不同加载速率下冻融砂岩的动态劈裂特性

为研究加载速率和冻融循环对砂岩动态劈裂特性的影响,对冻融0,25,50,75,100次的砂岩进行了静态和不同加载速率的动态劈裂试验,分析了冻融砂岩的静动态抗拉强度及冲击荷载作用下耗散能变化规律.研究结果表明：冻融砂岩的静动态抗拉强度、纵波波速、质量损失率均随冻融次数增加而劣化.随冻融次数、加载速率增加,动强度增加因子（DIF）不断增大,且砂岩冻融损伤越大,DIF随加载速率增加越明显.建立的基于冻融损伤和加载速率的动态抗拉强度预测模型可以很好地反映砂岩的强度变化.砂岩的冻融损伤越大,动态抗拉强度随加载速率的变化速率越快;冲击荷载作用下的耗散能随冻融次数增加而减小,随加载速率增加而增大.     

考虑加载速率与厚径比影响的 巴西圆盘劈裂强度分析

为综合研究加载速率和厚径比2个因素对测定茅口灰岩抗拉强度的影响关系,开展了一系列采用对称小圆弧加载方式下的巴西试验;通过ANSYS有限差分软件模拟巴西劈裂试验,结合Griffith强度理论分析不同厚径比圆盘试样在不同加载速率下的等效应力分布规律.试验研究结果表明:岩石抗拉强度会随试验加载速率的增加而增大,同时随厚径比的增大呈三次函数衰减关系.数值计算结果表明:越靠近圆盘试样端面中心点,等效应力值越大;除个别点处应力集中外,端面中心点的等效应力值也会随着加载速率的增加而增加;圆盘的起裂位置亦发生在端面中心点处.在此基础上对岩石抗拉强度公式进行修正,建立了更加真实的考虑加载速率与厚径比影响的巴西圆盘劈裂强度修正公式.     

考虑岩石交界面方向效应的巴西劈裂试验研究

为了研究硬岩与软岩交界面方向对其破坏形式的影响,对含岩石-水泥砂浆(代替软岩)交界面的组合试样进行了多组加载角度的巴西劈裂试验,获得了不同交界面方向的组合试样的"抗拉"强度,并利用颗粒流程序PFC2D研究了交界面的破坏机理.计算得到的"抗拉"强度随交界面与加载方向夹角的增大而增大.当交界面平行于加载方向时,沿交界面发生劈裂破坏,计算得到的"抗拉"强度可认为是交界面的抗拉强度;当交界面与加载方向不平行时,发生更为复杂的拉―剪复合破坏.此外,为了进一步分析交界面的抗拉强度对破坏形式的影响,采用提高水泥用量和增大交界面粗糙度两种方法增加交界面的抗拉强度,并进行了一系列试验.试验得到了含交界面的巴西劈裂试验的典型破坏模式分布图,对更好地理解硬岩与软岩交界面的破坏形式具有指导意义.     

红砂岩巴西劈裂强度和极限应变的尺寸效应

为研究红砂岩中巴西劈裂强度和破坏极限应变的尺寸效应,试验采用了直径50mm,高度分别为20、25、30、35、40、45、50mm等7组不同厚度的红砂岩圆盘试件进行巴西劈裂试验,同时在试件圆盘中央黏贴应变片监测试件加载直至破坏过程中的横向应变、纵向应变。试验发现,不同厚度下的红砂岩试件所得巴西劈裂抗拉强度不同,试验回归分析了红砂岩中巴西劈裂抗拉强度与厚度的关系,在20~30mm厚度范围内,劈拉强度随厚度的增加而增大,在30~50mm范围内,劈拉强度随厚度增加而无明显变化。     

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.     

超弹性NiTi丝的力学性能

研究了常温下循环加载次数、应变幅值、加载速率等对NiTi形状记忆合金丝相变应力、单圈耗能、变形模量、等效阻尼比及残余应变等力学性能参数的影响规律.结果表明:在一定加载速率下,随着循环次数的增加,正、逆向相变应力均有降低,正向相变应力降低的幅度更大,正向相变应力在20个循环后趋于稳定,逆向相变应力在5个循环后趋于稳定;单圈耗能随循环次数的增加而减小,从第1圈到第30圈,能耗减幅达33%;残余应变随循环次数的增加而增大,第30圈时达饱和值0.4%;等效阻尼比随应变幅值的增加呈先增大后减小的趋势,幅值7%时达最大值,卸载模量随应变幅值增大而减小;加载速率影响材料的相变应力及耗能,相变应力随加载速率增加而增加,材料的耗能能力随加载速率增加而降低,但降低幅度不大.     

