考虑加载速率与厚径比影响的 巴西圆盘劈裂强度分析

为综合研究加载速率和厚径比2个因素对测定茅口灰岩抗拉强度的影响关系,开展了一系列采用对称小圆弧加载方式下的巴西试验;通过ANSYS有限差分软件模拟巴西劈裂试验,结合Griffith强度理论分析不同厚径比圆盘试样在不同加载速率下的等效应力分布规律.试验研究结果表明:岩石抗拉强度会随试验加载速率的增加而增大,同时随厚径比的增大呈三次函数衰减关系.数值计算结果表明:越靠近圆盘试样端面中心点,等效应力值越大;除个别点处应力集中外,端面中心点的等效应力值也会随着加载速率的增加而增加;圆盘的起裂位置亦发生在端面中心点处.在此基础上对岩石抗拉强度公式进行修正,建立了更加真实的考虑加载速率与厚径比影响的巴西圆盘劈裂强度修正公式.     

混凝土动态劈裂试验中的惯性效应研究

在商业有限元软件中采用应变率不敏感的材料本构模型对巴西圆盘动态劈裂试验进行了数值模拟,研究了不同厚径比以及平台巴西圆盘中平台角度对动态抗拉强度的影响。分析表明,动态劈裂试验中惯性效应对抗拉强度有比较大的影响,且惯性效应与试件尺寸、平台角度以及应变率有关。所得结果将为巴西圆盘动态劈裂试验设计提供参考,通过与试验数据的对比,可得到材料真实的应变率效应。     

岩石SHPB劈裂分析理论研究

为了分析岩石在冲击载荷下的动态劈裂破坏情况,通过分析巴西圆盘在动态劈裂和静态劈裂时表面应力分布均匀化的相似性,可以将静态劈裂时的弹性理论应用到动态劈裂当中,得到巴西圆盘在动态劈裂下的动态抗拉强度、动态抗压强度、应变率和应变的计算公式.应用三维非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,模拟巴西圆盘在分离式霍布金逊压杆实验装置上受冲击时动态劈裂的整个实验过程.基于动态抗拉强度公式和动态抗压强度公式,对试件的实际拉应力曲线与计算拉应力曲线进行对比,以及对实际压应力曲线与计算压应力曲线进行对比,通过对比曲线的相互吻合性证明数值模型适用于对岩石冲击劈裂破坏性质的研究.通过分析试样表面的应力均匀化过程以及试样表面对心压缩轴线上拉应力方向的应力分布情况,得出试样在对心压缩轴线表面上的破坏顺序是由从两个冲击端部向中心发展的;通过分析试样沿对心压缩轴线所切剖面上的拉应力分布,得出试样在厚度方向上的破坏顺序是由表面向内部发展的.     

劈裂法测地勘岩芯抗拉强度的形状效应研究*

对现场所取岩芯进行力学分析是确定和评价其工程性质的重要途径和手段;但对于一些整体性和强度较差以及裂隙或层理发育的岩层,将现场钻取的岩芯加工成符合规范的标准岩芯。首先加工难度大,更主要的是二次加工对岩芯扰动大,导致力学实验结果偏差较大。为此,将现场地勘岩芯直接应用于力学实验岩芯,通过抗压强度测试中的尺寸效应、劈裂法抗拉强度测试中的形状效应研究,得出以下结论:不同高径比的巴西圆盘劈裂法间接测试抗拉强度的形状效应表明,劈裂法间接测得的抗拉强度和圆盘尺寸离散性较大;但也表现出一定的分布规律。总体上随高径比的增大而呈减小趋势;因此,由于抗拉强度形状效应的离散性,试验中尽可能采用规范规定的尺寸进行强度试验。若在标准岩芯获取受限制的情况下,也可以用非标试件进行试验,引起的误差必须修正。     

平台巴西圆盘抗拉强度公式修正系数的研究

基于平面问题得出的平台巴西圆盘抗拉强度公式,并没有考虑试样形状参数和泊松比值的影响,其适用性有待于验证.结合Griffith破坏强度准则和三维有限元计算,考察了试样形状参数和泊松比值对平台巴西圆盘应力分布的影响.根据情况总共建立了54个三维有限元模型,对有限元结果分析后发现,平台巴西圆盘试样的厚度和泊松比值对其应力分布存在较大的影响,通过对有限元结果进行的多元拟合,给出了平台巴西圆盘抗拉强度公式中更加精确的修正系数.     

