逐级加卸载扰动下脆性岩石加卸载响应比试验研究

以某金属矿山隔离矿柱回采为工程背景,取该矿典型矿岩进行单轴和三轴逐级加卸载扰动试验,研究逐级加卸载扰动模式下,利用加卸载响应比预测岩石变形破坏方法。研制了可实现声发射便捷定位的加载转换装置,解决了三轴腔表面定位存在的干扰和信号削弱等问题。试验结果表明:以轴向应变、声发射能量作为响应参数,可反映岩石变形破坏过程;单次效应和扰动平均效应2种计算方法下加卸载响应比(LURR)均存在随荷载增加而增大的趋势,但后者不如前者明显。

不同分级循环加卸载模式下六边形蜂窝能量演化规律

为了阐明循环加卸载路径对六边形蜂窝能量演化的影响规律,设计了3种不同分级循环加卸载试验,揭示了不同分级循环加卸载模式下外界输入总能量、弹性变形能、耗散能、塑性变形能等参数的演化特征及相互关系,研究结果表明:不同分级循环加卸载作用下,蜂窝的初始峰值强度和平台应力与卸载过程蜂窝弹性能的释放程度有关;3种不同分级循环加卸载模式下外界输入总能量、蜂窝的弹性变形能和塑性变形能随着加卸载梯级增大呈现非线性增加的趋势,耗散能在前三级循环作用下随着加载次数增加而减小,在最后一级循环中循环载荷上限较大,扰动效应强于强化效应,耗散能呈现相反趋势;提升循环载荷上限,蜂窝内部损伤增加,且越接近蜂窝初始峰值强度,蜂窝的损伤越严重;同时提升循环载荷下限,蜂窝弹性能释放较少,损伤加剧。

功能梯度材料梁的非线性研究

研究了热/机械载荷作用下几何非线性对功能梯度材料梁的位移及应力的影响。首先根据一阶剪切变形梁理论推导了机械载荷条件下功能梯度材料梁位移和应力的平衡方程,热载荷条件通过求解一维热传导方程即可获得;然后采用解析法和摄动技术两种方法对平衡方程求解,并利用非线性应变-位移关系分析非线性对位移和应力的影响;最后引入算例采用不同方法计算功能梯度材料梁的位移及应力并对比分析。数值计算结果表明,几何非线性对梁的位移和应力的影响是显著的,材料常数和边界条件对梁的非线性弯曲也有一定的影响。这种求解非线性平衡方程解析解的新方法对高阶剪切变形和层理论有一定的指导意义。

分级加卸载下南海珊瑚泥一维固结长期变形试验及模型研究

南海珊瑚泥是珊瑚群体死后的骨胳、碎屑聚积形成的海洋岩土体钙质软泥,具有特殊的工程性状,研究其在荷载作用下与时间相关的长期非线性变形对吹填岛礁建设和长期稳定分析具有重要意义。对珊瑚泥进行了3组不同加卸载方案的一维固结压缩试验,通过改变加载时间与加卸载循环圈数探究应力历史对其长期变形性质的影响,并针对珊瑚泥在加卸载试验条件下呈现出的瞬时变形、延时衰减与延时稳定变形3阶段规律,采用改进的Burgers模型拟合不同竖向应力作用下的ε-t(应变-时间)曲线,具有较高拟合精度。同时分析模型参数后发现,随着分级加载时间提高,瞬时应变增量及其增长率下降,最终荷载下的延时衰减时间缩短,延时稳定应变速率及最终荷载下的总应变增量减小。同一加卸载循环圈数中,同竖向应力下卸载阶段的瞬时应变增量小于加载阶段。随着加卸载循环圈数的增加,加、卸载各阶段瞬时应变增量均减小且二者相近,延时衰减时间缩短,延时稳定应变速率及最终荷载下的总应变增量减小。研究了分级加载时间与加卸载循环圈数对珊瑚泥长期变形性质的影响,旨在为岛礁建设中的堆载预压方案提供理论依据。

功能梯度韧性膜力学性能压痕法的数值计算研究

本文利用有限元方法对功能梯度韧性膜/韧性基底体系的Berkovich压入过程进行模拟和计算.通过对计算结果的拟合我们得到了压入的加卸载参量和功能梯度韧性膜/基底的力学参量之间的对应关系.建立的模型为压痕法表征功能梯度韧性薄膜的力学性能提供了技术支持.

