粒度对红砂岩力学性质影响规律与机制试验研究

为研究颗粒粒度对岩石力学特性的影响规律,对不同粒度红砂岩进行了单轴压缩与巴西劈裂拉伸试验。研究表明:红砂岩试验试件密度、单轴抗压强度、弹性模量和单轴抗拉强度最大离散系数分别为0.74%、6.65%、1.12%、9.64%,试验所用红砂岩试件均质性良好;当砂岩颗粒粒度较大时,砂岩单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量等都呈现偏低特征,细粒红砂岩单轴抗压强度、弹性模量、单轴抗拉强度分别是粗粒红砂岩1.28倍、1.19倍、1.62倍。颗粒作为砂岩最基本构成单位,其大小差异导致砂岩内部空间结构的改变,造成其矿物成分、微细观组构特征呈现差异性,进而影响其宏观物理性质,最终决定不同粒度红砂岩石具有相异力学特性。     

石膏颗粒接触试验研究

利用岩石双轴流变试验仪,研究了石膏试件在单轴压缩和颗粒接触条件下的力学特性和破坏模式.结果表明:圆柱单轴压缩试件破坏模式为均匀受力下的一次性剪切破坏,球形颗粒接触试件破坏模式为应力集中下的颗粒破碎多次破坏;在利用离散元模型进行模拟时,同种材料单轴压缩试验的细观参数与颗粒接触试验的细观参数相差较大,不同的受力情况需要分别进行标定.     

基于微观水化单元的水泥土单轴压缩模拟

为实现颗粒流方法在强度预测中的应用，根据各类型水化产物微观结构特征，利用颗粒流方法分别构建基于微观水化单元的普通硅酸盐和硫铝酸盐两种水泥土数值模型，模拟两种水泥土单轴压缩时的力学响应，并与试验结果进行对比。颗粒间平行黏结参数分析表明，平行黏结模量为宏观弹性模量的主要影响因素，二者呈二次非线性增长关系；平行黏结强度与峰值应力间呈线性增长关系；在参数取值区间内，水化单元均能模拟与试验现象相吻合的斜裂缝方向和数量。两种水泥土均以水泥掺入量为15%的单轴压缩实验曲线确定细观参数，基于已确定参数，在模拟水泥掺入量为9%～12%时，该模型得到的单轴压缩峰值应力和弹性模量与实验结果误差均小于5%;水泥掺入量为6%时误差略高，但仍小于9%。模拟结果表明，微观水化单元可以用于模拟和预测水泥土单轴压缩的峰值应力和弹性模量，为其他材料模型的建立提供了新思路。     

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.     

外掺材料对滨海水泥土压缩特性的影响研究

为探究复合改性水泥土的加固机理,对滨海水泥土,分别掺入纤维、纤维+再生砂、纤维+纳米黏土、纤维+粉煤灰,进行了固结压缩试验和SEM微观测试.试验结果表明:纤维+再生砂复合改性水泥土与单掺纤维改性水泥土相比,反而降低了水泥土的抗压缩性能;纤维+纳米黏土或纤维+粉煤灰复合改性水泥土与单掺纤维改性水泥土相比,均可增强水泥土的抗压缩性能,其中复掺纤维+粉煤灰改性效果最好;从SEM图中可看出掺入纳米黏土或粉煤灰后,土颗粒间孔隙被胶凝物质填充,土体结构更加致密,进而提高了水泥土的抗压缩性能.     

基于PFC 2D的含节理岩体单轴压缩数值模拟

基于颗粒流方法模拟含节理岩体的单轴压缩破坏过程,并对不同节理倾角的岩体进行单轴压缩数值模拟,研究不同节理倾角岩体的裂纹扩展路径、破坏形式以及强度变化规律。结果表明:(1)在单轴压缩破坏过程中,岩体节理倾角不同,裂纹扩展与最终破坏形态不同,但破坏过程基本一致;(2)当节理倾角从0°到90°的变化过程中,抗压强度随节理倾角的增大先减小后增加,总体呈"U"型分布规律,并在倾角为60°时达最小值。     

中低围压花岗岩细观破坏机制的数值模拟

采用数字图像处理技术表征花岗岩的细观结构,利用基于数字图像的岩石破裂过程分析系统(RFPA-DIP)建立反映花岗岩内部矿物颗粒分布的数值模型,进行花岗岩压缩数值试验,分析花岗岩压缩荷载作用下破坏机理.研究结果表明,花岗岩非均匀的细观结构起着使试件内部产生了拉应力区的作用;单轴压缩荷载作用下,试件在细观层次上以拉伸破坏为主;中低围压条件下,试件表现为张拉破坏和剪切破坏相互耦合的破坏方式,而且破坏机制随围压的增大是不断变化的,剪切破坏逐渐成为主控破坏方式.     

水泥土搅拌法的室内试验研究

为研究水泥搅拌法加固软土的特点和主要力学特征,进行了室内多因素影响下水泥土的配比试验,定量分析了龄期、水泥种类和水泥掺入比对水泥土力学性能的影响,揭示了各种因素对水泥土抗压强度的影响规律.单轴压缩试验结果表明:水泥土抗压强度随着龄期的增长而提高;水泥种类、水泥掺入比以及养护龄期是影响水泥土抗压强度的主要因素.     

