碳酸盐岩溶蚀效应及力学特性

针对不同赋存环境下溶蚀对碳酸盐岩力学特性的影响,采用自主研发的岩石动水压力溶蚀试验设备,开展多因素影响下碳酸盐岩溶蚀及单轴抗压强度试验,研究碳酸盐岩溶蚀效应、力学性质劣化规律及化学损伤。试验结果表明,不同赋存环境下岩样出现了不同程度的力学损伤,其抗压强度和弹性模量在溶解后有所下降,溶蚀率越高,峰值应力和弹性模量越低,进而提出劣化度拟合关系式,得到影响岩样抗压强度敏感度的各因素,依次为pH值、温度、时长、流速、动水压力及溶蚀后岩样的微观结构和矿物成分组成。

长石砂岩对酸性环境的腐蚀劣化响应

为了揭示酸性环境对岩石的腐蚀劣化效应,利用CT图像处理技术分析经酸性水域浸泡后长石砂岩的细观组分及结构变化,并利用岛津AGI–250伺服材料试验机开展单轴压缩试验,观察其力学参数劣化情况。试验结果表明:经酸性水域处理后,长石砂岩试件其总体密度降低、分布趋向均一化,局部区域生成了更高密度的矿物成分;次生孔隙增多,试件外部孔隙变化可直观看到,内部孔隙变化可通过最小外接矩形像素面积直接反映;抗压强度、弹性模量、峰值应变最大下降量分别达34.092%,22.016%和13.705%,且反映砂岩强度参数的劣化度相对较高,应变参数的劣化度相对较低;酸性水域中H+浓度充足时,砂岩在酸性溶液中主要以溶解反应为主,H+浓度降低到一定程度后,正长石和斜长石溶解的同时可生成其他自生矿物,当H+消耗殆尽后,反应主要以水解的方式进行。通过将CT图像处理技术运用于经酸性水域处理后砂岩的力学特性变化机理分析,为研究类似岩石等非均质材料的组成及性质提供一种新思路和新方法。

矿井水影响下粗砂岩力学性能变化规律研究

地下水库是矿井地下水处理的有效措施之一,但矿井水对水库坝体力学性能具有弱化效应,威胁着地下水库的安全稳定。因此,有必要开展矿井水作用下岩石力学性能劣化规律研究。本文以灵新煤矿地下水库为背景,通过室内试验研究,分析了矿井水浸泡下粗砂岩力学性能的劣化规律。结果表明:浸泡试件的质量变化与比表面积、填隙物和岩石矿物成分有关。较小水压下,粗砂岩的渗透率呈指数型衰减。但随着水压的进一步增加,堵塞孔隙的颗粒被冲刷,渗透率开始增加;水压越大,渗透率升高幅度越大。随着浸泡时间的增加,岩石抗拉强度存在快速劣化段;之后趋缓,并呈线性劣化趋势。单轴抗压强度呈现先快速减小、后略微增加、再减小的规律。粗砂岩的力学性能劣化是矿井水渗入岩石节理,与填隙物发生水化膨胀以及溶解岩石中部分矿物引起。单轴抗压强度增加阶段与孔隙堵塞引起的孔隙水压力有关。

城市区域多龄期建筑地震灾害风险评估与控制关键技术及示范

本项目为解决现有震害评估理论方法与软件平台未考虑既有建筑耐久性损伤与设计规范差异的问题,基于大量物理模型试验、工程实测、理论分析与数值模拟,率先提出了考虑断层分布特点、近场特征和场地放大效应的西安地区强地震动场模拟预测与多变量设定地震危险性分析理论方法;系统揭示表征了多龄期建筑结构(RC结构、钢结构、砌体结构)震损破坏机理与性能劣化规律,并建立了考虑结构耐久性损伤的动力灾变多尺度高效数值建模分析方法;首次建立了可考虑我国国情的城市区域多龄期建筑时变地震易损性模型及损失评估与风险控制的成套理论技术体系,并开发出相应系统平台;率先提出基于多源异构数据的城市基础数据成套采录技术。该成果已成功综合应用与10多个大中城市及200余项工程项目中。

