用能量方法探索测量中等加载速率下大理岩动态起始韧度问题

在开发后的INSTRON试验机上进行湘白玉大理岩动态断裂试验，试验由计算机程序控制，得到了P-LPD、P-t曲线。考虑惯性效应，用能量方法测定了正方形带直切口三点变曲梁湘白玉大理岩试件的动态起始韧度。并用近似方法计算了该试件的临界动应力强度因子。     

南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂分形研究

探讨南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂的力学行为,采用分形几何方法,对南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂断口进行了分形分析,在开发后的Instron1340系列电液伺服材料试验机上,对不同切口深度的SECRBB试件进行了准动态断裂试验,测出各断口分形维教Df的估计,得到了该试件准动态断裂的宏观力学量临界荷载Pmax,动应力强度因子KI(t)、试件的几何因子y和断口分形维数Df呈一定的线性关系;还找出了SECRBB试件吸收的能量Es与断口分形维数Df的关系式,即Es=88.044-66.444Df.这将有可能通过对试件断口分形分析,推测其宏观动态断裂韧度Kid等断裂性质及成因,这对于岩石断裂研究和工程应用,如地震预报都具有一定的理论指导意义.     

南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂分形研究

探讨南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂的力学行为,采用分形几何方法,对南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂断口进行了分形分析,在开发后的Instron1340系列电液伺服材料试验机上,对不同切口深度的SECRBB试件进行了准动态断裂试验,测出各断口分形维数Df的估计,得到了该试件准动态断裂的宏观力学量临界荷载Pmax,动应力强度因子KI（t)、试件的几何因子Y和断口分形维数Df呈一定的线性关系;还找出了SE-CRBB试件吸收的能量Es与断口分形维数Df的关系式,即Es=88.044-66.444Df。这将有可能通过对试件断口分形分析,推测其宏观动态断裂韧度Kid等断裂性质及成因,这对于岩石断裂研究和工程应用,如地震预报都具有一定的理论指导意义。     

锦屏层状大理岩断裂特征的微细观分析

锦屏二级地下洞室群围岩处于埋深大、高地应力状态,开挖卸荷后围岩变形破坏引起的工程问题十分突出。根据锦屏二级交通辅助洞所取得盐塘组大理岩的层状及白山组大理岩均质的特性,利用SEM高温疲劳试验系统,开展了对盐塘组大理岩不同层理方向受力及白山组大理岩的变形破坏特征及断裂机理的三点弯曲试验。试验过程中,将岩样加工成盐塘组大理岩平行层理、垂直层理及白山组大理岩3组试件。研究结果表明：盐塘组大理岩的层状特性是由于其矿物成分的方解石矿物颗粒及白云石矿物颗粒呈条带状相间分布所致,而矿物颗粒单一的白山组大理岩试件则较为均质;层状大理岩的断裂机理取决于对层理的作用力方向及矿物组成,并且表现出力学参数上的差异,而受矿物颗粒间的胶结能力及颗粒大小的影响,白山组试件强度则最小;盐塘组大理岩两组试件变形破坏过程表现出明显的3个阶段,而白山组试件变形破坏特征则划分为峰前及峰后阶段,受不同断裂机理的影响盐塘组荷载平行层理方向较之垂直方向试件的塑性变形特征明显,且白山组试件峰后阶段较为完整的表现出了其变形破坏过程。     

充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究

为研究充填物对含孔洞岩石的力学特性及变形破坏特征的影响规律,室内预制加工了含孔洞及石膏充填物大理岩,分别对其进行单轴压缩和声发射试验,并对破坏前后试件进行CT扫描,分析其裂纹扩展规律.试验结果表明:(1)相比于含孔洞大理岩,石膏充填使试件的抗压强度提高了10.62％.二者峰前特征相似,均表现为孔周裂纹起裂引起第一次应力跌落现象,峰后特征则有所不同,石膏充填使大理岩变形的局部化特征更为明显.(2)峰后阶段,含孔洞试件声发射特征显著,裂纹扩展迅速,石膏充填试件稍慢,表明石膏充填遏制了试件的裂纹扩展.(3)含孔洞和石膏充填大理岩的破坏模型有所区别,含孔洞试件破坏裂纹较为单一,主裂纹以张拉破坏为主,翼裂纹在试件端部较多,部分从侧面贯通,形成块体掉落.充填条件下孔洞周边的裂纹更细更分散,小裂纹相互贯通,形成"X"状剪切破坏.     

