基于拉压差异的沥青混合料强度与疲劳特性

【目的】探究沥青混合料的拉压差异力学特性。【方法】开展了典型沥青混合料直接拉伸和四点弯曲强度及疲劳试验,基于材料拉压模量差异特性推导并得到了区别于传统四点弯曲梁的真实四点弯曲强度计算公式,分析了传统四点弯曲、真实四点弯曲及直接拉伸应力状态下强度、疲劳寿命及模量衰变规律。【结果】真实四点弯曲强度约为传统四点弯曲强度的80%,在相同加载速率下,不同应力状态强度中直接拉伸强度最小,且其对加载速率的敏感性亦最低;在相同应力水平下,直接拉伸疲劳寿命最小,但在相同真实应力比下直接拉伸疲劳寿命最大,真实四点弯曲疲劳寿命约为传统四点弯曲疲劳寿命的46%;真实四点弯曲疲劳试验的模量衰变速率远小于直接拉伸模量衰变速率,且破坏时前者的模量衰减幅度更小。【结论】材料的拉压差异特性对其力学参数的测试结果及变化规律影响显著,研究成果可为考虑拉压差异的沥青路面结构设计参数取值提供参考。     

大骨料混凝土动态双轴拉压强度试验研究

为了研究不同应变速率下混凝土双轴动态受力状态的力学性能,在大型静、动态三轴试验机上,对大骨料混凝土和湿筛混凝土试件进行了不同应变速率和应力比下的双轴动态拉压试验,系统研究了应变速率和应力比对混凝土双轴拉压强度的影响.试验结果表明:两种混凝土双轴拉压强度均低于单轴拉伸或单轴压缩强度,其变化规律不但与应力比有着密切的联系,还随应变速率的增大而增大.在主应力空间建立了考虑应变速率和应力比的混凝土双轴拉压破坏准则,为水工结构物的非线性分析提供了试验依据.     

节理岩体强度参数的数值模拟及工程应用

采用数值模拟方法模拟含不同倾角层理面的岩体在抗拉、抗压试验下的破坏过程,从受力、变形和破坏的角度出发,解释节理岩体的破坏机理。在此基础上选取一种层理结构分布明显的岩样,完成常规力学参数下的实验测试与分析,并对数值模拟结果和实验结果进行比较和相关分析。研究结果表明:随层理面倾角的增大,单轴抗压强度先减小后增大,呈U型变化趋势;随层理面倾角的增大,单轴抗拉强度呈递减趋势;数值模拟结果得出单轴抗压强度和抗拉强度的各向异性系数分别为0.72和0.24;数值模拟结果与试验测试数据较吻合,为实际工程中复杂节理岩体强度参数的合理确定提供了一条新的途径。     

层状岩石单轴压缩损伤本构模型研究

为揭示层状岩石在单轴压缩条件下的损伤演化机理,将横观各向同性体的柯西转轴方程和随机损伤理论结合,建立考虑荷载损伤的层状岩石损伤本构模型;通过不同层理倾角炭质千枚岩的单轴压缩试验,验证模型的合理性和准确性,并从细观图像、力学参数、破坏模式和损伤演化等角度讨论炭质千枚岩的各向异性特征.研究结果表明:所建模型的理论曲线与试验数据曲线基本相符,能够较好地反映和预测单轴加载条件下层状岩石的非线性力学行为;炭质千枚岩的各向异性显著,在层理倾角从0°～90°变化的过程中,强度、峰值应变和泊松比先减小后增大,弹性模量逐渐增大,并依次产生张剪复合破坏、剪切滑移破坏和劈裂张拉破坏等三种破坏类型;不同层理倾角岩样的损伤演化规律基本相同,损伤演化曲线均经历了缓慢上升、快速上升和趋于稳定等3个阶段,损伤演化率曲线均服从正态分布,但损伤发展速率各不相同,进而改变了材料的力学性能.这将为层状岩体受荷损伤计算、各向异性研究、围岩稳定性分析和岩层掘进施工等提供理论依据和技术参考.     

