冻融循环下秸秆纤维混凝土损伤特性及动态力学性能研究

为研究冻融循环对不同纤维掺量的秸秆纤维混凝土动态力学性能的影响,采用非金属超声波检测仪测量不同冻融循环次数下秸秆纤维混凝土试件纵波波速,利用直径74 mm变截面分离式霍普金森压杆试验装置对试件开展动态单轴压缩试验,分析试件纵波波速、峰值应力、劣化度、韧性及破碎耗能密度与冻融循环次数及秸秆纤维掺量间的关系。结果表明:纤维的掺入能够提高混凝土材料的纵波波速及整体性,随着冻融循环次数的增加,秸秆纤维混凝土纵波波速随之降低,冻融循环会对试件造成损伤;秸秆纤维的掺入会增强混凝土材料的力学性能,掺量为0.2%时效果最佳,冻融循环作用试件峰值应力不断降低,劣化度不断增加,相较于冻融循环0次素混凝土试件,冻融循环30、60、90、120次试件峰值应力分别降低6.96%、19.4%、34.2%、53.3%,冻融循环后期应力降幅显著增加,纤维的掺入在一定程度上减缓了冻融作用下试件劣化程度;纤维掺量为0.2%时试件的韧性与破碎耗能密度提升最大,冻融循环会对试件造成劣化,降低其韧性及吸能效果。秸秆纤维的掺入使混凝土材料力学性能大幅增加,秸秆纤维的绿色可再生性对秸秆纤维混凝土的推广具有重大意义。

不同应变率下干燥及饱水玄武岩纤维混凝土力学性能

为研究加载速率和饱水作用对玄武岩纤维混凝土力学特性与破坏机理的综合影响,采用非金属超声波检测仪等装置对试件孔隙率、饱和含水率及纵波波速进行测量,利用万能试验机及直径为74 mm的分离式霍普金森压杆对干燥及饱水试件开展不同应变率下单轴压缩试验,分析应变率及饱水作用对试件纵波波速、应力-应变曲线、峰值应力及弹性模量的影响规律。结果表明:玄武岩纤维混凝土的孔隙度在1.89%~3.05%之间,试件孔隙度与饱和含水率间存在良好的线性正相关关系,饱水作用加快了试件内部纵波的传播速度;静载作用下饱水试件峰值应力低于干燥试件的8.6%,随着应变率的增加,饱水试件及干燥试件峰值应力及弹性模量均增大,试件存在明显的应变率效应,饱水试件应力增幅明显高于干燥试件,应变率达到130 s^(-1)时干燥饱水试件应力基本保持一致,当应变率达到160 s^(-1)时饱水试件峰值应力高于干燥试件的11.4%,弹性模量变化规律与强度变化保持一致;饱水作用对玄武岩纤维混凝土既存在侵蚀劣化作用,又存在水-纤维混凝土动力耦合强化作用,静载作用下水的软化作用及尖端水压力对裂隙的扩展作用降低试件抵抗外荷载能力,而动载作用下孔隙负压的存在及Stefan效应阻碍裂纹的扩展及试件的破坏,干燥及饱水试件应力相同时对应的临界应变率为130 s^(-1)。

不同应变率下几种高分子聚合物变形耗能特征试验

为探究不同高分子聚合物材料在高应变率下的耗能效果,采用电液伺服机及霍普金森压杆(SHPB)装置对聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)5种材料开展不同应变率下的压缩试验,分析应变率、材料种类对试件压缩变形率、峰值应力、单位体积耗散率及能量耗散率的影响规律。结果表明:静载作用下POM、PC、PVC、PP、PE试件峰值应力分别为104.60、77.60、65.82、43.63、28.70 MPa,压缩变形率分别为7.80%、2.04%、0.81%、4.38%、4.21%,弹性模量变化为PVC>PC>POM>PP>PE,POM试件强度及变形率最高,PVC试件变形程度最低。随着应变率的增大试件峰值应力随之增加,试件强度存在显著应变率效应,且POM试件应变率效应敏感度最弱,PE试件应变率效应最强。试件耗散能与入射能间存在线性正相关,试件单位体积耗散能变化规律为PVC>PC>POM>PP>PE,高应变率下PVC材料耗能效果最好,其次分别为PC、POM、PP,PE材料耗能效果最低。冲击气压的增大使得试件单位体积耗散能增大,能量耗散率降低,试件能量耗散率为PVC>PC>POM>PP>PE,因此PVC材料在高应变率下其强度较高且增幅较大,其自身耗能效果及能量耗散率最大,是定向爆破药包外壳最优选择材料。

