际上是由材料本身的应变率效应(称为真实应变率效应)、横向惯性效应和端面摩擦效应共同作用的结果,且这3种效应互相耦合。为了确定岩石类材料在SHPB试验中的真实应变率效应,需要消除横向惯性效应和端面摩擦效应作用引起的动态压缩强度增量。采用数值模拟的方法分析岩石类材料的SHPB试验,并假定材料的真实应变率效应、横向惯性效应和端面摩擦效应三者不相关。当不考虑材料的真实应变率效应和端面摩擦效应时,由数值SHPB试验获得的动态压缩强度随应变率的提高而增大便是仅由岩石试样的横向惯性效应引起的;同样的,当不考虑材料的真实应变率效应和横向惯性效应时,由数值SHPB试验获得的动态压缩强度增加便是仅由岩石试样的端面摩擦效应引起的。在此基础上,从SHPB试验中得到的动态压缩强度数据减去分别由横向惯性效应和端面摩擦效应引起的动态压缩强度增强量,即可获得岩石类材料在SHPB试验中的真实应变率效应。通过与已有研究结果比较验证了本文假设的有效性。

基于细观离散元的混凝土端部效应分析

为了研究端部效应对不同形状的混凝土试件强度的影响,采用三维颗粒离散元程序(PFC3d)对混凝土标准立方体与标准圆柱体试件在不同端部摩擦条件下的单轴压缩试验进行数值仿真.在细观层次假定混凝土材料力学性质符合Weibull概率统计分布来考虑混凝土材料的非均质特性,根据材料宏观力学参数反演计算出模型细观力学参数,进行数值仿真计算.模拟结果表明,端部摩擦对不同形状的混凝土试件的抗压强度、变形特征及破坏模式有较大影响;试件的形状效应随着加载板与试件间摩擦系数的增加而增强;当不采用减摩措施(f=0.6)时,测得两种试件强度的折算系数为0.795.仿真结果与规范的规定相符,证明了本文方法的可行性和有效性.

非局部化弹塑性理论及其应用

基于非局部弹塑性理论,在经典的弹塑性本构模型中引入材料内部特征长度,并考虑材料内部特征长度与塑性化程度的关系,在整个模型空间各质点形成可变的微小表征体积单元。进而在可变的微小表征体积单元内对塑性乘子进行空间非局部化平均,间接考虑材料内部微结构的变化及相互作用,建立可变特征长度非局部弹塑性模型。最后,将提出的非局部弹塑性模型通过有限元理论应用到压缩平板端部摩擦效应的模拟中。模拟结果表明:非局部弹塑性模型较经典弹塑性模型计算效率更高,计算结果更合理。

施工工艺对桩基桩端效应的影响研究与应用

结合工程试桩资料研究桩基施工工艺技术对桩基桩端效应的影响。提出钻孔桩的桩端效应与打入桩（挤土桩）不同，属于桩端减弱效应，即桩端附近土层的摩阻力会明显降低，并随着离开桩端距离的增加而逐渐减弱，同时引入附加泥皮的概念来解释钻孔桩的桩端效应产生的机理，最后提出了改善钻孔桩桩端效应的有效措施一桩端后压浆技术。

样品粗糙度对材料SHPB动态压缩性能的影响

有效消减样品端面摩擦力是保证分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验结果有效性和准确性的必要条件。为了研究样品粗糙度和润滑效果对端面摩擦力和最终实验结果的影响,以应变率效应不敏感且性能稳定的紫铜为研究对象,通过机械加工配合酸蚀的方法制备了3种典型表面粗糙度的紫铜样品,分别在二硫化钼(MoS_(2))充分润滑和完全不润滑的条件下各自开展高精度的SHPB重复动态压缩实验研究。结果表明,通常认为能够有效消减金属样品端面摩擦力的MoS_(2)仅能够在样品粗糙度不大于0.8μm的情况下起到较好的润滑效果,随着紫铜样品粗糙度的增加,MoS_(2)的润滑效果不断降低,端面摩擦力不断增大,实验结果的分散性也显著增加。样品端面粗糙度为1.6μm时,MoS_(2)已不能有效消减端面摩擦力;样品端面粗糙度达到3.2μm时,MoS_(2)的润滑效果几乎为零。SHPB实验中使用MoS_(2)润滑金属样品时,压杆和样品实验端面的粗糙度需达到0.8μm;腐蚀液处理后的金属样品外表面粗糙度难以达到0.8μm,实验过程中需对样品端面进行比MoS_(2)润滑效果更好的润滑处理,或对实验结果进行扣除端面摩擦力的修正才能够保证实验结果的有效性和准确性。