不同受力模式下沥青混合料强度的速度特性试验研究

为了了解不同加载速率对沥青混合料强度参数的影响以及不同受力模式下沥青混合料的破坏原因,对不同加载速率下单轴压缩、弯曲、直接拉伸和劈裂强度进行试验研究,并从沥青混合料结构组成对不同受力模式下强度差异进行解释.研究结果表明:加载速率对沥青混合料强度有显著影响,强度与加载速率呈近似幂函数关系；沥青混合料黏聚力c随加载速率增大先急剧增大而后趋于平稳,内摩擦角(φ)随加载速率变化规律正好与黏聚力规律相反,先急剧减小而后趋于平稳；在相同应变率条件下,沥青混合料的强度受加载方式的影响,不同受力模式下的强度由大至小依次为抗压强度、弯拉强度、直接拉伸强度和劈裂强度,试验结果为建立沥青混合料强度理论与破坏准则奠定了基础.     

高密度聚乙烯单轴拉伸力学性能试验研究

随着高密度聚乙烯(HDPE)被广泛应用于化工,建筑,军工等各个领域,高密度聚乙烯的型号,使用环境也越来越多样化。因此,对在不同拉伸速率和拉伸方向下的光面HDPE片材和花纹面HDPE片材进行单轴条带拉伸试验。试验表明:光面横向受拉片材随着拉伸速率的提升,其屈服平台强度也随着提升,在拉伸速率为150 mm/min时,光面横向受拉片材的第二屈服点不明显,材料抗拉性能较好。花纹面片材的最大拉伸强度的率相关性较好,在已有的3组拉伸速率下平均增长5.02%,但花纹面所受最大荷载较光面片材小。花纹面片材较光面片材更易断裂,纵向受拉片材较横向受拉片材更易断裂。结果表明,光面横向受拉片材的抗拉性能较好。     

高温对油气藏隔层岩石力学性质的影响

高温会改变SAGD隔层岩石力学性质,进而影响隔层的完整性。通过对某区块油藏隔层岩石成分进行确定后制作人工模拟试件。将制得的标准人工模拟试件分为6组,分别在不同温度(20℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃)下处理3 h。对试件在处理前及处理后分别进行声波测试试验、抗拉试验和单轴压缩试验,同时在抗拉试验和单轴压缩试验过程中通过声发射对岩样的变形破坏过程进行监测。通过实验研究,得到了不同温度对岩样动态弹性模量、抗拉强度、静态弹性模量、静态泊松比及声发射相关参数的影响。从而得到试件的相关声发射及力学参数在加温前后的变化规律,及其随着温度的变化所发生的变化趋势。     

土石坝防渗体土料的震裂试验研究

通过两种击实土样的三轴拉伸试验和周期拉压试验，研究静力拉裂和周期加荷拉裂的破坏标准，用于土石坝有限元分析判防渗体土料拉裂和震裂的发生与发展，并研究拉伸与压缩弹性模量的差别以及周期拉压在有反向应力时弹性模量与阻尼比的变化，最后对实际应用提出了建议。     

高温气冷堆工程验证用国产石墨的强度实验研究

 对国产石墨材料(NG-CT-01)进行了强度实验研究。考虑石墨材料强度的分散性,对石墨材料不同批次和坯料不同部位、不同方向进行了取样。根据国标实测了材料的抗拉、抗压和抗弯强度。由于在对石墨的应力评价中,压缩应力是以当量拉应力出现的,且石墨安全评价所用数据一般通过抗拉强度实验确定,所以着重对实测数据中的抗拉强度进行了在95%置信水平、99%可靠度的性能指标下的最小强度计算。为了对石墨强度进行安全评价,必须知道石墨强度的威布尔分布。因此应用Weibull++7软件采用极大似然法对抗拉强度实验数据进行了两参数威布尔分布的参数拟合,并按照德国高温气冷堆设计规范《KTA-3232 反应堆压力容器内的陶瓷堆内构件》的规定修正了威布尔分布参数,为后续高温气冷堆工程验证提供了基础参数。将实验结果和若干国内外规格的石墨数据进行对比,国产石墨的强度参数在其原基础上有所提高,可基本满足工程验证结构和抗震试验的技术要求,目前已经用于大型石墨堆芯结构抗震试验模型的加工制造。     

