袁大滩煤矿风化岩土体冻结热参数及单轴压缩试验研究

袁大滩煤矿岩土体风化严重,冻结井筒施工设计需要依据风化岩土体的冻结特性和力学参数。目前对于风化岩土体的冻结热参数及力学性质缺乏了解,通过风化岩土体钻孔取样,对细砂、黏土、细粒砂岩、粉砂岩和砂质泥岩试件进行了比热、导热系数、结冰温度等热参数和冻结单轴压缩方面的试验研究。结果表明:风化岩体的结冰温度低于风化表土,而导热系数大于风化土体,黏土的比热和容积比热最大。随温度降低,岩土体的抗压强度和弹性模量均逐渐增大,泊松比逐渐减小,但对岩土体泊松比的影响相对较小;温度对细砂、黏土和粉砂岩抗压强度的增幅相对较大,对细砂、黏土、细粒砂岩和砂质泥岩弹性模量的增幅相对较大;随温度降低,岩土体的抗压强度、弹性模量和泊松比变化幅度均呈加快趋势。     

岩石低温单轴压缩力学特性

以非线性热弹性理论为基础,建立了考虑岩石冰胀效应的变物性本构方程,给出了干燥低温和饱和冻结状态下单轴压缩强度和力学特性参数随温度的变化关系.借助花岗岩在两种状态下的压缩试验结果,探讨了低温花岗岩的单轴压缩力学特性.饱和冻结状态下的抗压强度大于干燥低温状态的抗压强度,其相差量随着温度降低有增加趋势;在同种状态下抗压强度随温度降低呈增长趋势,增长率逐渐减小.低温附加强度主要由岩石基质热力效应所贡献,而由岩石孔隙冰胀效应引起的附加强度相对较小.花岗岩在干燥低温和饱和冻结状态下,变形模量均随温度的降低呈增大趋势,而泊松比变化相对较小.     

泊松比对土石坝应力水平的影响

邓肯模型关于轴向应变εα与侧向应变εγ成双曲线关系的假设目前已普遍受到怀疑．为此，笔者在静力学模型材料试验中找到了与实验所得的泊松比变化规律吻合很好的拟合曲线关系．用这样的拟合曲线关系进行土石坝坝体稳定分析，求得的应力水平等值线图应是较合理的．笔者还进行了一些对比研究，为探索坝体稳定分析时泊松比的取值提供了一些建议．     

双悬臂深梁应力光弹性研究的精度分析

对双悬臂深梁─—桥墩顶帽的应力光弹性试验中的模型冻结、模型粘结、模型加载、泊松比以及应力条纹对应力场的影响作了定量或定性分析，结果表明：模型冻结过程的内外温差、杠杆式加载装置大于7时的粘结材料弹模比，对应力场影响不大，但材料的泊松比、应力条纹值对应力场有较大的影响．     

沥青路面黏弹性泊松比近似方法的比较

为了准确应用黏弹性泊松比分析沥青路面在车轮荷载作用下的动态响应,针对3种常用的黏弹性泊松比近似方法进行了比较研究.推导了这3种黏弹性泊松比(随时间变化泊松比、不可压缩泊松比和常数泊松比)的数值关系,进而建立了一种三维沥青路面黏弹性有限元模型,比较分析了不同温度、不同加载时间下,3种黏弹性泊松比近似方法对沥青路面横向正应力响应的影响.结果表明:不可压缩泊松比始终保持为0.5,适用于高温、低频加载条件;常数泊松比始终保持为0.1,适用于低温、高频加载条件;随时间变化泊松比在0.1～0.5之间变化,应用不受温度与加载模式的限制.采用正确的黏弹性泊松比近似方法对于流动性车辙的研究有重要意义.     

淮南矿区典型冻土的力学特性试验研究

对淮南矿区3种典型人工冻结粘土力学特性的研究表明:钙质粘土力学性能最差;冻结粘土的单轴强度、变形模量和蠕变强度均随温度降低而增加,特别是当冻土温度低于-10℃时,冻结粘土强度随温度降低而剧烈增加,但温度的变化对泊松比影响较小,蠕变状态方程可用形如ε=A(T)σBtC的幂函数表示;在没有补给水源的情况下,其冻胀力可达0.8MPa,冻胀率小于5%,深层粘土的冻胀性小于浅层粘土。     