基于半圆试件的沥青混合料动态模量测试方法研究

由于单轴压缩动态模量难以用于路面芯样试件，导致设计模量评价方法难以用于路面质量符合性检验。本文在分析半圆试件荷载响应的基础上开发了基于半圆试件的动态模量测试方法，确定了试验参数，对常用沥青面层混合料进行了动态模量测试。试验结果表明通过三维有限元方法确立的应力系数有很好的精度，得到的动态模量符合精度要求。对试验数据的变异系数分析表明试验结果的离散性和复现性偏差均较小，说明试验方法具有很好的稳定性。     

基于半圆试件的沥青混合料动态模量测试方法

由于单轴压缩动态模量难以用于路面芯样试件,导致设计模量评价方法难以用于路面质量的符合性检验.鉴于此,文中在分析半圆试件荷载响应的基础上开发了基于半圆试件的动态模量测试方法,确定了试验参数,对常用沥青面层混合料进行了动态模量测试.试验结果表明,通过三维有限元方法确定的应力系数有很高的精度,得到的动态模量符合精度要求.对试验数据的变异系数分析表明,试验结果的离散性和复现性偏差均较小,说明试验方法具有很好的稳定性.     

单轴压缩下岩石断口裂纹的分形特征研究

为了对岩石断口进行细观分析,以大理岩为例,借助MTS岩石伺服试验系统,进行单轴加载实验直至破坏,获取了四类不同破坏载荷下大理岩断口试件。运用扫描电镜拍摄了岩石破坏断口裂纹的细观结构图像,综合应用图像分析技术和分形几何理论,编制了Matlab程序,计算出细观结构图像的分形维数,并简要分析了大理岩细观结构具有的分形特征。结果表明:大理岩表现出良好的自相似性;其断口的分形维数与破坏载荷之间具有一定的相关性。     

表面裂纹对大理岩破坏特性影响

为研究表面裂纹对大理岩破坏特性的影响,采用室内试验的方法,获得了0°、30°、60°倾角单预制表面裂纹和45°倾角的双表面裂纹试件的单、三轴试验结果.结果表明:表面裂纹对试件中新裂纹的产生具有明显的诱导作用,但未对试件整体强度产生明显影响;围压对试件的破坏形式有决定作用:单轴压缩下,试件多表现为劈裂破坏,三轴压缩下,试件为剪切破坏;单预制表面裂纹对最终的破裂扩展路径不起决定性作用,双预制表面裂纹则对破裂断面作用明显.研究结论可以为岩土工程中裂隙岩体的失稳和破坏的预警提供参考.     

温度作用后大理岩加-卸荷破裂特性试验研究

文章开展了常温和200℃作用后锦屏大理岩的单轴、常规三轴及三轴卸围压试验,分析了温度作用对大理岩破裂特征及强度的影响规律。研究表明:温度作用对大理岩破坏形式有较大影响,在相同的应力路径下,温度作用后的试件更容易出现张拉破坏特征。单轴试验中,试件均发生剪切和张拉组合破坏,未受温度作用的试件以剪切破坏为主,而温度作用后的试件以张拉破坏为主;在常规三轴试验中,未受温度作用的试件主要是剪切破坏,而温度作用后的试件有单剪、剪切和张拉组合破坏形式;三轴卸围压试验中,未受温度作用的试件有单剪、共轭剪切、剪切和张拉组合破坏等形式,而温度作用后的试件包括单剪、剪切和张拉组合、共轭剪切和张拉组合破坏等形式;常规三轴试验中,温度作用后试件的内摩擦角基本没有变化,而内聚力略有增加;卸围压试验中,温度作用后试件的内摩擦角有所增加,而内聚力则降低;采用Mogi-Coulomb强度准则对温度作用后的大理岩加、卸荷强度的回归效果优于Mohr-Coulomb强度准则。     

有/无填充介质对裂纹动态断裂特性影响的实验研究

为了研究有/无填充介质对裂纹动态断裂特性的影响,利用动态焦散线实验方法结合高速相机对含预制缺陷的试件进行了三点弯冲击断裂实验。研究结果表明:冲击载荷作用下运动主裂纹与预制缺陷贯通后,预制裂纹中有/无填充介质影响次生裂纹的起裂位置、数量、起裂模式、起裂所需时间。在预制裂纹中无填充介质的情况下,沿预制裂纹左右两侧对称产生2条次生裂纹,次生裂纹起裂时是Ⅰ+Ⅱ混合模式断裂;在填充环氧树脂介质情况下,沿预制裂纹中心处产生1条次生裂纹,次生裂纹起裂时是Ⅰ型断裂;同时无填充介质试件次生裂纹起裂所需时间大于填充了环氧树脂的试件。     

岩石材料动态断裂韧性的实验研究

为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性。对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性。处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的;花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大。     

温度对岩石类材料断裂性能的影响研究

根据CCCD-SHPB测试原理,利用平台巴西圆盘研究温度对岩石类材料断裂性能的影响,实验过程中通过控制加载脉冲,使得测试试件的加载速率基本一致,仅改变试件测试的环境温度.根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法,在SHPB装置上完成岩石类材料的动态断裂韧度随温度变化的测试,获得了不同温度下中心裂纹巴西圆盘岩石试件的动态断裂韧度.     

