不同应力水平下砂岩力学特性的试验研究

为了探讨循环加载下应力水平对岩石力学特性的影响,利用WDT-1500材料试验机,对砂岩进行不同应力上限、不同应力下限、相同应力幅值和不同荷载频率条件下循环加载试验,对比分析不同加载条件下砂岩的力学特性,揭示了砂岩的动弹性模量和动泊松比随循环次数的演化规律,及随应力水平和应力幅值的变化规律。试验结果表明:砂岩的屈服应力是其在循环加载过程中力学特性出现变化的一个分界点,在分界点之上或之下动弹性模量和动泊松比的变化规律是不相同的;对于同一砂岩试样,动弹性模量和动泊松比随加载频率的增大而增大,随着应力幅值的增大而减小,并且应力幅值相同时,动弹性模量与应力水平具有一定的线性关系。     

石墨密封垫片的循环压缩回弹性能

通过试验研究了核级石墨密封垫片的循环压缩回弹性能。在常温下对垫片开展了加载速率分别为0. 25 MPa/s、0. 5 MPa/s及1 MPa/s的循环加载试验。在加载速率固定为0. 5 MPa/s时,对比研究了垫片在100℃及300℃下的循环加载性能,得到了不同工况下的应力-变形曲线,并计算出垫片在各工况下不同循环内的最大压缩量、压缩率及压缩模量。研究结果表明,在常温下,垫片的压缩模量随加卸载速率的增大而增大;在0. 5 MPa/s的加卸载速率下,垫片的压缩模量随温度升高而增大;而在每一种工况下,垫片的压缩模量均随试验循环次数的增加而减小,最大压缩量均随循环次数增加而增加,出现明显的塑性应变累积现象。     

油页岩原位开采对岩体结构影响分析

对吉林省扶余县油页岩及围岩进行了物理力学参数的测定,在此基础上,获取了容重、弹性模量、泊松比、内摩擦角及黏聚力等参数.并利用SIGMA/W模块,采用弹-塑性模型进行有限元计算,得到了原位开采区内任一点应力、应变、位移的详细信息.结果显示,采区的最大下沉位移为105m,位于开采中心处;同时,根据这些信息分析了采区岩体的应力分布,受拉区与剪应力极值分布较大区一致,都位于油页岩的上覆地层泥岩层中,从而确定了岩体的破坏过程:首先是受拉,产生大量裂隙;然后再沿着剪应力极值所在的截面发生滑动.     

高填方路堤施工期沉降变形的FLAC模拟

针对高填方路堤沉降大的问题,采用FLAC对高路堤施工期的竖向沉降变形进行模拟.验证了分级加载作用下高路堤中间大、两边小的沉降规律,分析了影响高路堤沉降的主要因素,结果表明,路堤沉降量随高度和路堤土密度的增加而增大,随弹性模量、泊松比和压实度的增大而减小.     

基于三轴压缩数值试验的岩石损伤特性

为研究岩石的损伤特性,基于连续损伤力学理论和岩石微元强度服从Weibull分布函数,利用FLAC3D有限差分数值模拟软件,在围压分别为3,6,10 MPa的情况下,对岩石进行了不同变形参数(E和μ)和强度参数(c和φ)的常规三轴压缩数值试验研究。数值试验结果表明,(1)在加载初期,岩石出现负损伤(压密强化效应),随着轴向应力的增大,割线模量减小,泊松比增大;(2)黏聚力或内摩擦角或围压越大,岩石抗压强度越高,岩石变形过程中的塑性变形阶段越长;(3)损伤起点对应的轴向应变不随强度参数(c和φ)的变化而变化,但随计算初始弹性模量的增大而减小,随围压的增大而增大;(4)泊松比对岩石力学特性和损伤特性影响甚少,可忽略不计。     