碾压混凝土真实应变率效应试验

为深入研究碾压混凝土动态力学特性,借助分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对3种不同直径圆柱试样进行了冲击压缩试验。试验结果表明:碾压混凝土材料具有显著的应变率效应和尺寸效应;混凝土类材料的动态抗压强度增强是材料自身特性、惯性效应和端面摩擦效应三者作用的结果,确定碾压混凝土的真实应变率效应对碾压混凝土结构冲击荷载下动态响应预测具有重要意义。基于真实应变率效应、横向惯性效应和端面摩擦效应互不相关的假定,对惯性和端面摩擦约束引起的抗压强度增量进行了定量评估,并将其从试验结果中移除以获得碾压混凝土的真实动态增强因子;最后,对修正的动态增强因子数据进行回归分析,得到了合理的碾压混凝土真实应变率效应经验模型。

端面摩擦对高聚物粘接炸药(PBX)静态压缩强度的影响规律（英文）

为研究不同端面摩擦条件下的高聚物粘接炸药(PBX炸药的准静态压缩响应行为,选取一种典型的浇注PBX炸药作为研究对象,在二硫化钼润滑、干摩擦、油脂润滑三种端面摩擦条件下进行了静态压缩试验。利用电子万能材料试验机测定了载荷?位移曲线。基于各向同性弹性理论,运用能量守恒方法初步探讨了端面摩擦机理。结果表明,静态破坏应变与摩擦系数有很大关系;同一种摩擦条件下,具有粘弹特性、材料泊松比大、轴向应变大,小长径比的材料在静态压缩试验中有明显的端面摩擦效应。

端部摩擦对不同加载方式真三轴试验的影响

针对岩石真三轴试验中存在的端部摩擦效应,运用Abaqus,模拟分析了传统式和互扣式两种端部垫块加载方式下端部摩擦对真三轴试验结果的影响。计算结果表明:两种加载方式下都产生了虚假中间主应力效应,且端部摩擦效应对岩石试样强度和变形的影响随着摩擦系数的增大而增大。花岗岩在两种加载方式下不同摩擦系数的一系列试验证实了该结论。

基于多尺度页岩巴西劈裂试验的岩石强度尺度效应根源研究

为探究页岩抗拉强度尺度效应规律及岩石强度尺度效应根源,采集鄂尔多斯盆地延长组长7段陆相页岩野外露头,制作成直径为50 mm,高度分别为15.32 mm,20.39 mm,25.46 mm和30.28 mm四种尺度的岩样并进行巴西劈裂试验,在分析岩样抗拉强度尺度效应规律的基础上,对岩石强度尺度效应根源提出了新的认识。结果表明:页岩最大载荷和破裂面条数随岩样尺度增大而增大,抗拉强度随岩样尺度增大而减小,破裂时间与岩样尺度相关性较差;非均质性和端部摩擦效应是目前解释岩石强度尺度效应根源的主要观点,页岩巴西劈裂试验结果中抗拉强度存在良好的尺度效应现象,这表明岩石强度尺度效应并不是完全根源于试件与压头之间的端部摩擦作用;岩石强度尺度效应由岩石非均质性和端部摩擦效应共同作用而成,对于小尺度岩样,端部摩擦效应占据主导地位,对于大尺度岩样,非均质性占据主导地位,不同类型的岩石,其岩样尺度的“小”与“大”不同。对岩石强度尺度效应规律和根源的研究有助于提高岩体强度预测的准确性,并为揭示岩石破坏机理提供一定借鉴。

永磁直线同步电机的鲁棒自适应神经网络控制

针对永磁直线同步电动机的端部效应和非线性摩擦问题,采用一种鲁棒自适应神经网络控制方法,实现了永磁直线电机的跟踪控制。所设计的控制器包含两个部分:一部分是自适应神经网络控制器,用来逼近理想控制器,该神经网络的输入为滑模切换函数;另一部分是鲁棒控制器,用来消除逼近误差。通过李亚普诺夫稳定性定理验证了所设计的控制器能够保证控制系统渐进稳定。仿真结果表明:所设计的控制器能达到较好的控制效果。

基于MSV方法削弱端部摩擦效应的三轴力学试验研究

为了研究三轴力学试验中MSV方法对于削弱端部摩擦效应的作用,选取粉砂岩作为研究对象,利用岩石全自动多场耦合三轴试验系统,开展不同围压等级下基于MSV方法的三轴力学试验研究,同时对照开展不同围压等级下不同高径比(2.0,2.5)的三轴力学试验研究.对比分析了三轴力学试验中不同围压等级下MSV方法对于岩石强度特性、变形特性以及破坏形式的影响.研究结果表明:MSV方法通过减小压头与试样端面的摩擦系数一定程度上削弱了端部摩擦效应对强度的影响;与对照组相比,采用MSV方法进行试验得到的强度较低,弹性模量偏小、泊松比偏大,且两者随围压的变化幅度均小于对照组的测量值,说明试样变形对端部效应的敏感度降低;MSV方法在各围压等级下均可得到较理想的剪切破坏裂纹.研究结果可为室内岩石力学试验端部摩擦效应研究以及三轴力学试验的改进提供参考意见.

