含水率和干密度对青海重塑黄土强度影响研究

为了研究含水率和干密度对青海地区非饱和黄土抗剪强度的影响,采用应变控制式三轴仪对不同含水率、不同干密度条件下的重塑黄土进行了常规三轴剪切试验。结果表明:随着干密度的增加,土样的变形曲线由应变硬化到应变软化转变,并且随含水量增加,曲线形式逐渐以应变硬化为主;相同含水率条件下重塑黄土的黏聚力及内摩擦角均随其干密度的增大而逐渐增大;相同干密度下重塑黄土的内摩擦角随含水率的增大而增大,呈线性变化。对以上关系曲线通过回归分析后得到的方程相关性较高,能够较为准确的反映黄土的强度变化规律。     

不同加载速率下胶结充填体损伤特性与 能量耗散特征分析

针对矿体回采所导致的充填体破坏可近似看作不同加载速率下的加载过程,在实验室开展了5种加载速率下的胶结充填体单轴压缩试验,在得到充填体应力-应变曲线的基础上,根据能量耗散原理及损伤力学,计算了不同加载速率下的充填体能耗值并构建了相应的损伤演化方程,研究了不同加载速率下胶结充填体的能量耗散与轴向压缩时间、应变间的内在关系,探讨了胶结充填体受压破坏的能量损伤演化过程.研究结果表明,不同于高强度的岩石,胶结充填体存在临界加载速率现象,当加载速率超过临界值后,充填体强度随加载速率增加而降低;充填体的峰前能耗量、峰后能耗量、单位体积应变能及总能耗量与加载速率呈二次函数曲线关系;充填体的总能耗量随轴向压缩时间、轴向应变的增大呈现Logistic函数形式增长规律,但加载速率的不同使得能耗值增长速率及充填体达到相同轴向变形所需能耗量存在明显差异;不同加载速率下充填体的压缩破坏均属同一类损伤过程,充填体受压破坏的能量损伤演化过程可划分为初始损伤、损伤稳定发展、损伤加速及损伤破坏4个阶段.     

上海冻结软土的单轴抗压强度试验

对两种典型的上海饱和冻结软土进行单轴无侧限抗压强度试验,在温度为-20,-10,-5 ℃和加载速率为1×10-3,3×10-4,5×10-5s-1的条件下,共进行了2组18个土样的试验.通过对试验数据的分析,得出饱和冻结软土的单轴抗压强度受温度、应变速率、含水量及干密度等因素的影响规律：(1) 抗压强度随应变速率的增加以幂函数的形式增大;(2) 抗压强度随温度的降低线性增大;(3) 在相同的应变速率及温度条件下,含水量越大,冻结软土的抗压强度越大,干密度越大,抗压强度越小,得出抗压强度与温度、应变速率关系的幂函数模型参数;(4)弹性模量随加载速率对数的增加呈幂函数形式增加,随温度的升高线性降低.     

铝合金热变形的本构模型研究

利用Gleeble-1500热模拟机,研究轧制态6016铝合金在变形温度为300～500℃,应变速率为0.1～10 s-1以及真应变为0～0.8时高温单道次压缩过程中热变形流变应力行为.研究结果表明:6016铝合金在高温单道次压缩下的热变形经历了从应变硬化阶段过渡到稳态变形阶段的过程,其软化机制主要为动态回复;据流变应力指数函数中系数A和β与应变的关系,建立Zener-Hollomon参数的指数关系本构方程;计算所得的温升修正值与实测值较吻合.     

负温和初始含水率对冻结粉质黏土力学性质的影响

温度和含水率是决定冻土性质的两个主要因素.通过开展低温三轴试验,研究了冻结状态下路基粉质黏土在50kPa围压,4个温度水平(-4、-6、-8、-10℃)、4种初始含水率(14. 30%、16. 20%、18. 73%、20. 60%)共计16种工况下的变形及强度等力学性质.结果表明:冻结粉质黏土的应力-应变关系在各温度及初始含水率条件下均呈软化型,随温度降低软化程度减弱;除个别试验点外,温度及初始含水率对试样轴向破坏应变的影响均存在临界值,使破坏应变随其变化先增大后减小;试样初始切线模量受温度的影响要比初始含水率显著,当含水率相同时其值随温度降低而增加,但增速渐缓;含水率相同时,试样三轴抗压强度随温度降低近似线性增大;同一温度下抗压强度随试样初始含水率变化以16. 20%为临界值,其值先增大后减小并趋于稳定.本文提出了考虑温度和含水率条件的冻结粉质黏土抗压强度计算公式,可用于预估冻结粉质黏土的三轴抗压强度.     