基于颗粒流的平台圆盘巴西劈裂和岩石抗拉强度

使用颗粒流(PFC)虚拟实现不同中心角的平台圆盘巴西劈裂和直接拉伸试验,观察平台圆盘巴西劈裂中裂纹形成、扩展的一般过程,分析不同中心角对岩石破坏过程及破坏模式的影响.研究结果表明:平台中心角越大,岩石内损伤破坏程度越高,破坏模式变得更复杂.通过对不同平台中心角的圆盘试样断裂模式的观察和分析,并结合已有的研究成果推荐平台中心角为20°;利用直接拉伸数值试验的拉伸强度,计算出平台中心角为20°时的抗拉强度修正系数k=0.931 5.     

红砂岩巴西劈裂强度和极限应变的尺寸效应

为研究红砂岩中巴西劈裂强度和破坏极限应变的尺寸效应,试验采用了直径50mm,高度分别为20、25、30、35、40、45、50mm等7组不同厚度的红砂岩圆盘试件进行巴西劈裂试验,同时在试件圆盘中央黏贴应变片监测试件加载直至破坏过程中的横向应变、纵向应变。试验发现,不同厚度下的红砂岩试件所得巴西劈裂抗拉强度不同,试验回归分析了红砂岩中巴西劈裂抗拉强度与厚度的关系,在20~30mm厚度范围内,劈拉强度随厚度的增加而增大,在30~50mm范围内,劈拉强度随厚度增加而无明显变化。     

风化作用下层状板岩I型断裂特性试验研究

以甘肃岷县在建木寨岭隧道层状炭质板岩为研究对象,首先对即时烘干试样(试样加工完成后立即用烘箱烘干)和静置风化(加工后室内常温通风放置60 d)试样开展巴西劈裂试验,然后,对静置风化试样开展直缝半圆盘(SCB)试样三点弯试验,系统研究层状炭质板岩抗拉强度及其I型断裂特性.研究结果表明:即时烘干和静置风化炭质板岩试样抗拉强...     

单颗粒杂质位置与圆盘试件单轴劈裂抗拉强度相关性研究

运用PFC3D颗粒流模型对单颗粒杂质位置与圆盘试件单轴劈裂抗拉强度的相关性进行了研究。对比分析了均质与含单颗粒杂质圆盘在巴西试验过程中的应力状态及破坏形态,揭示了杂质颗粒位置的不同对巴西圆盘抗拉强度实验结果的影响规律。结果表明,杂质颗粒可使抗拉强度减小,杂质颗粒位于加压轴线垂直方向的直径上时,距圆盘中心水平距离越近,对抗拉强度影响越大;杂质颗粒位于加压轴线上时,距圆盘中心距离越远,对抗拉强度的影响越大;杂质颗粒所处位置不同会导致试件发生不同形态特征的破坏。通过多次含有杂质圆盘单轴抗拉实验结果综合分析,得出了含杂质圆盘单轴抗拉强度实验结果的修正系数公式。     

