混凝土多轴性能试验装置

在5000kN压力机的基础上研制了一套混凝土多轴性能试验装置。该装置可进行平面应力平面应变以及一般三轴荷载等不同应力组合的混凝土强度和变形试验,并可适应多种试件形式。     

三轴加载状态下轻骨料混凝土的变形特性

利用自制的混凝土三轴试验系统，通过１２７块试件，对国内尚未研究，国外也较少开展的轻骨料混凝土在常规三轴及真三轴状态下（包括两轴拉及三轴拦状态下）的变形特性进行了试验研究；分析了应力－应变关系的特点，并与普通混凝土三轴状态下的特性进行了比较，发现了轻骨料混凝土在三向高压应力比下其应力－应变曲线具有明显的平台流塑特性；讨论了中间应力对值应变的影响以及轻骨料混凝土体积应变规律，为建立轻骨料混凝土的本构关     

三轴 CT 条件下预崩解炭质泥岩路堤填料的细观试验

为了研究预崩解炭质泥岩在三轴条件下的细观应力变形及损伤演化规律,采用CT专用三轴试验加载设备对其进行三轴CT试验。试验在3种固结压力下进行,得到各试件的应力变形曲线以及在不同变形阶段3个扫描层的CT数、方差和CT图像。研究结果表明:该试验方法成熟、可行,为进一步深入分析炭质泥岩物理力学特性提供了新的方法;试件固结压力越大,峰值强度越高,其内部细观表现为颗粒的错动与融合,外部表现为中部鼓起,且无明显裂纹;变形形式主要为受力均匀变形,在低围压条件下具有应变软化特征;在初始条件下,试件具有明显各向异性特点,试验后期试件差异性减小;随着变形增大,试件损伤度也逐渐增大,其细观损伤演化是一个非线性的累积增长过程。     

定侧压下大坝原级配混凝土强度和变形试验研究

利用大连理工大学自行研制改造的液压伺服静动态三轴试验系统进行了不同骨料级配和尺寸的混凝土试件定侧压下的双轴压强度和变形性能试验.试验所用试件有3种:采用大坝原级配最大骨料粒径为80mm的立方体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为250mm×250mm×250mm、150mm×150mm×150mm、100mm×100mm×100mm.试验过程中,测得了所有试件两个加载方向的应力和应变,并根据试验结果,系统地探讨了不同级配混凝土在定侧压下的极限强度和变形、应力-应变曲线以及破坏形态的变化规律,发现大骨料混凝土在定侧压下的极限强度和变形能力要比相应的湿筛小骨料混凝土提高更多;最后分别在主应力空间、主应变空间和八面体应力空间建立了不同级配混凝土的破坏准则,为水工大体积混凝土按多轴强度理论进行设计提供了试验依据.     

Q235软钢在修正应力下断裂应变新模型

为准确确定Q235-B级钢在三轴应力下的断裂应变,进行五组共计10个具有不同凹陷半径试件的拉伸试验.在试验的基础上,对试件建立有限元分析模型,并进行详细的弹塑性大变形分析,给出试件中三轴应力的变化,并导出与三轴应力相关的真实塑性应变.得到Q235-B级钢的两个与真实断裂应变相关的塑性失效准则.     

灰岩强度特性的三轴压缩试验分析

对灰岩进行三轴压缩试验，分析与比较了其应力、应变关系曲线，并进行了曲线拟合。结果表明，岩石的变形可分为5个不同的阶段，围压对岩石的应力、应变关系有一定影响，用多项式函数拟合应力、应变关系曲线是比较理想的。而依据岩石的应力、应变关系可以在一定的强度理论下得到强度参数c,φ值，能为有关工程提供参考与借鉴。     

动态三轴压荷载历史对大骨料混凝土动态单轴抗压强度影响

利用静、动三轴试验机对大骨料混凝土预先施加三轴压荷载历史,之后对经历荷载历史的试件进行同应变率的单轴受压试验,研究了大骨料混凝土的动态受压性能与所经历的加载速率(应变率为10-5~10-2 s-1)和应力比荷载历史的关系.所有试验的三轴压荷载历史中σ3均加载至2.8fc,且未达到材料的极限强度,但是大部分试件已产生了微裂缝和不可恢复的变形.试验表明:在单轴受压试验中,大骨料混凝土破坏会沿着已有的裂缝继续发展,破坏形态不同于单轴抗压的柱状破坏,而与三轴压荷载下的斜剪破坏极为相似.经历三轴压荷载历史后的大骨料混凝土的抗压强度随着侧压力的增加而降低,随着应变率的提高而提高.强度损失随着应变率的增加而减小,随着侧压力的增加而增加.     