温度与加载速率对岩石力学性质的影响

通过实时高温不同加载速率下花岗岩的单轴压缩声发射试验和扫描电镜试验,研究了岩样在温度和加载速率共同作用下的力学性质与分形特征。研究结果表明:(1)岩样应力—应变曲线可以分成压密、线弹性、非弹性和破坏四个阶段。随着加载速率由0.001 mm/s增加至0.1 mm/s,岩样压密阶段变短,弹性模量增加,峰值应变逐渐减小。(2)岩样峰值应力、振铃计数率与温度的变化规律相一致,均呈现先下降后上升趋势,在600℃时达到最小值。(3)峰值应力、振铃计数率随加载速率的增加呈线性增大趋势。加载速率由0.001 mm/s增加至0.1 mm/s,峰值应力由37.166 MPa增加至53.769 MPa,增幅为44.673%;振铃计数率由107 380增加至141 644,增幅为31.909%。(4)岩样破裂的分形维数与加载速率呈线性增大,但温度超过600℃,岩样结构晶体改变,温度的影响占据了主要因素,导致分形维数随加载速率变化规律不明显。研究成果为岩土地下扰动、工程爆破等实际工程中岩石力学参数的选取提供了有益的参考价值。     

加载速率对含预制锯齿状结构面类岩石试件力学性质的影响研究

采用RMT-150B岩石力学电液刚性伺服控制试验系统对含预制锯齿状结构面类岩石试件进行了单轴压缩试验,包括4级不同的加载速率,定量地分析了加载速率对峰值强度及加载速率对应变等物理力学性态的影响。结果表明,在静态加载速率下,含预制锯齿状结构面类岩石试件的峰值强度与加载速率呈非线性正相关,峰值强度以及对应的应变值与加载速率呈非线性负相关,破坏形式为沿结构面滑动剪切啃断式破坏,锯齿啃断面积基本随应变速率增大而增加。     

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。     

混凝土的单轴率型本构模型

以不同可逆热力学为基础,构造了混凝土的单轴率型本构模型,该模型可描述混凝土的以下特性;初始屈服强度为零;峰值强度随应变速率的增大而增加,在上升段和下降段都是光滑的;当应变趋于无穷大量,应力是收敛的;峰值点处应变不随加载就变速率的增大而变化。另外,根据前人的实验结果,明确提出了在率型本构关系中一致性条件的适用范围是加载应变速率低于应变速率的临界值,这一速率范围也是单轴率型本构模型的适用范围。     

岩石巴西圆盘的SHPB试验分析

为了研究花岗岩、千枚岩、磁铁石英岩不同应变率下三种岩石的拉伸敏感系数、弹性模量、能量耗散特征和破坏方式的变化规律,利用霍普金森试验装置对三种岩石进行动态平台巴西圆盘劈裂拉伸试验,试验结果表明:三种岩石的拉伸敏感系数随应变率的提高而增大,且应变率对拉伸敏感系数存在突变阈值;千枚岩和磁铁石英岩的弹性模量随应变率的增加而增大,花岗岩的弹性模量在应变率达到247.1 s-1以后基本不变;入射能、反射能、吸收能随着应变率的提高而增加,但试件吸收的能量相对于入射能是减小的,而透射能基本保持不变;三种岩石均沿加载直径方向劈裂,由中心起裂,满足了巴西圆盘试验的有效性,当应变率较大时,会在试样的加载端部的三角区出现粉碎区.     

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.     

含层理灰岩巴西劈裂强度及拉裂损伤各向异性

为了研究不同角度层理对灰岩抗拉力学特性的影响,对7组不同角度层理灰岩进行巴西劈裂试验,根据岩石声发射累计振铃次数定义拉裂损伤变量,推导抗拉强度、劈裂模量及损伤变量随层理角度的变化规律。研究结果表明,(1)不同层理角度的灰岩,其受力变形过程基本一致,即经历压密、弹性和破坏3个阶段。(2)抗拉强度、拉伸模量随层理角度变化表现出明显的各向异性,在0°时最大,90°时最小。(3)基于岩体微元强符合Weibull分布及Lemaitre应变等效原理,通过拟合计算得到的损伤参数可以较好地反映7个角度灰岩样的损伤特性,损伤变量也具有各向异性特点,说明不同倾角的岩石参数在加载过程中有不同的劣化程度,同一应变水平下的损伤变量随着层理角度的增加出现下降的趋势。研究结果对于层状灰岩的试验研究、理论计算和工程建设具有一定的指导意义。     

不同应变率下流纹岩动态轴拉试验研究

岩石的破坏很大程度上取决于其抗拉强度.单轴直接拉伸试验是研究岩石动态力学性能的有效手段.流纹岩作为一种广泛存在的具有天然节理的岩石,研究其动态力学特性具有重要的工程意义.为研究流纹岩在地震荷载应变率范围内的力学性质,利用MTS322试验机对流纹岩在不同应变率(10~(-6)s~(-1)~10~(-3)s~(-1))范围内进行了动态轴向拉伸试验.试验结果表明在10-6s~(-1)~10~(-3)s~(-1)应变率范围内,流纹岩的抗拉强度随应变率提高有增大趋势,经过拟合可认为其抗拉强度提高系数与应变率提高系数的对数呈线性关系;岩石的弹性模量也随着应变速率的增加而增加,但增加幅度略小于峰值抗拉强度的增加幅度;峰值拉伸应变随应变率增大有增长的趋势,分布在110~130με;不同应变率下流纹岩轴拉应力-应变全曲线的形状有很好的相似性.     