应力损伤下玄武岩纤维混凝土内部孔隙结构及能量耗散试验研究

基于试验研究不同应力水平损伤作用下玄武岩纤维混凝土损伤度、孔隙结构及能量耗散规律,采用非金属超声波检测仪测量0σm、0.15σm、0.3σm、0.45σm、0.6σm五种不同应力水平损伤作用下试件纵波波速及损伤因子变化规律,利用核磁共振(NMR)试验方法研究不同应力水平损伤作用下试件T_(2)谱分布、孔径分布及孔隙率变化规律,并结合万能压力机对试件进行单轴压缩试验,分析其应力-应变曲线、峰值应力及能量耗散变化规律。结果表明:应力作用下,玄武岩纤维混凝土试件会发生损伤,试件高度随作用应力水平的增大而减小,纵波波速先小幅度增大后降低,低应力水平作用对试件整体性有增强效果,高应力水平作用对试件造成损伤,且应力越大,损伤程度越高;0.3σm应力水平作用下试件T_(2)图谱峰值最低,0.6σm应力水平作用下试件T2图谱峰值最高,试件孔隙率随应力水平的增大先减小后增加;试件内部孔隙主要以微孔、中孔形式存在,低应力水平作用下试件内部原生裂纹被压缩,试件内部中孔向微孔转化,总孔隙率降低,高应力水平作用时试件在应力作用下发生损伤变形,试件内部裂纹孔径增大,孔隙率增加;玄武岩纤维的掺入增加了混凝土的塑性变形能力,试件峰值应力随作用应力水平的增大而降低,且降幅显著增加;试件单位体积耗散能会随应力水平的增大而减小,机械损伤度S随应力水平的增大存在小幅度增加,应力损伤下试件弹性变形能力减小,能量耗散率增加。

多次冲击荷载下GFRP管约束混凝土劈裂拉伸力学性能试验研究

为探究冲击荷载作用下GFRP管对混凝土结构的约束保护作用,采用非金属超声波分析仪测量不同冲击次数下GFRP约束混凝土试件纵波波速,利用直径为74 mm分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对试件开展动态单轴劈裂拉伸试验,分析试件纵波波速、损伤因子、应力应变曲线、峰值应力与GFRP管壁厚度及冲击次数间的关系。结果表明:冲击次数的增加使得试件纵波波速降低,损伤因子增大,在第4次冲击荷载作用后管壁厚度1、1.5、2 mm试件损伤因子分别为29.56%、22.33%、17.77%,管壁厚度的增加,增加了对混凝土的径向约束,改善了混凝土内部的应力状态,降低了其在冲击荷载作用下的损伤度。素混凝土试件的动态拉伸应力应变曲线呈单峰曲线,GFRP约束混凝土试件的动态拉伸应力应变曲线呈双峰曲线,管壁与混凝土接触面处使得应力波产生透反射从而改变波的传播路径。相较于管壁厚度为0.5 mm试件,管壁厚度为1、1.5、2 mm在第1次冲击荷载作用下试件应力增幅为12.03%、24.97%、51.11%,2.0 mm管壁厚度时相较于第1次冲击荷载作用,第2、3、4次冲击作用下能量吸收率降幅为6.72%、12.75%、15.92%,试件峰值应力及破碎耗能密度随管壁厚度增加而增大,随冲击次数的增加而降低。