压实黄土压缩特性研究

压实黄土广泛应用于实际工程中,其压缩特性是黄土路基工程、地下工程、边坡工程设计计算的重要参数.进行了一系列控制干密度和含水率的固结压缩试验,研究了压力、干密度和含水率对压实黄土的压缩特性的影响.试验结果表明:压力增大,压实黄土的压缩模量增大;含水率一定,随干密度的增加,压缩模量逐渐增大,压缩模量增量在含水率较小时,随干密度增大呈先减小后增大趋势,在含水率较大时,随干密度增大呈逐渐减小趋势;干密度一定,随含水率的增加,压缩模量减小,减小幅度随着含水率的增大而逐渐减小;并且干密度越大,趋势越明显.压实黄土的压缩模量-含水率关系可以用指数函数Es=aebw来表达.     

基于近场动力学的岩石不同应力路径损伤演化

加卸载效应普遍存在于各类岩土工程中,为研究岩体在不同应力路径下加卸载的力学响应和损伤演化规律,通过在传统键型近场动力学本构模型中引入键的损伤变量函数,以反映岩石材料应力应变曲线中先应变硬化再应变软化的非线性阶段,采用改进键型近场动力学模型数值模拟与室内细砂岩加卸载试验对照的方法研究了细砂岩在不同加卸载路径下的力学、损伤演化规律。结果表明：改进的键型近场动力学本构模型能够较好地模拟岩石材料先应变硬化再应变软化力学性质和在不同应力路径下的力学响应及损伤发展趋势;在常规三轴路径下,岩石的抗压强度与围压呈较严格的正相关变化;定义的损伤值可直观的对比出不同加卸载路径与常规三轴压缩下岩石的损伤发展情况,相对常规三轴压缩,卸荷路径加快了岩石材料的破坏,且升轴压破坏程度>恒轴压破坏程度>卸轴压破坏程度。     

基坑土体侧向卸荷变形特性的研究

利用GDS三轴仪对深基坑周边主动区粉质黏土进行了平面应变条件下的k0固结侧向卸荷试验和常规三轴压缩试验,试验结果表明:两种应力路径试验的应力–应变关系曲线均呈双曲线型,均表现为非线性,且全部呈应变硬化现象;卸荷破坏主应力差均小于加载破坏主应力差。针对卸荷产生的侧向应变采用有限元软件模拟土样的侧向卸荷,确定了粉质黏土Δε22和Δε32之间的比例范围,进一步推导出侧向卸荷条件下切线弹性模量的计算公式。     

小麦籽粒压缩特性的实验研究

使用Brookfield质构仪对两个品种小麦(宁麦13,鲁原502)籽粒在短轴和中轴上进行了压缩试验,测定并计算出小麦籽粒的压缩特性,分析了含水率对小麦籽粒压缩特性的影响,给出了小麦籽粒压缩破坏力与含水率关系模型。实验及计算结果表明:随着含水率的增加,小麦籽粒的破坏力减小,与含水率呈线性关系,破坏能、表观接触弹性模量、破坏应力等减小,然而,破坏应变增大。小麦品种的籽粒尺寸越大,其压缩特性(破坏力、破坏能、破坏应变、表观接触弹性模量、破坏应力)越大,小麦含水率达到一定程度时(宁麦13含水率为18.01%w.b.,鲁原502含水率为16.92%w.b.),籽粒结构软化,压缩时不出现破裂。     