岩石巴西劈裂强度与裂纹扩展颗粒尺寸效应研究

基于一组经室内巴西试验结果标定的类岩石材料细观参数,通过颗粒流程序(PFC)建立圆盘试样离散元模型,对含不同颗粒粒度中心直切槽圆盘试样进行巴西劈裂模拟,分析颗粒尺寸对荷载-位移曲线、拉伸强度和破裂模式的影响,揭示裂纹扩展过程中细观力场、微裂纹以及能量演化规律。研究结果表明:切槽圆盘试样荷载-位移曲线可分为单峰值(type I)、峰值之后软化(type II)以及峰值之后强化(type III)3种;切槽圆盘试样拉伸强度显著比完整圆盘的低,降幅与切槽倾角和颗粒半径相关;当切槽倾角不变时,拉伸强度总体上随着颗粒半径的增大而增大;而当颗粒半径不变时,拉伸强度随着切槽倾角的增大而减小;当切槽倾角相同时,不同颗粒半径中心直切槽圆盘试样破裂模式显著不同,颗粒尺寸主要影响中心直切槽圆盘试样次生裂纹的萌生和扩展;边界对试样作的功首先用于克服颗粒间黏结以产生裂纹,裂纹在应变能的作用不断扩展,在裂纹产生之后,摩擦能才开始起作用;颗粒的运动程度很低,因此动能很小;边界能与抗拉强度总体上呈正比关系,即边界能越大,拉伸强度越大。     

掺粉煤灰混凝土强度劣化试验研究

为研究掺粉煤灰混凝土的抗压强度劣化规律,以碎石、水泥、粉煤灰、中砂与自来水为原材料,制备掺粉煤灰混凝土试件。在碳化与干湿循环等环境作用下,利用万能压力试验机,展开试件强度劣化试验。试验结果表明：粉煤灰掺量未超过30%(包含30%)时,试件抗压强度未出现劣化现象;粉煤灰掺量超过30%时,粉煤灰掺量越多,试件抗压强度劣化程度越大。龄期延长,各试件抗压强度均有所提升;增加粉煤灰掺量,会提升试件劈拉强度的劣化程度;延长龄期,会减缓试件劈拉强度的劣化速度。增加水胶比含量,导致试件劈拉、抗压强度劣化程度提升;碳化作用下,试件抗压及劈拉强度有所提升,碳化时间为13 d时,试件抗压及劈拉强度达到峰值;干湿循环作用下,试件的抗压及劈拉强度均会出现劣化情况,粉煤灰掺量为30%时,试件的抗压及劈拉强度均值相对较高。     

公路罩面层聚合物改性界面剂粘结性能研究

选取立方体试件以及8字型试件,研究了在采用不同丁苯乳液掺量的界面剂处理下,新型聚合物改性水泥砂浆与普通水泥砂浆之间界面劈裂抗拉粘结强度、抗拉粘结强度;并对新旧水泥砂浆的界面处进行了微观结构观测分析。研究结果表明:在立方体劈裂抗拉粘结强度方面,当界面剂中丁苯乳液掺量优选m(丁苯乳液)∶m(水泥)=2∶3时,其28 d劈裂抗拉粘结强度取得最大值为2.465 MPa,明显高于其他界面剂配比的劈裂抗拉粘结强度;在8字型试件抗拉粘结强度方面:当m(丁苯乳液)∶m(水泥)=2∶3时,粘结试件的抗拉粘结强度亦达到最大;微观试验分析表明,掺有丁苯乳液的界面剂水泥砂浆内部界面过渡区(ITZ)相比空白样明显致密。     

相变材料对温拌沥青混合料路用性能及微观机理的影响

为研究相变材料DTC对温拌沥青混合料路用性能的影响,通过马歇尔稳定度试验、冻融劈裂试验、小梁弯曲试验、电子显微镜试验以及核磁共振试验,研究了不同DTC掺量下相变温拌沥青混合料的高温、低温、水稳性能的影响规律及其微观机理。结果表明：马歇尔稳定度值、小梁抗弯拉强度值与DTC掺量符合线性关系,通过t检验和F检验可知,短期老化对劈裂抗拉强度比的均值和方差无显著影响,长期老化对劈裂抗拉强度比的均值影响显著,对方差无显著影响。电子显微镜和核磁共振的研究发现：随着DTC掺量的增多,试件内的孔隙越来越多,但孔径分布及其峰值主要集中在0.01um-1um之间,孔隙度也在增大,这也正是DTC掺量越大,马歇尔稳定度值、劈裂抗拉强度值和小梁抗弯拉强度值下降越多的主要原因。通过灰色关联度分析获知,老化对沥青混合料路用性能的关联度影响甚微。因此,DTC掺量对沥青混合料的路用性能影响由大到小依次是马歇尔稳定度、抗弯拉强度、劈裂强度;相关性分析表明,沥青混合料微观结构特性与其宏观性能的相关系数都在0.77以上,宏细观性能紧密关联。     