多次冲击荷载下玄武岩纤维高强混凝土孔隙结构及力学特性试验研究

为探究玄武岩纤维高强混凝土在多次冲击荷载作用下的安全性,采用非金属超声波分析仪及核磁共振试验装置测量不同应变率及冲击次数下试件纵波波速及内部孔隙结构,利用直径为74 mm分离式霍普金森压杆装置对试件开展动态压缩试验,分析试件纵波波速、损伤因子、T_2图谱、孔隙结构及应力应变随冲击气压及冲击次数间的变化规律。试验结果表明:试件纵波波速随冲击次数增加而降低,损伤因子随冲击次数的增加而增大,两者间呈良好的二次线性正相关;试件T_2图谱主要呈三峰型,冲击次数的增大会使图谱向右偏移且峰值增加;冲击次数的增加使孔隙直径增大且孔隙数目增多,试件孔隙率增大,且后续冲击作用更有利于裂隙的扩展;试件内部微孔、中孔含量占试件总孔隙率的95%以上,冲击荷载作用使试件内部微孔、中孔占比减小,大孔、裂隙占比增加;多次冲击荷载作用会使试件峰值应力降低,应变量增大,冲击次数与峰值应力间呈良好的二次函数负相关。

多次冲击荷载作用下石灰岩损伤特性与力学性能研究

为研究石灰岩在多次冲击荷载作用下的安全性,采用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆装置对石灰岩试件开展不同应变率及不同冲击次数下的单轴冲击压缩试验,并结合超声波检测装置测量多次冲击荷载作用下岩体纵波波速,分析岩体纵波波速、损伤因子、峰值应力及能量耗散变化规律。结果表明:石灰岩试件纵波波速随冲击次数的增加而降低,波速降幅不断增大,损伤因子随之增大;0.25 MPa冲击气压作用下试件破碎需要6次,0.35、0.40 MPa冲击气压作用下试件破碎需要4次,冲击气压的增大使岩体产生破坏所用冲击次数减少;0.40 MPa冲击气压第2、3、4次冲击作用下试件峰值应力降幅分别为6.23%、14.00%、25.92%,冲击作用使试件峰值应力降低,且后期冲击作用下试件应力降幅增大;冲击荷载作用下岩体能量时程曲线分为3个阶段,岩体破碎耗能密度与冲击次数之间呈现良好的二次线性正相关关系,0.40 MPa冲击气压第2、3、4次冲击作用下岩体耗能密度是第1次的1.06、1.38、1.78倍,后期冲击作用对岩体的破坏作用更加显著。

不同倾角灌浆补强砂浆动态拉伸力学性能研究

为探究灌浆补强砂浆试件在不同冲击倾角下的动态劈裂拉伸物理力学性能变化,采用声波检测装置测量不同补强宽度试件纵波波速变化规律,利用霍普金森压杆(SHPB)装置对试件开展不同冲击倾角下的动态劈裂拉伸试验,分析补强宽度、倾角角度对试件纵波波速、峰值应力、弹性模量及峰值应变变化规律。结果表明:①相较于未补强试件,补强3mm、5mm时试件纵波波速均值降幅分别为19.92%、33.20%,补强宽度的增大使得试件纵波波速降低;②冲击荷载作用前期试件应力呈迅速增大后又迅速降低,作用后期试件以变形为主,补强宽度的增加使得试件峰值应力降低;③随着冲击角度的增大,试件峰值应力、弹性模量均呈现先减小后增大的变化趋势,峰值应变呈先增大后减小的变化趋势,三者变化曲线均呈“U”形状,倾角45°时试件承载能力最低,90°时承载能力最大。

扰动荷载下聚丙烯纤维喷射混凝土力学性能研究

基于试验对煤巷支护体系中纤维喷射混凝土在扰动荷载作用下的安全性能进行研究,采用非金属超声波测量仪对不同扰动荷载及扰动次数下试件的纵波波速及损伤程度进行测量,利用分离式霍普金森压杆装置对试件开展不同扰动次数下的单轴压缩试验,分析试件纵波波速、损伤度、峰值应力及能量耗散与扰动荷载之间的规律。结果表明:随着扰动次数的增加,试件纵波波速先增大后降低,前期扰动作用会降低试件孔隙率,增加试件整体性,随着扰动次数的增加,试件损伤量累积,损伤程度增大,纵波波速相应降低,扰动气压的增加会增大波速降幅;0.15 MPa扰动气压作用1~5次时,试件峰值应力分别为39.6 MPa、41.1 MPa、38.7 MPa、35.1 MPa、33.7 MPa,扰动荷载作用次数的增加使试件峰值应力先增大后降低,适当的冲击扰动作用会增大试件峰值应力,随着扰动次数的增加,试件应力降幅显著增加,后期扰动荷载下试件损伤程度会更大;扰动荷载作用会降低试件吸能效果,且扰动荷载越大,作用次数越多,试件吸收能降幅越明显。在煤巷支护体系的运营维护中要定时探查纤维喷射混凝土的安全性能,以保证巷道支护体系的安全性。

