高温及三轴应力下花岗岩体力学特性的实验研究

高温岩体地热开发及核废料的地下处置等需要对高温高压下花岗岩体的力学行为进行深入细致研究。采用自主研制的"20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机",投入大量人力、财力和物力,历时0.5 a,系统深入地研究φ200 mm×400 mm的大尺寸花岗岩试样在高温三轴应力下的热变形和破坏特征及其热学和力学参数随温度的变化特征。研究结果表明:(1)在三维静水应力下,花岗岩的热变形可分为低温缓慢变形段、中高温快速变形段及高温平缓变形段等3个阶段。自由状态测定的热膨胀系数会过分夸大,或失真地估计岩石的热膨胀或热力作用,在应力状态下测定的热膨胀系数更能反映实际岩体状态。(2)在高温三轴应力条件下,花岗岩体受压表现出与常温下不一致的变形特征,即先是体积膨胀,当差应力超过一定值后则体积收缩。(3)花岗岩体在高温下的破坏形式是典型的剪切破坏,与常温下的破坏形式一致,但在高温和高围压条件下出现明显的延性转化。(4)在有围压条件下,花岗岩体的弹性模量随温度升高先是缓慢减小,然后快速减小,超过400℃后基本保持不变,与小试件的情况相似。

填充床熔盐蓄热器的动态温度与应力特性

建立了填充床熔盐蓄热器的热-力耦合数值模型,基于此模型,研究了多次蓄-放热循环下罐体壁面温度与应力的动态变化特性,并探讨了蓄热罐体产生高温蠕变与塑性屈服的失效区域。结果表明:单次蓄-放热循环中,①壁面温度呈4个阶段的变化趋势,即蓄热时的急剧温升与稳定阶段,放热时的缓慢温降与急剧下降阶段,且大部分罐壁均会产生蠕变现象;②筒节1~5的壁面处于低应力水平的弹性状态,壁板底端存在应力集中导致的塑性屈服现象,且峰值应力在蓄热时呈逐渐上升、放热时逐渐下降的变化趋势;多次蓄-放热循环中,①罐壁最高温度在631~836 K之间呈周期性变化,随着循环次数的增加,处于弹性状态的壁面在低应力与蠕变的作用下损伤累积,增加了蓄热器失效的风险;②内壁面峰值应力在275~423 MPa之间呈周期性变化,使得蓄热罐体可能会产生高应力(大于屈服强度)引起的低周疲劳断裂失效现象。本研究可为开展填充床蓄热器的动态应力疲劳寿命评估提供有效参考方法。

汽轮机转子热疲劳的计算方法

本文介绍了转子热疲劳计算方法,从理论上推导了计算额定弹性应力和应力集中系数的公式,阐明了利用通用周期应变特性和短时蠕变特性计算转子热疲劳寿命的步骤。该方法对苏制200、300和500MW机组的寿命计算和寿命管理提供了比较适当的公式。

用基岩各向异性热学参数分析混凝土基础块的温度徐变应力

本文提出了传统计算温度徐应力方法的缺点在于采用地基热学参数各向同性的假定．并证明了用由现场测定的各向异性热学参数算出的应力场较传统方法算得者为优。

基于断裂及高温损伤的岩石蠕变模型研究

为了反映热-力耦合作用下岩石蠕变变形的全过程,依据断裂力学原理提出了岩石裂纹扩展的临界损伤应力和一个新的可描述岩石在稳态蠕变阶段与临界损伤应力相关的非线性黏性分量,在传统西原模型和Burgers模型的基础上,将指数形式的损伤变量、临界损伤应力以及与其有关的非线性黏性分量引入到流变微分方程,通过叠加原理推导了考虑温度效应的单轴和三轴压缩条件下岩石的流变本构关系,建立了岩石的热-力耦合损伤蠕变本构模型。利用不同温度、不同应力条件下花岗岩的三轴蠕变试验曲线和本文蠕变模型的计算曲线进行比较,结果表明本文蠕变模型能够较好地模拟岩石在初始瞬态、稳态和加速蠕变阶段全过程的变形规律,验证了所建模型的有效性和合理性。该模型为分析高温、高应力环境下岩石工程的长期变形和稳定情况提供了理论依据。

酸性溶液侵蚀红层软岩流固耦合蠕变特性分析

为探究酸雨作用下风化红层软岩的损伤劣化和滑坡失稳机制,进行酸性溶液反复侵蚀下红层软岩应力-渗流耦合蠕变试验,分析岩石耦合蠕变力学行为及损伤演化机制。通过分析不同试验条件下岩石蠕变时间-应变曲线,以及水化学损伤前后岩石蠕变速率与渗透率的相互关系,探究化学-应力-渗流耦合作用下岩石损伤劣化机理及影响岩石损伤的主要因素。结果表明:水化学作用会对岩石三轴强度造成折减,最低降低幅度为36.31%,最大降幅为48.03%,同时受水化学反复侵蚀作用后的岩石蠕变曲线发散性更强;不同水力条件下岩石损伤规律与应力水平呈现良好的正相关性,水化学损伤破坏程度远高于渗流及应力作用破坏程度,受水化学损伤后岩石渗流及应力作用均会加剧岩石损伤劣化,高渗流压力作用下,岩石蠕变效应更加明显。最后引入化学损伤因子,建立了包含化学损伤的应力-渗流耦合作用下的三轴非线性损伤蠕变模型,该模型可以描述水化学作用下红层软岩流固耦合蠕变特征,拟合效果良好。