铝土尾矿泡沫轻质土单轴抗压力学特性及唯象本构模型

铝土尾矿泥是一种常见的工业废弃物，为了更好地利用铝土尾矿泥，减少其对环境的污染，将铝土尾矿泥掺入泡沫轻质土中制备新型铝土尾矿泡沫轻质土，研究了铝土尾矿泥掺量对铝土尾矿泡沫轻质土抗压强度及破坏模式的影响，并基于两参数Weibull分布函数，提出适用于铝土尾矿泡沫轻质土材料的一维受压损伤本构模型.研究结果表明，铝土尾矿泡沫轻质土的无侧限抗压强度随着铝土尾矿泥掺量的增加呈指数型减小，7d无侧限抗压强度可达到28d无侧限抗压强度的83%;铝土尾矿泡沫轻质土的名义应力-应变曲线在单轴受压作用下主要包括弹塑性阶段和破坏平台阶段，在单轴受压破坏之后存在应变软化和应变硬化行为，具备良好的缓冲性能；根据Weibull分布函数和Avalle模型，研究了铝土尾矿泡沫轻质土材料一维受压损伤唯象本构模型，建立了模型参数与铝土尾矿泥掺量的关系式，为铝土尾矿泥在泡沫轻质土中的应用提供参考.     

尾砂胶结充填体损伤软-硬化本构模型

针对灰砂比分别为1∶4,1∶8和1∶10的尾砂胶结充填体进行了力学试验,得出了其在单轴压缩条件下的物理力学特性。根据统计损伤理论,在材料微元强度服从Weibull分布规律的基础上,引入有效损伤率参数来表征损伤材料的承载能力,建立尾砂胶结充填体在单轴压缩条件下的损伤软-硬化本构模型。经对比验算,尾砂胶结充填体损伤软-硬化模型与实验结果相吻合。该模型在体现尾砂胶结充填体损伤随机性、应变软化过程的同时,反映了尾砂胶结充填体峰后应变硬化过程及规律,为充填体强度设计提供了依据。     

循环荷载下尾矿粉土的孔隙水压力特性

为了解尾矿粉土在振动作用下的孔隙水压力特性,采用GDS动三轴试验系统对尾矿粉土进行了循环荷载试验,通过施加循环应力使尾矿粉土达到完全液化状态,研究了相对密度及固结围压对尾矿粉土孔隙水压力特性的影响.研究结果表明,尾矿粉土的孔压增长过程可分为4个阶段:孔压快速增长阶段、孔压稳定增长阶段、结构破坏阶段及完全液化阶段;相对密度及围压的增加可以提高其抗液化能力.对比尾矿粉土及砂土试验结果发现:循环荷载作用下尾矿粉土的孔隙水压力特性与砂土不同,其孔压增长规律可用一个双S型模型描述,该模型对粉土和砂土均具有较好的适用性.     

南京地区粉土的不排水三轴压缩试验

通过全自动三轴仪进行了南京地区粉土的三轴不排水的试验,研究了围压和干密度对应力-应变曲线、孔隙水压力曲线和有效主应力比曲线的影响.试验表明:高围压状态下粉土试样呈现出弱应变软化型,而低围压状态下呈现出应变稳定型;低围压下试样在加载初期产生正孔隙水压力,随后产生负孔隙水压力,其后基本保持稳定;干密度越大,主应力差峰值越大,表现出较大的剪胀性,孔隙水压力易出现负孔隙水压力;干密度值较高时,土样处于密实状态,表现出剪胀特性,有效主应力比-应变曲线近于应变软化型;围压较低、干密度较大时,试样易表现出软化特征,试样出现剪切带破坏,强度明显下降.     

高应变率下灰砂比对全尾胶结充填体力学性能影响

为研究采矿扰动下灰砂比对全尾胶结充填体力学响应,预制了三组不同灰砂比的全尾砂胶结充填体试件,利用ф50 mm SHPB试验系统,对预制试件进行单轴冲击试验,试验结果证明:全尾砂胶结充填体对弹性波传播有较强的反射和阻尼作用;在较高应变率下,试件强度则表现出快速软化;软化试件在18μs左右即达到峰值应力;试件动态抗压强度等参数变比均随应变率的增加而增大.灰砂比越高,试件的极限动态抗压强度等参数越大;在相同应变率下,试件的动态抗压强度等参数的增加反而降低.试件的破坏形式为压碎破坏,在相同应变率作用下,水泥含量越少,试件的破坏程度越高.     