三轴拉压应力状态下沥青混合料的破坏准则

为了解拉压组合复杂应力状态下沥青混合料的强度特性,在自主研发的三轴试验设备上,通过单轴拉、单轴压、平面拉压/轴向压缩和平面拉压/轴向拉伸应力状态下共74个试件的试验,系统研究拉应力和压应力共同作用下AC-13C沥青混合料的三轴强度特性和破坏特征。基于八面体强度理论,建立多轴拉压条件下AC-13C沥青混合料的线性破坏准则。研究结果表明:试件分别表现为拉应变和拉应力破坏特征;三轴拉强度和压强度均低于单轴拉伸强度和单轴压缩强度,按现行的最大拉应力理论进行沥青路面结构设计偏于危险;线性破坏准则考虑3个主应力对路面的协同破坏作用,可较好地描述沥青路面材料的三轴强度规律,并且形式简单,便于工程应用。     

FRP约束混凝土短柱在重复轴压作用下的力学性能

为了研究纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土短柱在重复轴压荷载作用下的力学性能,对其进行试验和理论研究.共对6个FRP约束混凝土短柱试件(含3个单调加载和3个重复加载试件)进行竖向轴压试验.基于试验结果,分析讨论试件的破坏模式、应力-应变曲线、塑性残余应变、应力退化和极限状态.试验结果表明,重复荷载作用下试件的包络曲线略低于对应的单调荷载作用下试件的应力-应变曲线;卸载应变和塑性残余应变存在线性关系;FRP约束混凝土在重复荷载作用下的应力退化系数基本保持不变.根据国内外学者提出的理论模型,对重复加载试件的卸载路径曲线、再加载路径曲线和全过程应力-应变曲线进行预测.通过与试验结果比较,证明这些模型具有准确性和合理性.     

平面应变状态混凝土等效单轴应变本构模型研究

推导了平面应变状态下的等效单轴应力－应变关系，以应力－应变曲线试验值与计算值的误差达到最小为目标，反演出双向受压时相应于强度值的等效单轴应变值，并回归得到其计算公式；同时对一拉一压，双向受拉及一向开裂，双向开裂等受力状况提出了εic的计算方法；经对现有强度理论的分析比较，选择了适合平面应变状态的强度准则，从而得到了平面应变状态混凝土等效单轴应变本构模型。     

沿应变路径准静态加载时混凝土的极限状态现象

为了研究混凝土的力学行为,利用电液伺服系统实验机对立方体试块沿着应变空间中的偏平面压缩路径进行了三轴加载试验.试验结果表明:混凝土材料在应力空间中存在有一个极限状态曲面,当沿着应变路径进行加载时,应力状态点的运动轨迹最后总是汇集到该曲面上,极限状态曲面与应力空间中的破坏面重合.在平均应力p与广义剪应力q构成的直角坐标系中,p轴上存在两个临界值,把p轴划分成低压区、中压区和高压区.当应变路径起点对应的p在同一区内时,p-q曲线彼此相似,在不同区时曲线有一定差异.极限状态现象可能引导研究者建立起一种混凝土特有的新的本构关系理论框架.     

饱和砂土稳态性状的三轴试验研究

完全饱和松砂在不排水试验中达到液化后发生稳态变形,大多数松砂在三轴不排水试验中表现出准稳态性状,而不是达到唯一最终稳态.当前研究结果认为砂在稳态变形中的应力状态仅仅取决于孔隙比.本文通过一系列三轴不排水试验来测定饱和松砂、中密砂和密砂的稳态,一种先进的计算机控制三轴测试系统(MTS)应用于本项研究中.试验结果表明:准稳态不仅取决于孔隙比,还与围压有关.文中详细讨论了孔隙比和围压对准稳态的影响关系以及土样出现稳态和准稳态时的应变大小.另外,文中提出一个可供讨论的问题:一些密砂试验中常不出现临时稳态,其原因是试验中剪切应力带发生并扩展导致了土样局部颗粒破碎从而影响了试验结果.     

黄河冲积粉土的吸力和强度特性关系

采用GDS非饱和三轴仪对黄河冲积粉土击实土样进行同时控制净室压力和吸力的三轴剪切试验,研究了吸力和土样强度之间的关系.试验结果表明,非饱和与饱和土样均呈现出应变硬化的双曲线形应力-应变关系;非饱和状态下土样的内摩擦角近似等于饱水状态下的有效内摩擦角,同时总黏聚力随吸力增加而线性增大;随着吸力的增大,土样的强度提高,说明吸力对土体具有强化作用;土样临界状态线的斜率是一个与吸力无关的常数,临界状态线在q轴上的截距μ反映了吸力对强度的贡献,对该击实粉土,μ和s呈线性关系.     