调峰机组高温管道应力测试方法与数据分析

为研究火电机组调峰运行对高温管道安全性的影响,以多次开裂的超临界调峰机组高压导汽管焊缝为测试对象,对机组运行过程中导汽管焊缝区域应力进行了长周期连续测试,得到了机组一个完整启停周期内导汽管焊缝区域的应力数据。基于实测数据,定量分析了导汽管焊缝的应力波动曲线与机组运行参数的关联性。采用雨流计数法,对各测点焊缝应力进行了波幅和次数统计,为进一步开展调峰机组高温管道的疲劳寿命分析提供了载荷数据支撑。

爆炸应力波在层状节理岩体中的传播规律试验研究

为了研究爆炸应力波在岩体中的传播规律,基于相似理论,开展了爆炸应力波在层状节理岩体中衰减的实验研究。研究表明,节理阻碍应力波的传播且存在各向异性;对于垂直或小角度入射节理的应力波,在垂直方向和纵向的衰减很明显并且幅度较大,在横向衰减不明显;对于斜入射节理的应力波,横向和垂直方向没有明显的衰减,纵向的衰减很明显并且幅度较大;应力波的合成峰值速度与炮孔密集度之间的关系密切,当炮孔间距超过一定距离时,实际测得的速度时程为最近药包爆破产生的应力波,并非总药量产生的应力波的叠加。

3种岩石高温后力学性质的试验研究

通过单轴压缩试验,对不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的力学性质进行了研究,分析比较3种岩石峰值应力、峰值应变及弹性模量随温度的变化规律,并研究了峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系。试验升温等级设为20℃,200℃,400℃,600℃,800℃五级,升温速度为30℃/min。试验结果表明,高温后3种岩石的峰值应力、弹性模量均有不同幅度的降低,且经历的温度越高,降低的幅度越大。对于峰值应变,熔结凝灰岩、花岗岩的峰值应变随温度的升高而大幅度的增加;但对于流纹状凝灰角砾岩,峰值应变随着温度的升高在降低。此外,峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系依赖于不同的岩石而表现出不同的规律。

辽宁岫岩地震序列地震运动学参数时变特征的研究

利用辽宁数字地震台网1999年8月至2000年12月的数字地震资料, 详细研究了岫岩地震序列(1999年11月至2000年1月)前后直达S波的最大加速度峰值的时间变化特征, 及其与构造环境背景应力和视应力变化的一致性, 得到了地震运动学参数在前主余震形成和发生的演化过程中明显的差异性变化。为探索前震的判别和强余震的预测, 提供了可快速精确测定的物理参数和掌握地震构造应力背景变化的物理信息。通过对单台视应力、剪应力τ0 值、S波加速度峰值时间变化过程的对比分析表明, 这3 个参量都是强烈地依赖于应力背景强弱的的物理量, 因此反映的是一种的物理过程, 具有一致的物理意义, 其时间变化过程具有很好的一致性。这3种方法由于其计算过程简便, 在地震分布变化很小, 台站位置相对固定的条件下可较为精确的测定, 其异常的幅度明显高于正常背景值, 因此有较为显著的异常分辨率。使用者可根据具体观测条件和现场研究的需要, 选取合适的研究方法。

应力波作用下岩石声发射实验研究

在霍普金森(SHPB)冲击系统上进行了应力波作用下岩石声发射实验,获得了该加载条件下岩石破裂的声发射规律。实验结果表明,应力波下,声发射峰值能量之前所出现的声发射信号相当匮乏;而且其能量规律呈现出两种明显不同的特征:Ⅰ型,声发射峰值能量之后,能量迅速衰减,到了加载的末期,能量出现了一定的回升,产生了"拐点";Ⅱ型,声发射峰值能量之后,能量衰减相对Ⅰ型较慢,且不出现"拐点"。研究结果表明,声发射的能量特征与岩石破碎的程度密切相关;冲击载荷作用下岩石的声发射不仅仅是裂纹信息的反映,其中也包含了对应力波信号的反映。