水泥砂浆应变率效应研究

为分析试件长径比和应变率对水泥砂浆动态力学性能的影响规律,采用准静态实验测量了砂浆的单轴压缩强度、弹性模量以及泊松比.利用分离式SHPB压杆进行1维应力压缩实验,对水泥砂浆试件进行了回收和比较,获得了不同长径比水泥砂浆试样在不同加载速率下的动态损伤破坏过程和应力应变曲线,研究了动态强度增强因子随应变率的变化规律.结果表明:动态压缩强度随应变率的增加而显著增大;试件直径相同时,厚度小的获得的动态强度增强因子要小于厚度大的;随着应变率提高,试件损伤增加,碎块尺寸越小,表明破坏能量随应变率的增加而提高.      

高填方路堤施工期沉降变形的FLAC模拟

针对高填方路堤沉降大的问题,采用FLAC对高路堤施工期的竖向沉降变形进行模拟。验证了分级加载作用下高路堤中间大、两边小的沉降规律,分析了影响高路堤沉降的主要因素,结果表明,路堤沉降量随高度和路堤土密度的增加而增大,随弹性模量、泊松比和压实度的增大而减小。     

滑动载荷对软骨溶质扩散的影响

为研究滑动载荷下关节软骨溶质的扩散行为,采用有限元方法,利用传热学理论对滑动载荷作用下三维软骨模型的溶质扩散进行计算,得到了浓度随时间和位置的分布规律,并与软骨静置时的结果进行比较,分析了滑动载荷参数对扩散的影响.结果表明:滑动载荷作用下,软骨溶质在浅表层和中间层的扩散速度较快,特别是在加载初期;与静置状态以及静态压缩和动态压缩载荷作用相比,滑动加载对促进扩散的效果更明显;过大的压缩量对扩散有抑制作用;增大滑动速度可以促进溶质的传递.     

初始损伤对脆性岩石抗压力学性质的影响

基于现有各向同性损伤本构理论,提出岩石初始损伤定义及其计算方法。初始损伤表示为加载前的损伤岩石弹性模量相对无损岩石弹性模量的劣化程度。对不同初始损伤的玄武岩试样进行单轴抗压试验,定量分析初始损伤对玄武岩的应力与应变关系、强度、破坏应变、初始泊松比和应变软化性质等的影响,给出单轴抗压强度、初始泊松比等力学参数随初始损伤变量变化的规律及拟合公式。研究结果表明:只有当岩石初始损伤超过损伤门槛值即无损岩石破坏时对应的损伤值时,岩石抗压强度随初始损伤增大而显著减小;与峰值应力对应的应变随初始损伤增大而近似呈线性增大趋势;岩石初始泊松比随初始损伤增大近似呈指数增大;初始损伤越小,应力峰值后的岩石破坏越显脆性。     

考虑软土特性影响的层状地基中横向受荷桩力学特性研究

基于层状地基中横向受荷桩力学模型,利用分离变量法,求得不同地层条件下横向受荷桩的位移方程.运用数值计算方法,分析了软土层物理特性(弹性模量、泊松比、厚度)及分布特征等对桩基力学特性的影响.结果表明:横向受荷桩的桩身变形和内力均随软土层弹性模量增大而减小,而软土层泊松比则对桩基力学特性影响很小;软土的分布特征对桩基力学特性影响显著,与软土处于层状地基中部相比,上层为软土的地基中桩端变形和最大内力均增加2倍;随上部软土层厚度增大,桩基横向位移增大,而其最大弯矩和负剪力则呈现先增后减的趋势.     

加载速率对锚杆及其锚固效应影响的实验研究

研究加载速率对锚杆及其锚固效应意义重大.对金属锚杆杆体进行了不同加载速率的室内拉伸实验,并用PFC2D颗粒流软件模拟加载速率对锚固效应的影响.结果表明：锚杆杆体强度随加载速率的增加而增大,有效检测锚杆杆体强度的加载速率应在0.5 mm/s左右;拉拔荷载随加载速率的增加而增大,且锚固体的破坏拉拔荷载与加载速率为线性关系,有效测试拉拔力的加载速率为10 mm/s;随着加载速率的增加,破坏形态最终会向锚杆拔出及产生大范围破碎区转变;根据加载速率对锚固强度的影响,可将其分为弱影响范围（v＜ 10 mm/s）、中等影响范围（10 ＜v＜ 100 mm/s）和强影响范围（v＞100 mm/s）,强影响范围内加载速率对轴应力及剪应力大小有着明显影响,易造成锚固段上部应力严重集中.     

