以等应变速率曲线为基础的岩石长期强度确定方法

长期强度是岩石时效强度的一种,是影响和评价岩体工程长期稳定性的一个重要性质.为更准确地求解长期强度,以等应变速率曲线为基础,提出了等应变速率曲线拐点法及极限应变法两种确定岩石长期强度的新方法.对锦屏二级水电站的绿片岩开展了单轴和三轴应力状态的常规和分级加载蠕变试验以验证上述方法,并利用文中提出的方法对绿片岩长期强度求解,得到了不同围压状态下绿片岩的长期强度值.同时,在极限应变法的求解过程中,结合蠕变曲线,得到了蠕变变形稳定时间以及相应的极限应变值.试验成果表明:两种方法均可求得长期强度,数值接近且符合长期强度的经验值;单轴以及三轴应力状态下长期强度分别为瞬时强度的66.9%(单轴)、68.0%(围压10 MPa)、79.6%(围压10 MPa).文中提出的确定长期强度的方法具有一定的可行性,同时,围压是影响长期强度的主要因素之一,具体表现为随着围压的升高,长期强度与瞬时强度的比值升高.

岩石拉压特征的相似性

通过近年来岩石力学的试验结果，其中包括单轴拉应力和压应力作用下不同岩石的完全应力－应变曲线、受拉强度和受压强度的载荷速度效应以及蠕变寿命随蠕变应力水平的变化等，研究了岩石在拉应力和压应力作用下上述力学特征的相似性和规律性。

基于高温蠕变特性的连铸坯新矫直技术

基于目前工厂常用的连铸坯矫直技术,考虑连铸坯在高温下的蠕变特性,提出利用高温蠕变对连铸坯进行蠕变矫直的新观点。针对某钢厂R9300连铸机设计了一条新型的曲率变化满足正弦规律且弯曲段和矫直段弧长显著延长的矫直曲线,通过数值模拟计算和对比分析,新矫直曲线的应变速率更低,矫直过程中可以充分利用材料的高温蠕变性能。通过在Gleeble-3800型热/力模拟试验机上对Q460E钢进行热塑性试验和蠕变拉伸试验,确定了该钢种的相关热物性参数和蠕变本构方程。由于新曲线矫直区的应变速率接近最小蠕变应变速率,连铸坯主要依靠高温蠕变变形进行矫直,降低了应变速率,可以避免连铸坯内部裂纹缺陷,有利于提高连铸坯的质量。

基于应力和时间双重影响下岩石蠕变模型研究

为了更好地描述岩石蠕变的全过程和表征加速蠕变阶段的变形特性,研究岩石蠕变力学机理并引入弹塑性损伤体,改进广义开尔文蠕变模型,进而构建1个可反映岩石加速蠕变变形特征的弹塑性损伤体蠕变模型,并提出一种确定蠕变模型参数的方法;通过室内三轴蠕变试验计算出不同时间和应力作用下的蠕变参数,分析不同应力作用下蠕变参数与时间关系,揭示蠕变参数劣化的实质和岩石蠕变变形破坏的机理。研究结果表明:当岩石的体积压缩状态转化为扩容状态后,体积模量的绝对值随蠕变应力增大而减小,且随应力水平增大以及时间推移,岩石的蠕变扩容效果越来越明显;而损伤影响程度系数反映了在蠕变变形过程中岩石内部损伤程度,当损伤影响程度系数增大时,岩石内部的损伤程度以及岩石的加速蠕变变形也越大;通过分析蠕变参数在时间作用下劣化规律,验证了该方法是合适可行的,且建立考虑应力和时间双重影响的蠕变模型,也较好地模拟了岩石从衰减蠕变到加速蠕变的变形全过程,同时更加准确地反映了岩石的衰减和稳定蠕变阶段的蠕变特性。

沥青混合料等应变率压缩试验的时间依赖性模型

为描述沥青混合料在受力状态下的时间依赖性行为,以等应变率压缩试验曲线特点为依据,建立沥青混合料的可变量本构模型,并推导出不同加载条件下本构方程表达式.通过有效的数值拟合方法获取沥青混合料的本构模型参数,将该模型与三轴等应变率压缩试验曲线进行对比,两者吻合较好,表明可变量本构模型能较好地描述沥青混合料与时间依赖行为,对破坏失效后材料的力学行为曲线有较好地表述.利用拟合参数计算蠕变曲线,其计算蠕变曲线能成功地描述蠕变的第二、三阶段,曲线特点与应力、温度等条件相关,在高温度和高应力条件时达到一定应变条件时所需时间较短,同时稳定期随温度和应力的增加所经历的时间逐渐减少.