水环境与冻融共同作用下混凝土力学性能研究

基于不同pH值水环境下冻融循环对混凝土断裂性能影响的研究现状和发展方向,采用加速腐蚀试验、单轴压缩试验与三点弯曲试验,对在酸碱中性溶液中浸泡、再经不同次数的冻融循环后的混凝土的断裂性能及宏观力学特性进行研究。此外,利用IPP(image-pro plus)软件对由电镜扫描获得的混凝土SEM(scanning electron microscope)图像进行分析,并对损伤劣化规律,以及微观层面混凝土腐蚀及冻害破坏机理等方面进行研究。结果表明:虽然水环境的pH值对冻融前的混凝土各力学性能影响不尽相同,但随着pH值的减小,冻融循环作用对混凝土力学性能的破坏趋于严重。不同pH值溶液浸泡后混凝土试件的内部微观劣化规律相似,损失变量与冻融循环次数存在二次函数关系。由此推导出不同p H溶液下不同冻融循环次数后的损伤变量公式。

混凝土冻融损伤双轴强度破坏准则

根据快冻法原理,对引气混凝土试件进行了0、100、200、300次的冻融循环试验,对试验后试件进行双轴压作用下的强度试验研究。根据试验结果,研究试件的表面裂缝特征和破坏形态,得到基于冻融循环次数和应力比的极限抗压强度和极限抗拉强度力学性能退化模型。在主应力空间,建立基于应力比影响和不同冻融循环次数的引气混凝土双轴破坏准则。此项研究成果,为冻融影响地区在双轴荷载作用下的引气混凝土结构的强度分析提供理论和试验依据。

含孔洞裂隙岩石变形规律和力学特性综述

文中分析了含孔洞、裂隙等缺陷岩石研究现状,总结了缺陷岩石在不同条件下的力学性能及破坏特征,介绍了含孔洞岩石破坏规律、裂纹扩展规律方面的研究成果以及研究学者针对不同尺寸、不同倾角等方面含裂隙类岩石研究成果。结合现有研究成果,分析了缺陷岩石力学特性及破坏特征未来的研究方向。

不同支护方式下巷道围岩变形破坏规律分析

为了维护巷道围岩的稳定性,确保矿井顺利安全开采,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,从理论上分析了体积应变为零、体积应变不为零、应变软化条件下圆形巷道围岩弹塑性力学特性,分析得出,巷道大变形力学模型应采用应变软化模型条件下圆型巷道弹塑性力学模型;数值模拟分析了不同支护方式下巷道两帮等效应力分布、锚杆轴力分布规律以及巷道围岩位移变化规律,研究表明,采用棚索耦合支护,能够有效控制围岩变形。

含共面双裂隙复合岩石的力学特性与破坏规律研究

为了研究裂隙构型属性对层状复合岩石的力学行为、破坏模式及裂纹扩展规律的影响,以预制含共面双裂隙复合岩样为研究对象,通过室内单轴压缩试验与数字图像采集模块,分析在不同裂隙长度、倾角下岩样的力学特性和破坏特征。结果表明:(1)岩样峰值应力和弹性模量随着裂隙倾角增加上升,随裂隙长度增加而下降;劣化系数k随裂隙倾角的增加而减小,随裂隙长度的增加而增大。(2)破坏模式受裂隙倾角和两种岩石材质的影响,破碎程度主要由裂隙长度决定。(3)岩桥的贯通模式受裂隙倾角和结构面的控制,4种贯通模式中,随裂隙倾角增大,贯通趋势增强,但裂隙倾角达90°时不再贯通,且结构面会抑制岩桥的贯通。(4)裂纹扩展受裂隙长度影响,当裂隙长度小于12mm时,裂纹首先出现在岩样的右半部分,而弹性阶段产生的裂纹主要出现在岩样的左半部分,当裂隙长度大于12mm时,裂纹均匀布满岩样表面。该研究成果对实际工程建造和设计具有一定的指导意义。