混凝土拉伸损伤演变的细观力学研究

根据能量耗散等价假设对二维平面应力问题，建立了单轴拉伸与双轴拉伸情况下混凝土宏观损伤变量与细观损伤参数(微裂纹密度)的关系．在双轴拉伸情况下，材料破坏时微裂纹密度为一定值，与σ1和σ2的变化无关；但破坏时的宏观损伤值随横向拉应力的增大而增大。     

掺污泥改性高水材料典型加载方式下的变形特征和力学响应

高水材料的掺杂改性有利于改善其物理力学性能、消纳废弃资源及降低经济成本,近年来成为采空区充填等领域的研究热点。针对典型加载方式下掺杂改性高水材料的变形特征及力学响应进行分析,结果表明:掺污泥改性高水材料在常规单轴加载试验和分级循环加卸载试验中受剪切破坏与劈裂破坏共同作用,慢速单轴加载试验中试样主要受剪切破坏作用;不同加载方式下,试样的压缩过程与普通岩石压缩过程相似,均可分解为五个阶段的组合:压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段以及稳定阶段;与常规单轴压缩方式相比,慢速单轴加载方式与分级循环加卸载方式均会使得掺污泥改性高水材料抗压强度降低;增大加载速度会使掺污泥改性高水材料产生更高的弹性模量值,同时循环加卸载方式也具有提高掺污泥改性高水材料弹性模量的作用。     

混凝土单轴受压动力全曲线试验研究

采用MTS 815.04岩石力学试验机对混凝土单轴受压动力本构关系进行系统试验研究.考虑五种不同加载速度,在位移和应变率双重控制下,得到动力加载条件下单轴受压应力一应变全曲线.根据试件的破坏特点,讨论动力加载与静载条件下试件破坏形态的区别,分析峰值应力、峰值应变以及弹性模量等力学参数的应变率效应,并与已有试验结果进行对比.结果表明:本次试验得到的结果揭示了混凝土在单轴受压条件下动力加载全过程的非线性性能,为正确理解混凝土在动力加载条件下的破坏机理提供试验依据.     

加载速率对分层充填体强度特性的影响

随着阶段嗣后充填采矿法的广泛应用,相邻矿体的开采扰动必然会对分层充填体的力学性能产生影响。为了研究不同加载速率对分层充填体强度特性和破坏模式的影响,分别对养护3、7、28天的分层充填体进行了0.2 、0.5、1.0、1.5、2.0 mm/min 5种加载速率下的单轴压缩试验,根据不同加载速率的单轴抗压强度试验结果,分析了不同养护龄期的分层充填体强度及破坏模式与加载速率之间的关系并建立了回归方程。试验结果表明:不同加载速率下分层充填体的应力应变曲线与完整充填体类似。养护龄期3天时,分层充填体的单轴抗压强度随加载速率的增加而逐渐减小,养护龄期7、28天时,存在临界加载速率现象。在临界加载速率范围内,提高加载速率可以限制初始缺陷的发育,达到临界加载速率后,加载速率将会促进分层结构面的分离、错动及原始缺陷的扩展延伸,抗压强度降低。分层充填体的破坏模式随加载速率变化,在临界加载速率时破坏模式有明显转变,随着加载速率的增加,养护3天时,分层充填体的破坏模式由拉伸剪切混合破坏变为拉伸破坏。养护7、28天时,当达到临界加载速率时破坏模式转变共轭剪切破坏,中间层破坏严重且与上下两层产生明显分离、错动。本研究通过室内试验得到临界加载速率,为研究分层充填体的强度特性提供了重要的研究依据。     

加载速率对不同温度状态石灰岩力学性能影响的试验研究

借助美国MTS810电液伺服材料试验机和高温炉,对常温和600℃两种温度状态下石灰岩试件进行不同加载速率下的单轴压缩试验,得到石灰岩力学性能随加载速率的变化规律。结果表明:常温时,石灰岩岩样在3×10-4~3×10-3 mm/s的低应变率范围内,加载速率对峰值应力和弹性模量影响不大,在加载速率为3×10-3~3×10-1 mm/s的区段内,峰值应力和弹性模量均呈明显上升趋势;600℃时,峰值应力和弹性模量随加载速率增加变化不大。常温时,不同加载速率下石灰岩岩样均为竖向劈裂破坏,且在3×10-3~3×10-1 mm/s的加载速率区段中,随加载速率的增加,劈裂面逐渐增多;600℃时,石灰岩岩样在不同加载速率下均为剪切破坏。     