含预制裂隙花岗岩破坏的细观多相颗粒流模拟

基于断裂力学理论,分析了单轴压缩条件下,裂隙倾角对岩石裂纹起裂的影响.根据花岗岩矿物组分,建立了包含长石、石英和云母三相结构的细观颗粒流模型,模拟不同裂隙倾角下花岗岩的单轴压缩破坏过程,得到了花岗岩裂纹起裂、强度、应力应变、破坏形态等力学特征.研究结果表明:岩石试样优势起裂角为24°～30°,定向裂隙对裂纹起裂具有导向、促进作用;裂隙花岗岩的起裂应力和峰值强度随裂隙倾角的增大均表现为先减小后增大的变化趋势,当裂隙倾角为45°～60°时,岩石试件强度最低;裂隙花岗岩试样的压缩变形主要为裂隙面的变形,预制裂隙与新生裂隙的连接与贯通形成的宏观破裂面导致岩石破坏;花岗岩矿物组分比例对裂隙花岗岩强度有一定影响.     

尺寸不规则度梯度分布参数对泡沫金属单轴拉伸力学性能的影响研究

采用数值模拟的方法,定量研究了尺寸不规则度参数为连续梯度分布时,泡沫金属在单轴拉伸下的力学性能;通过对比形状不规则度相同但尺寸不规则度不同的模型结果,明确了尺寸不规则度是影响泡沫金属力学性能的重要因素。结果表明,不规则度连续梯度变化的3D Voronoi模型是横观各向同性材料,单轴拉伸时胞孔局部变形显著;梯度参数影响梯度方向和非梯度方向的力学性能,且对梯度方向的单轴拉伸屈服强度和破坏强度尤其突出,呈二次函数关系,存在最优解。通过对比尺寸不规则度不同但形状不规则度相同的3D Voronoi模型单轴拉伸力学性能,发现梯度方向比非梯度方向的屈服强度和破坏强度受尺寸不规则度的影响更明显,不同于单轴压缩,尺寸不规则度参数是影响单轴拉伸力学性能的重要细观结构参数。对细观结构对多胞材料力学性能的影响研究进行了完善,有助于多胞材料的优化设计。     

混凝土在两压一拉加载下的变形和强度特性

利用自制的三轴试验装置，对国内外较少进行的混凝土在两压一拉状态下的变形 和强度进行了试验研究，给出了在各种应力组合下混凝土的应力－应变关系曲线及极 限强度。在分析试验资料的基础上，建议了一个用八面体应力表述的适于混凝土在压 拉状态的强度准则。     

青藏高原片麻岩宏微观冻融损伤特性试验研究

为研究青藏高原等高寒山区岩体在冻融循环作用下的损伤特性,对西藏林芝地区分布广泛的片麻岩开展了不同循环次数下的冻融试验：通过扫描电镜与核磁共振试验,分析了岩样微观孔隙结构的扩展发育特征；采用单轴压缩试验结合声发射技术,获得了岩样宏观力学特性的劣化规律。结果表明：片麻岩微观结构的冻融损伤主要表现为颗粒剥落与微裂纹扩展两种模式,且同一位置处的损伤程度随冻融循环次数的增加先增强后减弱；片麻岩的孔隙度随冻融循环次数的增加而增大,但不同孔径孔隙的变化规律表现出一定的差异性；冻融损伤片麻岩在单轴压缩试验中的声发射活动均可以分为平静期、增长期与陡增期三个阶段,各阶段的声发射信号密度随冻融循环次数的增加而变大,但累计振铃计数和累计能量随着冻融循环次数的增加呈现先增加后减小的趋势；片麻岩试件表面颗粒大面积脱落的阶段与其抗压强度明显降低的阶段相对应。     

水泥土搅拌桩搅拌均匀性的电阻率评价方法

采用电阻率测试方法,以常规水泥土搅拌桩和双向水泥土搅拌桩为例,对水泥土搅拌桩芯样电阻率进行测试.通过对其电阻率及其表征水泥土微观结构的结构因子、形状因子和各向异性指数的定量分析,阐述了水泥土搅拌桩在水平方向和沿桩身方向的均匀性;通过与搅拌桩桩身标贯击数和无侧限抗压强度等宏观力学指标对比,验证了利用电阻指标评价水泥土搅拌桩搅拌均匀性的科学性与可行性.结论表明:常规水泥土搅拌桩搅拌不够均匀,桩身水泥土的微观结构、物理力学性质随深度增加变差,表现出方向上的差异性.双向水泥土搅拌桩搅拌均匀,桩身水泥土的微观结构、物理力学性质沿桩身分布均匀.取芯和标贯试验论证了上述结果.     