淮南矿区典型冻土的力学特性试验研究

对淮南矿区3种典型人工冻结粘土力学特性的研究表明：钙质粘土力学性能最差；冻结粘土的单轴强度、变形模量和蠕变强度均随温度降低而增加，特别是当冻土温度低于-10℃时，冻结粘土强度随温度降低而剧烈增加，但温度的变化对泊松比影响较小，蠕变状态方程可用形如ε=A(T)σ^Bt^C的幂函数表示；在没有补给水源的情况下，其冻胀力可达0．8MPa，冻胀率小于5％，深层粘土的冻胀性小于浅层粘土。     

天津地铁隧道修复工程冻土力学性能试验研究

对处于天津地铁2号线的建国道站～天津站区间隧道修复工程,为减小隧道修复对地层的扰动,必须采用盾构法进行施工。然而,由于普通加固法难以对修复前的土体进行加固,为了更加安全与经济地进行修复,需采用人工冻结法。为了给该修复工程提供冻结法设计参数和确保冻结施工过程的安全,对其典型土层进行了室内实验研究,确定了土体抗压强度、弹性模量、泊松比、剪切强度在不同温度下的损坏状态及其随温度变化的规律,根据所绘制的实验曲线作出了定量分析,得出了具有重要意义的结论。     

沥青混合料泊松比测定方法的探讨

为探讨沥青混合料泊松比的变化规律,运用基于间接拉伸试验和单轴压缩试验两种试验方法对沥青混合料泊松比进行了测定对比分析,提出了间接拉伸试验更适合于沥青混合料泊松比测定的观点.试验分析结果表明,低温或小荷载作用下,HMA泊松比在小范围内波动,可视为一个常数;而高温或大荷载作用下,随着温度的升高或荷载比的增大,HMA泊松比有增大趋势,并成为温度和应力状态的函数.理论分析也认为混合料泊松比是温度和应力状态的函数,验证了试验测试结果.不同物理意义的泊松比反映了某种工作条件下沥青混合料的侧向变形阻抗能力.     

沥青砂混合料新型软岩相似材料的试验研究

在地质力学模型材料研究的基础上,根据相似理论,通过大量的力学试验和数据分析,最终研制出一种模拟软岩特性的相似材料.该相似材料是用硬质沥青作为胶结剂,砂和锌粉作为骨料,橡胶粉作为调节剂混合而成的.对相似材料进行了常规的单轴压缩、劈裂拉伸和直剪试验,测定了该相似材料在不同配比下的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、摩擦角等参数;并研究了养护时间对相似材料力学性能的影响.结果表明：该相似材料能很好地满足相似材料的选材要求,其物理力学参数变化范围大,破坏现象与软岩的非常相似,是模拟软岩的理想材料.     

基于离散加筋理论的纵环加筋圆柱壳轴压 后屈曲缩尺模型研究

针对新型干式煤气柜柜体（大型薄壁纵环离散加筋圆柱壳）轴压后屈曲的缩尺模 型设计和相似预报问题,基于离散加筋理论与结构体系的总能量推导出结构轴压后屈曲的广 义相似条件和缩尺原理公式 .对含不同初始缺陷类型和模型材料的纵环加筋圆柱壳,开展轴 压后屈曲不完全相似模拟研究. 研究表明：纵环加筋圆柱壳缩尺模型的轴压后屈曲特性,结合 结构轴压后屈曲不完全相似的相应缩尺原理公式,能较好地预测其原型结构轴压后屈曲的结 果. 当模型与原型的材料泊松比相同时,模型能准确预测其原型的轴压后屈曲特性. 随着模型 与原型的材料泊松比偏差增大,预测原型的后屈曲特性与其原型结果的偏差逐渐增大 . 提出 的缩尺模型设计方法和缩尺原理公式,适用于不同初始缺陷类型和模型材料的纵环加筋圆柱 壳轴压后屈曲相似预报,为实际工程中类似结构轴压后屈曲缩尺模型设计和试验提供参考.     

高温环境下材料泊松比测试方法研究

对高温环境下材料泊松比测试的共振法进行了研究,提出一种矩形样品的陶瓷杆三点支撑方法,结合弯曲模态振型节点和剪切模态振型节点确定样品支撑位置,采用脉冲激励技术同步测量弹性模量、剪切模量、泊松比、阻尼因子等材料参数,给出了高温下泊松比测试流程,讨论了试验相关注意事项.以碳化硅颗粒增强铝合金为例,获得了泊松比随温度变化曲线....     