基于CT图像的细观混凝土模型中低应变率冲击下端部摩擦效应研究

基于微观X射线计算断层扫描(XCT)图像,采用单元替换像素的方法建立真实普通强度混凝土试件的细观有限元模型。该模型包含骨料、砂浆、界面过渡区和孔洞,并采用ABAQUS中的混凝土损伤塑性本构模型CDP来模拟各相材料。对20个基于XCT图像的细观模型进行了中低应变率(10^-5 s^-1~2 s^-1)冲击作用下的端部摩擦效应的蒙特卡洛模拟;并对模拟结果进行统计分析和曲线拟合,获得了动态抗压强度和端摩擦系数及应变率之间的定量关系式,以及无摩擦时抗压强度提高因子CDIF与应变率之间的关系式。结果表明,端摩擦能够提高混凝土的抗压强度,但当摩擦系数达到0.3后其影响不再明显;CDIF与应变率的对数(logε·)呈二次抛物线关系;拟合的关系式与实验结果吻合良好。

超深气井连续油管多径组合管柱作业新工艺

随着对深层超深层油气勘探开发力度的加大,“三超井”(储层温度超过177℃、储层压力超过105 MPa、井深超过6000 m)的数量越来越多,完井井身结构更为复杂,特别是生产管柱内径表现为多变径,出现生产管柱、产层段堵塞,对气井生产造成了不利的影响,严重时甚至造成关井停产。这就对连续油管在超深气井作业过程提出了新的要求。为了保证“三超井”的投产、稳产和增产,基于连续油管规格不同尺寸、设备模块化移动灵活、高自动化程度、可带压起下的优势,结合“三超井”的地质条件、井筒结构和流体介质变化等实际特点,研发了多径组合连续油管作业工艺技术,配套研发了多径连续油管对接装置,并成功应用于中国石油塔里木油田公司XX11井。研究及实践结果表明:①连续油管多径组合作业有效提高管柱载荷安全系数0.12;②有效降低管柱沿程摩阻,降阻率达到41.7%;③同等压力下提高施工排量获得更高的末端效应提高33%;④增强了返屑能力。结论认为,该工艺能够满足超深气井多变径井筒作业的要求,为超深气井连续油管作业提供了一种新的安全、高效、低成本的解决方法。

单轴压缩试验端面摩擦效应及损伤演化规律研究

单轴压缩试验的端面摩擦效应对试样的变形破坏特征有较大影响。运用块体离散元软件UDEC,基于库仑滑移准则,开展了不同端面摩擦因数下的单轴压缩数值试验,研究了不同岩性和不同高宽比试样的损伤演化规律,从应力应变关系、裂缝扩展及应力分布等角度探究了端面摩擦效应的机理。结果表明:①端面摩擦效应会抑制微观裂缝的萌生与扩展,使脆性试样的破坏形式由劈裂向剪切或拉-剪共同破坏转变,使砂岩的强度明显增大,对煤和泥岩的强度影响较小;②端面摩擦对试样强度与破坏特征的影响存在阈值,50 mm×100 mm的标准煤、泥岩、砂岩试样的端面摩擦因数阈值分别为0.2,0.2,0.5;③端面摩擦引起的“裂缝三角形抑制区”与应力局部集中带是不同高度试样强度存在尺寸效应的主要原因。建议在进行室内单轴压缩试验时,采取减摩措施来规避端面摩擦效应。

端部摩擦作用对砂岩尺寸效应影响的试验

为研究端部摩擦作用对砂岩材料尺寸效应的影响,提出了1种采用岩石垫块消除端部摩擦作用的试验方法,对不同高径比的砂岩试样进行了单轴压缩试验,并与传统试验方法进行对比分析。结果表明:采用岩石垫块的方法对端部摩擦具有很好的抑制作用;受端部摩擦作用环向约束的影响,采用传统试验方法加载时,试样的破坏形态随长径比的增大经历劈裂破坏-拉剪混合破坏-剪切破坏的演变过程,消除端部摩擦后试样的破坏形态均为剪切破坏;在端部摩擦作用下,岩石的峰值强度测试值大于其真实强度,试样的测试值是由真实强度和端部摩擦贡献值2部分组成,端部摩擦贡献值随试样尺寸的增大总体逐渐减小。

影响SHPB试验精度因素分析

为了分析影响SHPB实验技术精度的因素,采用文献研究法对前人研究结果进行了总结。以SHPB实验技术的发展为背景,本文阐述了这项技术的经典实验装置、发展的历史及由来,对SHPB实验技术的研究现状和研究意义进行了简要分析,综述了这项技术的研究内容,对其功能和实际应用进行了剖析。本文简单分析了SHPB实验技术的一些发展动向和趋势,而且总结了前人的研究及成果,指出了国内外的研究情况,同时本文指出了当前这项技术中存在的几大类问题。

桩基础计算分析对比

本文对国内现有规范中关于桩基承载力的计算方法进行了系统地阐述，对工程实例中的桩基问题进行了计算和探讨，并分别用理论和软件进行了计算和验证。