分级等荷循环受压下橡胶水泥砂浆的疲劳损伤演化

为探究橡胶水泥基材料的疲劳及损伤演化特性,以橡胶水泥砂浆为研究对象,对其分别进行10、20、30 kN荷载等级下的10次(低次/限次)等荷循环加-卸载试验,并对试件产生的加载应变、加载应变差、累积残余应变、累积残余应变差、不闭合度、累积残余应变损伤(塑性损伤),以及加载和卸载变形模量进行分析.结果表明:试件的加载应变和累积残余应变均随着循环荷载等级的增大而增大;试件的加载应变差和累积残余应变差随着循环次数的增加以互相交错波动的形式逐渐减小至0附近;随着循环次数的增加,试件的不闭合度减小,塑性损伤增大,且两者均随循环荷载等级增大而增大;试件的加载和卸载变形模量随着循环次数的增加以分段线性波动的形式增大,也随着循环荷载等级的增大而增大.同时建立了基于临界塑性损伤假定条件下的塑性损伤模型和刚度变化模型,对试件在高次/不限次等荷循环加-卸载过程中的疲劳塑性损伤和刚度演化特征进行了初步预测和表征.

石墨密封垫片的循环压缩回弹性能

通过试验研究了核级石墨密封垫片的循环压缩回弹性能。在常温下对垫片开展了加载速率分别为0.25 MPa/s、0.5 MPa/s及1 MPa/s的循环加载试验。在加载速率固定为0.5 MPa/s时,对比研究了垫片在100℃及300℃下的循环加载性能,得到了不同工况下的应力-变形曲线,并计算出垫片在各工况下不同循环内的最大压缩量、压缩率及压缩模量。研究结果表明,在常温下,垫片的压缩模量随加卸载速率的增大而增大;在0.5 MPa/s的加卸载速率下,垫片的压缩模量随温度升高而增大;而在每一种工况下,垫片的压缩模量均随试验循环次数的增加而减小,最大压缩量均随循环次数增加而增加,出现明显的塑性应变累积现象。

闪长玢岩蠕变试验及黏弹-塑性损伤模型研究

为探究闪长玢岩蠕变特性,开展了分级加载和循环加卸载三轴蠕变试验,研究了闪长玢岩的变形及长期强度特征,并基于试验结果,建立了能够描述闪长玢岩黏弹-塑性变形的损伤蠕变模型。研究结果表明:随着偏应力水平的增加,轴向变形和侧向变形逐渐增加,体积变形先增加后减小;轴向应变率先降低后基本保持不变,试样破坏时又迅速增加。在同一偏应力水平下,瞬时弹性应变大于瞬时塑性应变,而黏塑性应变大于黏弹性应变。通过稳态速率与应力比关系曲线法,可以得到更加准确、具体的岩石长期强度。基于黏弹性应变曲线特征,建立了考虑黏滞系数随时间和应力衰减的Kelvin模型;将Abel黏壶与塑性滑块元件并联,并引入损伤变量,建立了黏塑性损伤模型,将两者串联得到了闪长玢岩损伤蠕变模型。将试验曲线与模型曲线进行对比拟合,拟合程度较高,验证了模型的合理性。

岩石循环加卸载作用下能量的演化规律

基于循环加卸载试验,使用数据处理软件计算得出滞回环的面积,对滞回环与循环次数的相关性进行分析,得到了关于循环次数与滞回环的拟合公式。利用拟合公式计算得到了第1次加卸载的耗散能,进而对耗散能、弹性能、塑性能之间的关系进行了分析和研究。结果表明:随着循环次数的增加,滞回环位置逐渐右移,考虑为第1次加卸载产生耗散能后,岩石的弹性能、耗散能随着循环次数的增多逐渐递增;岩石的强度呈随机分布,故塑性能随循环次数增多并无固定变化趋势;随着循环次数的增多,卸载后可恢复的裂隙之间的摩擦力逐渐减小,其弹性应变需要的能量也随之减小。