岩石扩容过程中的体积应变与超声横波速度

通过对三轴实验中岩石体积应变与横波速度的分析,揭示了在各种试验环境中岩样的抗压强度大于体积应变最大值点的差应力,而体积应变最大值点的差应力大于横波速度最大值点的差应力,说明抗压强度前岩石扩容现象是肯定存在的。试验结果表明:不论应力应变曲线上的直线部分是否明显,都可以用检测横波速度最大值的办法确定岩石的应力门槛值;并建议对求岩石泊松比的常规方法有必要进行重新调整。

邻近爆破对坝基灌浆帷幕的影响机理研究

坝基邻近爆破开挖诱发的爆破振动对灌浆帷幕具有不利的影响,目前普遍采用质点峰值振动速度这一经验判据对爆破振动进行控制,而理论研究尚开展得不多。设法运用应力波理论来研究爆炸应力波与灌浆帷幕的相互作用过程,通过灌浆帷幕与岩石界面间结合强度的破坏分析,从理论上探讨灌浆帷幕处的安全质点峰值振动速度。

高温后石灰岩的物理力学特性研究

对焦作石灰岩在常温及经历100℃～800℃不同温度作用后的物理力学特性进行了试验研究,详细分析了加温后石灰岩的表观形态、体积、质量、密度和纵横波波速以及单轴下石灰岩的峰值应力、峰值应变和弹性模量等的变化情况,并对石灰岩高温劣化的影响因素进行了分析。研究结果表明,高温使石灰岩的表观形态发生改变:在400℃以内,温度对石灰岩的物理力学性质的影响不大;200℃以下石灰岩的体积略微减少,超过200℃后石灰岩的体积明显增大,石灰岩的密度随温度的升高而逐步减少;随温度的升高,石灰岩的纵、横波波速大都呈现下降;高温后石灰岩的波速比变化呈无规律性;高温后石灰岩的动弹性模量随温度上升而下降。经历的温度超过400℃后石灰岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,而800℃内石灰岩的峰值应变随温度的升高变化不明显。温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致石灰岩物理力学性质发生改变与高温劣化。

三种岩石高温后纵波波速特性的试验研究

对经受不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的波动特性进行了研究,分析比较了三种岩石纵波波速、密度、弹性模量及峰值应力随经历温度的变化规律,并研究了纵波波速与密度,纵波波速与弹性模量,纵波波速与峰值应力的关系。结果表明,经历高温后三种岩石的纵波波速、密度、弹性模量及峰值应力均有不同程度的降低,且随着经历温度的升高,降低的幅度增大。此外,纵波波速降低的幅度均大于密度降低的幅度;而纵波波速与弹性模量、峰值应力的关系则依赖于不同的岩石而表现出不同的规律。

应力波峰值变化与岩体结构关系的试验研究

选择了3种有代表性的岩体结构进行冲击试验,分析研究了波形最大峰值变化与岩体结构的关系。试验结果表明:震动峰值随空间衰减、震动峰值延时及其离散性变化均能有效反映岩体结构特点和受扰动程度,也能反映岩体的各向异性。

高温遇水冷却石灰岩力学与声学性质研究

以石灰岩为研究对象,对加温遇水冷却后的岩样进行轴向压缩试验和声波测试,研究不同高温遇水冷却岩样的表观形态和力学性质的变化情况,分析力学与声学性质的关系。研究结果表明:随温度升高,高温遇水冷却干燥后岩样的颜色逐渐变浅,700℃时变为灰白色;峰值强度整体上呈减小趋势;当从常温升至500℃时,峰值应变逐渐增大,弹性模量和变形模量逐渐减小;高于500℃时,随温度升高,峰值应变先减小后增大,弹性模量和变形模量先增大后减小;随温度变化,弹性模量、峰值强度与纵波声波波速、横波声波波速间均呈现出良好的相关性。