铀尾砂水性聚氨酯固化体的力学性能研究

为研究水性聚氨酯对铀尾砂的固化效果,开展了不同质量比的水性聚氨酯固化铀尾砂试验,采用三轴压缩试验研究了水性聚氨酯质量比对铀尾砂试样的应力-应变行为、破坏强度、抗剪强度参数的影响,并采用扫描电子显微镜表征了固化前后铀尾砂的微观特征。结果表明,当水性聚氨酯的质量比为5%~10%时,随着围压的增加,试样的应力-应变曲线由软化型向硬化型转变；当水性聚氨酯的质量比为15%时,皆为强软化型。随着水性聚氨酯质量比的增加,试样的破坏强度增大,内摩擦角下降,内聚力提高。扫描电子显微镜表征表明水性聚氨酯通过充填到尾砂颗粒间的孔隙中,并将其包裹和黏结在一起,由此形成空间网状结构,提高了试样的力学性能。     

Tensile and compressive behavior of Ti-based bulk metallic glass composites

This article focuses on the tensile and compressive characteristics of a Ti-based bulk metallic glass composite (BMGC). It is found that the yield stress, maximum strength, and fracture strain are 1380 MPa, 1516 MPa, and 4.3% for uniaxial tension, but 1580 MPa, 4010 MPa, and 29% for uniaxial compression, respectively. The composite displays a linear “work hardening” capacity under compression; however, the “work softening” behavior is observed in the true engineering stress-strain curve upon tensile loading. The fracture surfaces of specimens also exhibit dissimilar properties under the different loadings.     

3D激光沉积增材制造TC4高应变率动态力学行为及本构关系研究

通过对3D激光沉积TC4在较宽温度（298~1 073 K）和应变率范围（0.001~5 000 s^-1）内的单轴压缩试验,系统研究了该材料的塑性流动行为,分析了材料的微观组织特性及其变形断裂微观机制.结果表明材料在压缩载荷下具有明显的应变率硬化和温度软化效应.在压缩加载条件下,材料的破坏模式为绝热剪切带的萌生和拓展,而初始缺陷成为诱导剪切带形成的主要原因.3D激光沉积TC4材料屈服强度与铸造TC4接近,略低于传统锻造TC4.文中基于位错动力学热激活理论建立了可以较好描述材料在不同温度不同应变率下的塑性流动行为物理概念的本构模型.     

基于库伦理论的桥面混凝土动态力学特性分析

在桥面水泥混凝土铺装层病害日益增加的背景下,为了分析在车辆动荷载作用下桥面水泥混凝土的力学性能,改善桥面铺装层使用效果,基于Coulomb理论的剪切破坏条件,通过室内试验制作圆柱水泥混凝土试块,采用SHPB试验装置对试块施加不同的冲击荷载,研究不同强度水泥混凝土试块的破坏形态、动态抗压强度和应力应变特征。结果表明：冲击荷载引起的水泥混凝土试块由块状失效破坏到粉碎状失效破坏;冲击荷载能够增强混凝土的抗压强度,对强度较低的水泥混凝土增强效果更明显,且动态抗压强度增强率最高为143.7%;在动态力学作用下水泥混凝土应力应变曲线也呈现四个阶段,随着应变的增加水泥混凝土应力应变曲线斜率变小,从应变硬化转变为应变软化特性。对水泥混凝土动荷载作用下的物理力学特征分析能为工程桥面水泥混凝土铺装层强度提高和性能改善提供一定参考价值。     

裂隙砂岩破坏过程中的能量耗散与破碎分形特征研究

对不同裂隙倾角的裂隙砂岩试件进行单轴压缩试验,分析了试件变形破裂过程中的应变能演化特征,基于分形理论定量描述了最终破坏后碎屑尺度分布的分形特征,初步探究了能量耗散与破碎分形维数之间的力学机制。研究结果表明：随着裂隙倾角增加,裂隙砂岩试件的抗压强度和耗散应变能均呈现出先减小后增大的变化规律;数据拟合结果表明两者之间存在正相关关系。试件破坏后的碎屑尺度分布具有分形特征,不同裂隙倾角试件的分形维数介于2.58～2.64;分形维数随裂隙倾角的变化规律与抗压强度类似,两者近似呈线性相关关系。此外,试件的抗压强度越高,破坏时释放的耗散应变能越多,试件破碎程度越严重,所产生的微、细粒碎屑占比增大,导致分形维数变大;数据拟合结果表明耗散应变能和分形维数之间具有线性正相关关系。