紫色马铃薯力学特性试验研究

针对紫色马铃薯整茎的力学特性进行压缩及应力松弛试验,获得了紫色马铃薯整茎在不同压缩试验条件和不同加载速率下的压缩参数和曲线,并借助二次抛物线模型回归获得了弹性模量、刚度等压缩特性参数,同时分析了模型每个组件的应力、应变随时间变化规律.结果表明:紫色马铃薯压缩试验过程中无明显生物屈服点;在不同的加载速率下,紫薯的压缩特性参数差异并不显著;压缩初始阶段曲线基本重合,加载过程中弹性模量随应变的增加而增加,物料组织发生黏接.     

循环加卸载下砂岩能量演化特性分析与损伤表征

为探究饱和及干燥砂岩在加卸载过程中的能量演化与耗散特征,以西部砂岩为研究对象,开展常温下饱和及干燥砂岩单轴循环加卸载试验,通过能量法分析不同状态下砂岩弹性模量、泊松比、能量密度与循环次数之间的关系。结果表明：干燥及饱和砂岩在加载阶段和卸载阶段的弹性模量、泊松比均随加载次数的增大而增大,在相同卸载次数下干燥砂岩的弹性模量、泊松比均大于饱和砂岩;干燥及饱和砂岩的能量储存率随着循环次数先增大后减小,耗散比则相反,由于浸水软化饱和砂岩的能量密度拐点略迟于干燥砂岩;通过累计耗散能变量定义干燥及饱和砂岩的损伤特征,其损伤变量D值与循环次数变化规律相类似均呈下凹曲线。     

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。     

复合型加载下缺口前应力应变分布的有限元分析

用有限元法计算了一种低合金高强钢缺口试样在非对称四点弯曲加载(Ⅰ Ⅱ型复合加载)下缺口前端的变形和应力应变分布.研究结果表明:纯Ⅰ型加载时,缺口前端变形和塑性区形状对称分布.Ⅰ Ⅱ型复合加载下缺口前端的变形为一侧钝化,另一侧锐化,塑性区顺时针旋转一个角度θ,且θ随Ⅱ型载荷比例的增加而增大.表征缺口前端变形程度的d/b0值,随外加载荷P/Pgy的增加和Ⅱ型载荷比例的增加而增大.另外,对缺口前端最小塑性区路径上的最大切向正应力σθθ、三相应力度σm/和等效塑性应变εp的分布,以及它们随外加载荷P/Pgy和Ⅱ型载荷比例的变化规律也进行了分析,发现缺口试样的开裂遵循最大切应力判据.     

围压对锦屏深埋大理岩力学特性影响研究

岩石力学特性是正确评价工程岩体稳定性的基础.通过三轴压缩试验,研究了围压对锦屏深埋大理岩弹性模量、泊松比、临界破裂条件和剪胀角的影响规律,提出了弹塑脆性力学模型.结果表明:(1)大理岩弹性模量和泊松比均随围压呈指数增大规律,而剪胀角随围压增大呈指数减小规律;(2)岩石强度达到弹性极限后表现出近似理想塑性承载特性,当其塑性剪应变达到临界条件时产生脆性破坏,且临界塑性剪应变亦随围岩呈指数增大;(3)基于Mohr-Coulomb(M-C)强度准则的峰值强度和残余强度随围压增大而增大,当围压为73.95MPa时两者理论上相等,符合锦屏深埋大理岩脆-延转换特性.基于大理岩弹性和强度参数演变规律的全应力-应变曲线与三轴试验结果具有良好的一致性,可为类似工程岩体稳定性分析和支护结构优化设计提供依据.     