大连饱和黏土动力特性研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能扭剪仪,使用改进的真空抽吸法制备重塑饱和黏土空心试样,采用单独试样振后固结再振(加卸载)的试验方法,探讨了大连饱和黏土的动力特性.试验结果表明:在微小应变下避免孔隙水压力明显升高,使用单独试样通过改变固结压力的方法获得的最大动剪切模量Gmax和阻尼比ξ与用多个试样常规方法获得的结果很接近,是比较可靠的;卸压时的G随固结压力的减小而降低,下降的梯度比加压时的小.试验中将非接触式与接触式角位移计联合使用,以提高微小剪应变的测量精度.试验得到的归一化后的G/Gmax-γ和ξ/ξmax-γ基本落入一个很窄的范围内,并且由G/Gmax-γ和ξ/ξmax-γ关系曲线可用公式估算出G和ξ.采用这种单独试样振后固结再振的方法可以节省取样数量和解决土性不均匀问题,并且在试验结果可靠的基础上能够提供很多便利.     

爆炸载荷作用下刻槽炮孔动态裂纹扩展规律

基于准静态爆生气体膨胀和岩石断裂力学理论，建立了不耦合装药刻槽爆破时的脆性断裂爆破模型。对刻槽炮孔内爆生气体压力、临界压力和应力强度因子进行了分析计算，从而得出了刻槽炮孔裂缝在扩展过程中，包括启裂、止裂条件、启裂方向、扩展长度和裂缝扩展速度等的变化规律。此外，论文还对刻槽爆破时的动态效应进行了初步探讨，根据分析结果在大理石切割爆破中进行了刻槽试验，并和普通光面爆破效果进行了比较。     

加载速率对岩石动态断裂韧度影响的试验

摘要：
采用CCCD SHPB(Central Cracked Circular Disk Split Hopkinson Pressure Bar)试验系统对花岗岩试件实施不同加载速率下的纯Ι型加载试验,测得平均载荷P(t)随时间的变化关系.将实测的载荷代入到推广的中心裂纹圆盘试件应力强度因子计算公式,获得花岗岩在不同加载速率下的动态断裂韧度,揭示加载速率与动态断裂韧度的相关性.试验结果表明,加载速率为50~350 GPa·m1/2/s时,随加载速率的增加,断裂韧度呈现出线性上升趋势.
关键词：
动态断裂韧度; 加载速率; 霍普金森压杆; 中心裂纹圆盘
中图分类号： TU 45
文献标志码： A     

晶须辅助增强复合材料动态压缩性能研究

为获得一种新型氧化锌纳米晶须辅助增强环氧树脂基复合材料的准静态和动态压缩力学性能,采用万能实验机和分离式Hopkinson压杆装置为加载手段,对该复合材料层合板厚度和平面内两方向的准静态和动态压缩性能进行实验研究;借助扫描电镜对该复合材料断口损伤形貌进行表征. 实验结果表明:在动态加载下,该复合材料具有明显的非线性本构关系和应变率强化效应. 材料在厚度方向的破坏以剪切破坏为主,在平面内方向的破坏以分层破坏为主,其厚度和平面内两方向的压缩破坏具有完全不同的破坏机制.     

裂纹缺陷对结构动态断裂行为的影响效应研究

采用落锤冲击加载的方式,结合焦散线方法,研究了裂纹缺陷对有机玻璃(PMMA)板条试件动态断裂行为的影响效应。通过对试件断裂破坏过程的观测和分析,得到了裂纹尖端动态应力强度因子和裂纹扩展速度的变化规律。结果表明,该试验加载条件下,结构的断裂韧度约为1.00 MN/m~(3/2);裂纹缺陷的存在对运动裂纹扩展的总体效果是抑制的,含裂纹缺陷试件中运动裂纹的扩展时间约为不含裂纹缺陷的1.5倍;随着裂纹缺陷长度的增加,运动裂纹在缺陷处再次起裂更为困难。     

用焦散线法研究拱形试件的动态断裂

本文由运动裂纹尖端附近的应力场解,给出了动态焦散线方程和确定裂纹尖端位置、应力强度因子的计算公式.研究带边裂纹拱形三点弯曲试件在枪击动载荷下的动态断裂问题,得到系列动态焦散线照片并给出动态应力强度因子与裂纹扩展速度特性曲线以及裂纹不同扩展速度时的断口形貌特征.     

不同厚度三点弯曲梁的裂纹扩展动态焦散实验

采用动态焦散线实验方法,对冲击作用下不同厚度的三点弯曲梁进行了研究,分析了厚度对其动态断裂过程的影响.结果表明:不同厚度三点弯曲梁在动态冲击实验中,预制裂纹起裂时间和扩展时间受到试件厚度的影响.厚度越大,起裂越慢,扩展时间越长;试件起裂后,不同厚度下裂尖的扩展速度和动态应力强度因子值随时间的变化曲线均呈现先快速上升后波动下降的趋势;裂尖扩展速度和动态应力强度因子的峰值随着厚度的增大呈现先上升后下降的趋势;厚度影响了反射应力波对裂纹扩展的抑制作用.