页岩微观结构及力学特征变化规律研究

目前，对二氧化碳作用下页岩微观结构及岩石力学变化特征认识较少，为更清晰地认识二氧化碳对页岩微观结构及力学特性的影响，设计并开展了二氧化碳浸泡前后页岩岩石力学参数测试实验、矿物组分分析及微观结构分析。研究表明，滑溜水、超临界二氧化碳及液态二氧化碳浸泡基本不会改变页岩的矿物组成，二氧化碳浸泡会增大页岩矿物间孔隙；单轴实验条件下，随浸泡时间的增加，泊松比增大，弹性模量减小，整体上页岩表现出塑性增强特征；三轴实验条件下，随浸泡时间的增加，泊松比减小，弹性模量基本不变，整体上页岩表现出脆性增强特征，其中，二氧化碳浸泡的影响更为显著；滑溜水、超临界二氧化碳及液态二氧化碳浸泡均会降低页岩抗拉强度，滑溜水对抗拉强度的弱化程度最大，3种介质对抗压强度影响较小。     

混凝土细观损伤破坏过程的数值模拟

在细观层次上,把混凝土看作是由水泥砂浆、骨料及二者之间的界面组成的复合材料,应用渐变网格剖分方法对随机投放的骨料、界面和水泥砂浆进行网格剖分,删除多余节点,重新排列节点顺序,生成三维随机骨料分布的细观有限元数值模型.利用该模型分别进行了混凝土的单轴拉伸、压缩、劈拉和梁弯曲等数值试验,分析了不同界面参数、不同砂浆损伤参数、不同加载形式对混凝土试件的变形特点、破坏形式以及承载能力的影响,探讨了混凝土宏观力学性能(如应变软化和剪胀等性质)的细观机制.     

含不同倾角裂隙类岩石试件力学参数试验研究

基于相似原理,制备出含不同角度裂隙类岩石试件及完整试件,分别对试件进行单轴压缩试验,测出其单轴峰值强度、弹性模量和泊松比;通过巴西劈裂法,测得含不同角度裂隙的试件及完整试件的抗拉强度;通过进行三轴压缩破坏试验,测出其三轴峰值强度,并结合单轴峰值强度,画出裂隙试件及完整试件的莫尔应力圆,从而计算出它们的内摩擦角、内聚力,然后分析这些力学参数的变化规律。     

水泥混凝土直接拉伸试验研究

混凝土结构的开裂,一般的情况是由于拉应力引起的.试验证明,利用机械式双向拉伸仪,进行混凝土的直接单、双向拉伸试验是可行的,结果可靠.试验还表明,混凝土的直拉强度明显低于弯拉强度,而且,其双向拉伸强度比其单向拉伸强度还要低,表现出明显的双向拉伸强度弱化现象.试验方法和有关数据可供工程实践参考.     

多孔材料的孔结构对其力学性能及破裂机制的影响

针对多孔材料的孔结构对其宏观力学性能及其破裂机制与耐久性的影响,对两种不同孔结构的多孔材料进行了单轴压缩和冻融循环试验,建立了能反映材料内部孔隙结构的三维非均匀数值模型,对两种多孔材料在单轴压缩下的破裂机制进行了分析.实验结果表明:孔结构对于金尾矿多孔材料的力学性能有显著影响.较大的孔隙率除会显著降低材料的抗压强度外,吸能性能会显著增加;在±25℃范围内冻融循环10次条件下的试验结果表明,当金尾矿多孔材料的孔隙率较小且为闭孔结构时,孔洞因冻融造成的孔壁颗粒脱落填塞而造成材料的抗冻性能有所提高;孔隙率较小时,金尾矿多孔材料在单轴压缩下的裂纹扩展主要从试件两端向试件中部扩展贯通为一条连续主拉裂纹,次生裂纹较少;而孔隙率较大时,压缩过程会出现大量微裂纹,最终主裂纹附近会伴随大量次生裂纹.