铁路智能卸车超限分级预警系统构建研究

针对目前铁路卸车作业信息管理智能化程度不足、无法准确预计货物列车到达情况、难以合理评估站点卸车负荷等问题,精确计算铁路站点应卸车负荷能力,对铁路站点实际卸车能力进行评估,通过铁路站点应卸车负荷能力与站点实际卸车能力之间的比对关系,构建铁路智能卸车超限分级预警系统,实现铁路局集团公司与车站全方位智能联动,进一步提高卸车组织管理系统智能化水平,更好地提升铁路运输组织智能化管理水平。

铁路重车到达预报与卸车预警系统研究与开发

铁路卸车业务管理缺乏准确的重车到达预报信息,难以及时发现卸车量与车站卸车能力不匹配,致使卸车组织工作常处于被动的局面。为此,充分利用现有的车流历史信息和车流实时追踪信息,研究开发了铁路重车到达预报与卸车预警系统。文章介绍该系统的架构和功能,详细描述重车到达预测算法和卸车分级预警机制。该系统能够动态预测未来3日内全国铁路货运站各品类重车到达时间,一旦发现预计卸车量超出车站卸车能力会立即预警,并自动推荐货运组织调整策略,辅助各级调度员及时协同采取针对性措施,以减少货车积压占用和缩短货车周转时间,有助于实现卸车业务精益化管理,促进全路货运调度指挥水平的提升。

不同含水率黔东南板岩蠕变试验及本构模型研究

为了解板岩的长期力学特性,对取自黔东南地区的板岩进行了不同含水率下的分级加卸载蠕变试验。结果表明:浸泡时间越长,含水率越高,板岩的软化损伤越严重,强度和弹性模量下降幅度越大;含水率越高,稳态蠕变率越大,且随应力增大呈幂函数增大特征;瞬时变形模量随应力增大呈先增大后减小变化特征,随含水率增大呈线性降低的变化特征,黏弹性应变和黏塑性应变也随含水率增大而逐渐增大;当经过长期浸泡后,板岩的长期强度有显著降低,0.15%、0.7%、1.2%和1.4%含水率下板岩的长期强度分别较短期强度下降14.7%、23.8%、24.1%和29.8%;在西原模型基础上,引入非线性黏塑性体,建立考虑含水率影响的蠕变模型,该模型可以对不同含水率不同阶段的蠕变变形特征进行较好描述,模型拟合数据与试验数据相关系数R^(2)>0.95。

不同张开度裂隙类岩体循环加卸载下滞回环特征与损伤变形分析

为探究张开度和不同应力等级循环加卸载复合影响下裂隙岩体的损伤特性和裂纹演化规律,利用水泥砂浆制备不同张开度单裂隙类岩石材料,基于RMT-150B岩石力学试验机对类岩石材料开展了3种等级的应力循环加载试验,分析了裂隙类岩石材料的应力—应变曲线特征、滞回环面积变化规律、动弹性模量变化规律及损伤特性。试验结果表明:类岩石材料的强度随应力循环等级的增大而出现弱化现象,同时循环过程中加卸载曲线形成的滞回环由刚开始的“密集型”转为“稀疏型”;类岩石材料滞回环的面积随着循环次数的增大呈递减趋势,而滞回环面积随张开度的增大呈递增趋势;当循环应力和循环次数相同时,类岩石材料的动弹性模量随着张开度的增大呈递减趋势;随着应力循环等级的增大,类岩石材料的损伤变量随着循环次数的增加呈现为递减—缓慢增长—急剧增长趋势,且不同应力等级下裂纹的演化各不相同。

煤系岩石损伤破坏扰动效应试验研究

利用建立的煤岩体分级加载扰动试验系统，进行了煤系岩石典型单轴压缩实验、无扰动分级加载试验，以及分别施加不同速率及幅度的扰动载荷的分级加载试验，同步采集声发射（AE）信号，并利用加卸载响应比理论对AE信号进行分析．结果表明，扰动载荷能够使岩石的抗压强度显著降低，施加扰动载荷条件下9个岩样单轴抗压强度降低了20～60kN（约为单轴极限抗压强度的10％～25％）；扰动速率的变化（由650N／s增至1kN／s）较载荷大小的变化（由2．5kN增至5kN）对岩样强度影响明显；AE能量与加载路径对应良好，其加卸载响应比随载荷水平的增加存在先减小后增大的趋势．