锆合金包壳在不同温度和应力条件下的蠕变性能研究

锆合金包壳管具有耐高温、抗腐蚀、中子吸收率低及高温力学性能良好等优点,已被广泛应用于核领域反应堆堆芯包壳层结构。然而,在长时间受高温、载荷和中子辐照的服役条件下,锆合金包壳管会发生蠕变,严重影响其服役安全性。研究锆合金管材的蠕变性能,对保证核反应堆的有效运行意义重大。针对该问题,对6种锆管(编号为A、B、C、E、G和H)在3种温度(350℃、375℃和400℃)和3种应力(100 MPa、130 MPa和170 MPa)条件下开展5000 h内压蠕变试验。结果表明:随着试验温度的升高,锆合金管的周向变形量不断增加;在9个试验条件下,低应力下管材的蠕变性能排序为C>A>G>H>B>E,高应力下管材的蠕变性能排序为A>C>G>H>B>E;当尺寸一致时,6种材料的蠕变性能排序为C>A>G>H>B>E。

非饱和红黏土蠕变特性试验研究

以陕西省白鹿原地区的红黏土为研究对象,对其进行控制基质吸力的非饱和红黏土蠕变试验。对比了不同基质吸力、不同净围压和不同偏应力水平下的蠕变试验曲线特征,采用应力-应变等时曲线法和稳态蠕变速率法确定了红黏土不同基质吸力和围压下的长期强度并对其进行分析,采用摩尔-库仑强度模型得到了红黏土长期强度参数,并与相同基质吸力下剪切强度参数进行了对比分析。研究结果表明:红黏土的蠕变变形形式和长期稳定性与基质吸力和围压均有关系,且基质吸力和围压越高长期稳定性越好。当基质吸力固定不变时,红黏土的长期强度值随围压的增大而增大,并呈线性变化;当基质吸力不同时,红黏土长期强度与其基质吸力的大小成正比;因外部荷载长期作用而形成的蠕变变形会较大地降低红黏土原有的强度参数值。

GH864合金蠕变/疲劳裂纹扩展速率及a-N曲线分析

研究了GH864合金不同保载时间下650℃蠕变/疲劳裂纹扩展行为,分析了裂纹扩展过程中蠕变和氧化的作用,以及a-N曲线的转折点含义。结果表明:保载5s时GH864合金以穿晶断裂为主,疲劳作用占主导;保载90s时GH864合金以沿晶断裂为主,蠕变作用占主导。利用Saxena模型可较好地表征本实验条件下650℃蠕变/疲劳交互作用的裂纹扩展速率曲线,可估算较高应力强度因子和较低应力强度因子的裂纹扩展速率。另外,用Saxena模型可求出蠕变和疲劳的表达式,对比分析高温蠕变/疲劳交互作用的裂纹扩展过程中蠕变和疲劳的作用及所占的比例。最后针对a-Ni/Nf、da/dN-a曲线及da/dN-N曲线变换中出现的拐点,结合断口形貌分析了转折点对应的含义。高温合金及其它材料的裂纹扩展速率曲线也适用于以上曲线分析方法。

基于流变试验的向家坝砂岩长期强度评价

基于向家坝砂岩的常规三轴压缩试验和三轴压缩流变试验成果,分别通过应变等时曲线簇、稳态蠕变速率与应力水平的关系、裂纹损伤应力、流变荷载与破坏时间关系确定砂岩的长期强度,并比较这4种方法的适用性。结果表明:砂岩体积应变等时曲线簇的拐点比轴向应变、侧向应变等时曲线的拐点更为明显,而且其对应力水平和时间的反应更敏感;轴向稳态蠕变速率和侧向稳态蠕变速率与应力的关系符合指数函数关系,采用给定稳态蠕变速率阈值确定岩石长期强度比利用稳态蠕变速率-应力曲线的拐点确定长期强度更为合理;岩石的裂纹体积应变等时曲线簇以及其稳态蠕变速率与应力的关系也可以作为确定岩石长期强度的一种方法;岩石的裂纹损伤应力反映长期强度所在应力水平,为蠕变试验荷载分级提供依据。