侧向均布剪应力作用下双模量悬臂梁的弹性解

利用弹性理论研究了双模量悬臂梁在侧向均布剪应力分布载荷作用下的平面应力问题,推导出了悬臂梁的应力公式.并把该应力公式的计算结果与有限元法的计算结果进行了比较,验证了双模量悬臂梁的应力公式是可靠的.算例分析表明:双模量悬臂梁的拉压区的弯曲应力随着双模量悬臂梁的长高比的增大而增大;采用相同弹性模量弹性理论研究双模量悬臂梁平面应力问题时,得到的弯曲应力公式与材料的弹性模量无关;采用双模量弹性模量弹性理论研究双模量悬臂梁平面应力问题时,得到的弯曲应力公式与材料的弹性模量有关.双模量悬臂梁材料的拉压弹性模量相差较大时,平面应力问题计算应采用双模量弹性理论.     

304不锈钢超声表面纳米化后的表征

利用超声表面纳米化技术(ultrasonic nanocrystal surface modification,UNSM),采用4组静态载荷(70 N,90 N,110 N,130 N)分别在304不锈钢表面获得强塑形变形层,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、XRD等研究了由表层到基体的显微特征、残余应力、硬度分布及相组成等.利用有限元方法探讨弹性模量及泊松比同时由表层到基体梯度增加时,弯曲试件内的正应力分布.结果表明:随静态载荷增大,304不锈钢表面强塑性变形层深度增加,表面硬度略有增大,表面残余压应力增大,γ相向α相的转变效应增强;随静荷载增大,试样表面粗糙度由于静荷载较大反而有所增加;表面纳米化处理后,弯曲试样截面最大正应力降低,回转弯曲疲劳条件下能有效提高材料寿命.     

饱和前后软岩各向异性力学特征的对比试验

以泥质粉砂岩和褐红色泥岩为对象,研究单轴压缩条件下软岩干燥和饱和状态时的各向异性力学特征,包括变形各向异性特征和强度各向异性特征.试验结果表明:泥质粉砂岩和褐红色泥岩的弹性模量、单轴抗压强度饱和后均大幅下降,而泊松比增大;饱水后泥质粉砂岩的弹性模量在垂直于层理方向的降低幅度明显小于平行方向,而单轴抗压强度在垂直于层理方向的降低幅度则略大于平行方向,泊松比的变化幅度相差不大;饱水后褐红色泥岩的泊松比在垂直于层理方向的增大幅度明显小于平行方向,而弹性模量和单轴抗压强度变化幅度相差不大.     

基于压缩实验的酥梨果肉弹性模量和泊松比

为研究酥梨果肉的弹性模量和泊松比,制作了柱形酥梨果肉试样,开展了围压和无围压两组酥梨果肉压缩实验,得到了酥梨果肉的压力-位移曲线,通过计算获得酥梨果肉的真实应力-应变曲线、弹性模量和泊松比。当压缩应变在0~0.1范围内时,酥梨果肉的弹性模量随压缩应变呈增大趋势,而泊松比随压缩应变减小。在压缩应变为0.02、0.04、0.06、0.08和0.1时,酥梨果肉的弹性模量分别为6.19×10₅、9.63×10₅、1.28×10₆、1.56×10₆和1.81×10₆ Pa,泊松比分别为0.421、0.409、0.391、0.364和0.314。同时,建立了酥梨果肉压缩实验相应的有限元模型,对确定泊松比和弹性模量的实验方法的有效性进行了验证,对实验过程中摩擦的影响进行了分析,并应用测得的酥梨果肉弹性参数对实验过程进行了模拟,模拟得到结果实验结果符合较好。实验结果将为酥梨采摘、分选、包装和运输机械的设计提供设计依据。