水泥土工作机理试验研究

通过室内试验研究了不同水泥掺量、养护龄期对水泥土抗压强度的影响。试验结果表明：随着水泥掺量的增加，水泥土的抗压强度呈增长趋势；随着龄期的增长，水泥土的抗压强度也增大。同时还获得了水泥土材料的应力——应变全过程曲线，并对其进行了分析。     

Effects of microrolling parameters on the microstructure and deformation behavior of pure copper

Microrolling experiments and uniaxial tensile tests of pure copper under different annealing conditions were carried out in this paper. The effects of grain size and reduction on non-uniform deformation, edge cracking, and microstructure were studied. The experimental results showed that the side deformation became more non-uniform, resulting in substantial edge bulge, and the uneven spread increased with increasing grain size and reduction level. When the reduction level reached 80% and the grain size was 65 μm, slight edge cracks occurred. When the grain size was 200 μm, the edge cracks became wider and deeper. No edge cracks occurred when the grain size was 200 μm and the reduction level was less than 60%; edge cracks occurred when the reduction level was increased to 80%. As the reduction level increased, the grains were gradually elongated and appeared as a sheet-like structure along the rolling direction; a fine lamellar structure was obtained when the grain size was 20 μm and the reduction level was less than 60%.     

岩石扩容与超声波横波速率关系研究

通过超声波对单轴压缩试验中岩石扩容现象的测试,分析了超声横波在不同岩石压缩过程中的传播情况。利用超声横波的特性测出岩石在压缩的不同阶段的微裂纹发展情况和体积变化情况,进一步证明了不同岩石在单轴压缩过程中扩容的时间和程度存在差异:超声横波在各岩样中到达最大速率的时间在灰岩中较晚;超声横波的传播速率在玄武岩中传播较快,灰岩中次之,在砂岩中最慢;超声横波在不同岩石中传播时速率的变化幅度以及压缩各阶段传播速率变化幅度受轴向应力应变的影响而有不同。     

Enhanced compression ductility of stoichiometric NiAl at room temperature by Y and Cu co-addition

The combined effects of (Y, Cu) on the microstructure and room-temperature mechanical properties of the NiAl intermetallic compound under uniaxial compression stress were investigated. It is found that the co-addition of Y and Cu enlarges the difference between the intergranular yield strength and the intragranular yield strength of NiAl grains. Hence, for the resultant NiAl-(Y,Cu) alloy, a mechanically hierarchical structure forms. This is beneficial to improve the room-temperature mechanical response of NiAl alloys; as a result, the resultant alloy with 0.56at% (Y, Cu) exhibits a remarkably enhanced compression plasticity of about 11.2%.     

水-动力耦合作用下红砂岩动态强度及破坏机理

为探究水化学损伤下红砂岩的动态强度和破坏机理,通过自然、干燥和饱水红砂岩试样的静态单轴压缩和动态单轴冲击试验,结合岩石碎块的电镜扫描(SEM)图像,分析了不同含水状态和应变率荷载等级下岩石的强度特性,并基于损伤断裂理论分析了含水岩石微裂纹起裂和扩展机理.试验结果表明:红砂岩试样动态抗压强度随含水率的增加而降低,随应变率的增加而增大,饱水试样具有显著的应变率效应;冲击荷载下,饱水试样应力-应变曲线具有显著的体积压缩现象,峰值应变最大,塑性变形明显,而干燥试样弹性变形最大,峰前塑性变形最小;受孔隙水影响,饱水试样颗粒结构疏松多孔,胶结物质被溶蚀而使胶结作用弱化.根据最大周向正应力理论,对含水岩石的微裂纹起裂条件和扩展方向进行了讨论,并对裂尖的动态应力强度因子进行了修正.     

基于人工神经网络的2A70铝合金形变显微组织预测

在Gleeble-1500热模拟试验机上对2A70铝合金试样在变形程度为60％、变形温度为360℃～480℃、变形速率为0.01～1S^-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验及固溶处理。分析热变形参数对合金固溶后显微组织的影响,结果表明,2A70铝合金的晶粒尺寸随温度的升高而增大,随变形程度和速率的增大而减小。采用BP神经网络的方法预测2A70铝合金固溶处理后的平均晶粒尺寸,对于样本数据,模型的相对误差不超过±5％;对于非样本数据,模型的相对误差不超过±8％。     

Effects of hot compression deformation temperature on the microstructure and properties of Al-Zr-La alloys

The main goal of this study is to investigate the microstructure and electrical properties of Al-Zr-La alloys under different hot compression deformation temperatures. In particular, a Gleeble 3500 thermal simulator was used to carry out multi-pass hot compression tests. For five-pass hot compression deformation, the last-pass deformation temperatures were 240, 260, 300, 340, 380, and 420℃, respectively, where the first-pass deformation temperature was 460℃. The experimental results indicated that increasing the hot compression deformation temperature with each pass resulted in improved electrical conductivity of the alloy. Consequently, the flow stress was reduced after deformation of the samples subjected to the same number of passes. In addition, the dislocation density gradually decreased and the grain size increased after hot compression deformation. Furthermore, the dynamic recrystallization behavior was effectively suppressed during the hot compression process because spherical Al₃Zr precipitates pinned the dislocation movement effectively and prevented grain boundary sliding.