胶乳水泥模型材料

一、引言混凝土坝等水工建筑物库满时的抗震动力模型试验和轻型混凝土结构的泄流振动模型试验,长期来缺乏合适的模型材料。为了解决这一问题,获得这类动力模型试验研究迫切需要的耐水、大容重、低弹模模型材料,我们结合生产,于七二～七三年间开展了研制新型模型材料的工作,胶乳水泥模型材料就是这期间工作取得的一个成果。几年来,胶乳水泥模型材料已在我院及一些兄弟单位的试验研究中被逐步采用,一些实际工程部门的同志也开始对它发生兴趣,可以预料它的潜力将被进一步发掘和利用。本文就胶乳水泥模型材料的原料、配方、制造工艺、特性和用途等方而作概括介绍,错误和不妥之处请批评指正。     

基于复杂约束拓扑优化的负泊松比超材料设计

针对现阶段超材料拓扑优化设计在飞行器设计领域存在的微观尺度上难以制造和宏观尺度上不具有周期性的问题，提出了一种宏观尺度下的超材料拓扑优化设计方法，分别应用优化准则法和移动渐近线法进行了指定泊松比约束的超材料拓扑优化设计，得到了在横向、纵向两个方向上的泊松比都满足约束的负泊松比超材料，并对两种优化算法的设计结果进行了对比分析.针对拓扑优化得到的胞元构型，建立了理论模型和有限元模型，对拓扑优化结果的力学性能进行验证.经理论模型和有限元模型计算，拓扑优化设计结果的泊松比满足设计要求，证明了宏观尺度拓扑优化方法设计负泊松比超材料的有效性.     

基于局部冻结的保温材料性能试验研究

在深立井和斜井冻结工程中,部分冻结管需采用局部冻结方式以减小冷量损失避免土层过分冻结以及资源浪费,但常用聚氨脂发泡材料在地压作用下保温效果并不理想.针对这一技术问题,以3种不同材质的新型隔热保温材料为研究对象,然后在1.5MPa、2.5MPa围压以及恒定冷媒作用下,分别对其进行保温性能试验研究.结果表明:在1.5MPa和2.5MPa压力下,阻燃橡塑海绵保温板保温效果最佳,压花方格铝板隔热保温棉保温效果良好,而日固力防水隔热保温涂料保温效果一般.通过本次试验获得了考虑实际工况下最佳局部冻结保温材料,可为冻结工程应用提供参考.     

低弹性模数加重乳胶模型材料

本文介绍了一种能较好地满足动力相似律要求的结构模型材料—低弹性模数加重乳胶模型材料.对材料的配方、制造工艺、物理力学性能的测试技术作了简短的总结.     

有限变形下泊松比变化规律研究

在材料不可压缩的前提条件下,分别研究了有限变形两种构型下泊松比的变化规律,结果表明用欧拉描述方法是可行的。     

粘弹性泊松比与弹性泊松比分析

目的　对比分析粘弹性泊松比与弹性泊松比的不同力学概念、精确表达式与诊断技术。方法　利用弹性与粘弹性的对应原理和积分变换,由弹性泊松比分析推导出粘弹性泊松比表达式。结果与结论　获得4种粘弹性泊松比的精确公式。分析了弹性与粘弹性泊松比之间的表征、诊断以及一些有关问题。     

地下深部硐室的温度应力场

在考虑了花岗岩弹性模量和泊松比随温度变化的基础上,利用有限元软件ANSYS对核废料处置库在不同温度下的温度应力场进行研究.通过分析发现,根据常温时花岗岩弹性模量和泊松比计算得到的热应力与根据不同温度下花岗岩弹性模量和泊松比计算得到的结果相比较,随着温度的升高,两者差别从20%增加到60%.     

多圈管冻结壁温度场发展及冻结管偏斜影响

人工多圈管冻结是深厚地层井筒掘砌的最有效方法,为进一步了解冻结壁温度场发展特性,以某冻结井筒为原型,开展了室内多圈管冻结模型试验,同时借助有限元软件对冻结管无偏斜以及随机偏斜两种条件下冻结壁温度场发展特性进行了分析比较。得出冻结管布置圈径对冻结壁环向扩展速率影响较小;冻结管偏斜对井帮温度、冻结壁有效厚度影响较小,但对不同位置冻结壁交圈时间及对径向方向冻结壁平均温度影响较大;同时冻结管偏斜会使冻结壁内部产生更多的密闭未冻承压水仓,引起冻结壁内部冻胀力增大,对冻结壁整体稳定性产生不良影响。在冻结造孔时,要严格控制冻结管偏斜。