冻融及加卸荷条件下川藏交通廊道典型岩石力学特性的劣化规律

为了探究川藏交通廊道沿线典型岩石冻融循环条件下的劣化规律,选取昌都-林芝段的花岗岩、片麻岩和砂岩为试验对象,开展冻融循环条件下岩石加卸荷试验,结果表明:(1)随着冻融循环次数的增加,岩石抗压强度损失率达30%,粘聚力降幅达18.4%,内摩擦角降幅达10.5%,弹性模量逐渐下降,泊松比逐渐增加;(2)三轴压缩试验中,岩样的变形模量呈现与抗压强度类似的劣化趋势,但是变形模量的劣化幅度比抗压强度劣化幅度大;冻融循环作用下岩石抗压强度越大劣化程度越低,对砂岩的劣化最明显,片麻岩次之,花岗岩最小;(3)与三轴压缩试验相比,在卸围压试验中,冻融循环作用对岩石的卸荷量同样有劣化作用,卸荷程度较小时岩石劣化并不明显,随着卸荷量的逐渐增加,卸荷量大于80%时,岩石的变形模量呈指数型下降,泊松比呈指数型增加;(4)随着冻融循环次数的增加,三轴压缩试验中由拉张和剪切破坏造成的裂纹数量增多;卸围压试验中岩石以拉张破坏为主;岩石微裂纹数量增加的同时,不平整度增加,矿物颗粒之间的胶结状态变差;(5)综合试验结果分析,冻融作用对岩石劣化作用最强的为砂岩,其次是片麻岩,最弱为花岗岩.

不同应用场景下超高分子量聚乙烯/弹性体复合材料力学性能劣化规律

为揭示弹性体复合材料在不同服役环境下力学性能的劣化规律,以促进其在无溶剂涂层领域的推广应用,制备了超高分子量聚乙烯/弹性体(UHMWPE/EL)复合材料,模拟了湿热老化、低温脆化与气候老化等应用场景,研究了不同场景下弹性体及其复合材料的各项力学性能演变过程及规律,评价了不同变形及环境温度下复合材料的形状自动回复能力损伤状况,最终探明了复合材料的耐久性及环境适应性。结果表明:UHMWPE/EL复合材料在不同应用环境连续暴露7天或81 h后的力学性能保持率均大于90%,满足规范要求;湿热、寒冷、气候老化等环境暴露30天后,复合材料力学性能衰减15%~20%;复合材料具有优异热稳定性与形状自动回复能力,拉伸、弯曲和扭转等不同变形方式下的回复率达90%以上。

新郑门遗址土力学性能劣化规律研究

土遗址在我国分布广泛,形式繁多,随着遗址的暴露时间增长,其力学性能会出现一定的劣化现象.以开封市新郑门遗址土作为研究对象,取暴露时间不同的土样进行直剪实验及室内固结实验,得到了不同暴露时间下遗址土的抗剪强度及压缩模量.实验结果表明:随着暴露时间的增长,土体抗剪强度和压缩模量均有一定程度的降低.经分析,开挖引起的土体卸载回弹、环境温度及湿度变化是其性能劣化的主要原因.对实验结果进行数学拟合,得出遗址土的黏聚力、内摩擦角及压缩模量的劣化规律.在开挖的早期时间内,遗址土的力学性能劣化幅度较大,随着暴露时间的进一步增长,其劣化速度有一定减缓.依据实验结果及其影响因素,提出了相应的保护措施,为土遗址的保护提供参考.

冲击荷载作用下橡胶混凝土抗压及抗裂性能试验研究

为了探究橡胶颗粒对混凝土抗压强度应变率效应的影响机理,采用直径为100 mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)探究橡胶混凝土的动态抗压性能和应变率敏感性,并分析橡胶混凝土(橡胶掺量为细骨料体积的10%、20%和30%)与普通混凝土应变率敏感性差异的原因.试验结果表明,橡胶混凝土的动力增强系数随应变率的增加而增加.分析破坏模态可知,试验后所有试样的碎片粒径随着应变速率的增加而逐渐减小.在相近的应变率下,普通混凝土与橡胶混凝土相比具有更多数量的裂纹.因此,与普通混凝土相比,橡胶颗粒可以减缓损伤累积并增加变形滞后效应,从而增大了混凝土材料抗压强度的应变率敏感性.