“动静三轴试验仪”伺服加载系统研究

根据土工试验要求研制了"动静三轴试验仪",该仪器设备能够替代传统"静三轴试验仪"和"动三轴试验仪"完成给定的试验任务.伺服加载的实现方式是"动静三轴试验仪"研制的核心,在分析液压、气动和电气加载方式的优缺点后,采用液压伺服加载方式完成轴向力和位移的动态、静态加载.为解决液压伺服加载系统在动态加载时液压油压力波动和静态加载时效率低、发热量大的问题,提出采用蓄能器组和恒压变量泵的解决方案并设计了液压油源系统,借助数学建模和仿真的手段验证了所提方案的正确性.     

渗流-三轴应力耦合试验机的研制

为了对工程设计提供必要的依据,需要进行岩体的渗流-三轴应力耦合研究。由于缺乏相应的试验设备,因此研制了渗流-三轴应力耦合试验机,该设备由密封、水压控制、三轴加载、流量计量、自动控制及数据采集系统5部分组成,能够在垂直于渗流向的两个方向上实现独立加载。研制过程中引入了一些新工艺,采用聚氨酯密封胶实现了试件在高水压下的密封,引入阻尼器削减水压振幅以获得平稳的高水压源,采用油封技术解决小流量测量中的蒸发问题。     

多轴载荷下GH4169合金疲劳寿命预测

基于多轴疲劳临界损伤面原理,在对GH4169合金薄壁圆管和缺口试件的高温疲劳特性及有限元应力-应变关系进行分析的基础上,通过引入三轴因子FT,应用von-Mises准则提出了一个能够适用于GH4169合金不同应力状态的多轴疲劳损伤参量.新的损伤参量考虑了临界面上最大剪应变和法向应变对多轴疲劳损伤的不同以及应力状态对多轴疲劳寿命的影响.该多轴疲劳损伤参量不含有经验常数,便于工程应用.利用新的多轴疲劳损伤参量,结合Manson-Coffin方程,建立了新的多轴疲劳寿命预测模型.预测结果表明,该模型较准确地预测了GH4169合金薄壁圆管和缺口试件的高温多轴疲劳寿命.     

地铁列车移动荷载作用下饱和软粘土地基动力响应及长期累积变形研究

为了研究地铁列车荷载反复作用下饱和软黏土地基的动力响应和长期累积变形,本文通过进行室内固结不排水动三轴试验,得到了地基累计变形计算参数,并建立了车辆-轨道相互作用动力学模型,对列车反复荷载作用下软土地基的动力响应和累积塑性变形进行研究。研究结果表明：土体中的累积塑性应变随深度逐渐减小,同样的深度位置,累积塑性应变随荷载作用次数增加而增加;在车辆荷载作用的早期,累积变形的增长速率最大,随着荷载次数的增加,累积变形的增长速率逐渐减小,且累积变形曲线有明显的拐点。     

GDS三轴仪的非饱和土试验操作方法

与传统三轴仪相比,GDS三轴仪有着显著的优势.对GDS三轴仪进行了详细介绍,从其组成部分、工作原理到试验过程中的具体操作,并应用GDS三轴仪研究了某高心墙堆石坝非饱和土填料的强度特征,得到了该土样的抗剪强度参数.     

煤层气井真三轴压裂实验

 为进一步认识煤层气井压裂裂缝起裂和扩展机制,利用真三轴大尺寸水力压裂实验系统,采用取自矿区原煤煤块制作的试样,通过真三轴压裂实验,研究了不同围压组合条件下煤层压裂裂缝的起裂和扩展特征.研究表明:地应力状态和煤层中发育的天然裂隙对压裂裂缝的起裂和扩展有着直接影响.小规模天然裂隙的存在使得裂缝扩展压力出现频繁小幅波动,压裂裂缝在扩展过程中多见路径转向,压裂过程中煤层天然裂隙的大量开启造成压裂液大量滤失直接损耗压裂时的水力载荷,不利于压裂形成高导流能力的水力裂缝.当三向主应力差较小时,煤层压裂产生的裂缝宏观形态更为复杂,可能会同时产生垂直缝和水平缝.     

中型动三轴仪研制及微小应变测试技术应用

常规土工三轴仪测试精度较低.为提高试验精度,引进微小应变测试技术,即在三轴压力室增设内置力、局部位移和非接触位移等测试装置,研制了中型动三轴仪.这不仅可以排除试样端垫误差,而且使试验精度提高了1个数量级,即轴向应变接近10-6.用该三轴仪,并综合运用力控和位移控制方法进行了动剪切模量和阻尼比试验.试验结果证明,该三轴仪具有精度高、性能稳定及操作简便等优点,可用于研究各种粗粒土的动力特性.