充填体抗拉强度特性的试验研究

充填体可以改善围岩应力状态、限制围岩移动、维护采场稳定.通过在室内条件下制作和养护充填体试件,然后采取劈裂法对不同配比和浓度的充填体试件进行测试,得出了充填体试件在不同配比、浓度下的峰值载荷、峰值位移、平均峰值应变、抗拉强度以及应力-应变曲线.通过分析这些拉伸试验条件下的力学性质,对提高充填体质量和维护采场稳定有指导作用.     

水平层理棱柱形灰岩抗压强度尺寸效应

为研究得到棱柱形含水平层理岩石试样与标准圆柱形岩石试样在单轴压缩试验下物理力学性质变化规律及破坏形态之差别,制备9组不同高径比棱柱形灰岩试样进行室内单轴压缩试验,并基于灰色理论GM(1,1)模型对试验数据进行拟合。研究表明:水平层理棱柱形岩石试样破坏过程与圆柱形岩石试样破坏过程基本相同但破坏形式存在差异;当高径比小于2∶1时抗压强度、弹性模量随高径比的减小而减小,泊松比、峰值应变随高径比的减小而增大,破坏形式从简单的对顶锥型劈裂发展到对顶锥型劈裂+沿层面拉裂破坏;相反高径比大于2∶1时抗压强度、峰值应变随高径比的增大而显著减小,而弹性模量、泊松比减小微弱且破坏形式主要为贯通试样的劈裂破坏;研究结果可为非标准形试样及岩石加筋材料工程试验抗压强度换算提供依据。     

上向进路充填采矿法不同接顶率充填体的稳定性

 基于充填料浆采场流动规律和分级尾砂充填进路终态,研究了上向进路充填采矿法不同接顶率充填体的稳定性。将充填料浆采场流动分为不受限沉积扩散和受限向上堆积两个过程,结合充填料浆采场充填终态,从50%充填接顶率开始,按5%递增梯度构建不同充填接顶率的充填体三维模型,运用MIDAS/GTS 有限元软件模拟分析不同接顶率充填体受力状况,提出了考虑抗拉、抗压安全系数和拉应力、压应力集中区域体积的综合安全系数方法,用于评价充填体的稳定性。以某矿山为例的评价结果表明,对于二步进路采场开采,一步进路采场充填体的接顶率和综合安全系数越大,其稳定性越高;当接顶率不足75%时,抗拉、抗压安全系数大于1,综合安全系数小于1,充填体有失稳风险;而当接顶率大于75%时,抗拉、抗压安全系数和综合安全系数均大于1,充填体处于稳定状态,其稳定性满足安全生产要求。     

超高韧性水泥基复合材料与活性粉末混凝土动态性能研究

研究超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）及活性粉末混凝土（RPC）在不同冲击荷载下的动态劈裂强度、拉压比、能量吸收量以及破坏状态.试验采用Ф80 mm的分离式霍普金森压杆以5组不同的冲击速度,打击UHTCC和RPC的平台巴西圆盘试样.研究结果表明：两组材料的动态劈裂强度随着应变率的上升而上升,具有明显的应变率敏感性,RPC的动态劈裂强度约为UHTCC的1.35倍;不同冲击荷载下两组材料的动态能量吸收量相近.     

一种页岩相似材料的配制及其力学性能的研究

以地质力学模型试验的相似理论和相似材料的选择原则为基础,以砂子为骨料,石蜡为胶结剂,石膏为调节剂作为相似材料制成了一批可以模拟页岩的模型试件。该相似材料满足相似原理,且具有取材方便、经济成本低、制作工艺简单、成型时间短以及变形量大等优点。对5种不同配比下的软岩相似材料试件进行了大量的单轴、三轴试验,验证了该相似材料模拟页岩具有可行性。结果表明,该相似材料的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内聚力、内摩擦角随砂胶质量比的增大而减小,泊松比随砂胶质量比的增大而增大。该研究为进一步的模型试验提供了理论指导。