基于率相关内聚力本构模型的混凝土细观单轴受拉性能

混凝土宏观率相关效应研究已经取得了十分丰富的成果,其细观结构和材料参数显著影响混凝土宏观力学性能,因此,从细观尺度研究混凝土动态性能是揭示混凝土宏观率相关效应的重要途径.本文引入应变率影响,修正界面内聚力本构模型,从细观尺度研究了不同骨料含量和骨料形状的混凝土在不同加载速率下的单轴抗拉破坏模式和力学特性.分析结果表明：随着加载速率增加,混凝土破坏裂缝分布更加均匀;混凝土抗拉强度的增量与应变率的对数呈线性关系;混凝土抗拉强度随骨料含量增加近似线性减小,但骨料形状对其影响很小.     

加载速率对缺口前应力、应变分布的影响

用动态有限元法,计算了一种低合金钢在不同加载速率下四点弯曲缺口试样缺口根部应力、应变和应变率的分布.结果表明:缺口前各点的应变率和试样整体屈服载荷Pgy随加载速率的增加而增加;在相同的P/Pgy下,缺口前各点的正应力随加载速率的增加而增加,而应变基本不变.加载速率对缺口前应力、应变分布的影响是由于其引起了缺口前应变率的变化,从而使材料力学性能发生变化所引起的.     

疲劳荷载对橡胶-钢纤维混凝土变形、能量及损伤性能的影响

为了探究橡胶-钢纤维混凝土(R-SFC)在疲劳荷载下的变形、能量以及损伤特性,本文利用电液伺服万能试验机对R-SFC进行静态压缩增幅循环加-卸载试验。结果表明:应力-应变曲线由密变疏,同时应力退化也逐渐增大;随着循环次数的增加,不闭合度呈现先减小后趋于稳定再增大的“三阶段”变化;加、卸载变形模量随着循环次数的增加而逐渐增大,且卸载变形模量小于相应的加载变形模量;加载应变、累积残余应变随着循环次数的增加而增大,且钢纤维混凝土(SFC)的加载应变和累积残余应变均大于R-SFC;总输入能速率、弹性应变能速率随着循环次数的增加而增大;随着循环次数的增加,耗散能先缓慢增大再迅速增大,且R-SFC的耗散能大于SFC;累积残余应变损伤和能量耗散损伤随着循环次数的增加而逐渐增大,且R-SFC的能量耗散损伤大于SFC,但R-SFC的累积残余应变损伤则小于SFC。     

盐岩剪切强度与变形特性的加载率效应研究

为研究加载速率对盐岩剪切强度与变形性质的影响,采用YZW100型直剪试验机对巴基斯坦高纯度盐岩开展了不同法向压力和不同加载速率下的直剪试验,探讨了盐岩的峰值抗剪强度、残余抗剪强度以及剪胀变形的加载率效应.试验结果表明：随着法向荷载等级的增加,盐岩的剪切破坏趋于延性,并伴有明显的剪胀变形.随着加载速率的增加,剪胀变形减小,而盐岩的峰值抗剪强度和残余强度与加载速率的对数呈线性正相关关系.盐岩强度的加载率效应主要由黏聚力的率效应引起,加载速率从0.01mm/s提高至0.10mm/s,盐岩黏聚力从6.34MPa增长至8.55MPa,而内摩擦角从44.35°略减小至43.6°,几乎保持不变.研究结果可供不同注、采速率地下盐岩储气库围岩稳定性分析提供参考.     

土压缩指标的率相关特性试验研究——以兰州黄土为例

黄土是一种特殊的率相关岩土材料,其压缩指标(如弹、塑性压缩系数和前期固结压力等)对加载速率的响应极为敏感.本文以兰州黄土为研究对象,开展了不同干密度和应力加载速率条件下的K_0加载试验.在此基础上基于不同压力条件下应变随时间的时程曲线分析了不同应变速率条件下的应力应变发展规律.结果显示,不同应变速率条件下兰州黄土进入塑性阶段的应力应变曲线为一系列平行线,且这些平行线的位置随着应变速率的增大而升高.对于应变速率相差一个数量级的平行线,其间距为常数.其物理意义为恒定荷载条件下应变与时间对数曲线的斜率.进一步分析表明,使用每级荷载作用下的最终应变得到的应力应变曲线与不同应变速率条件下的曲线大致平行,因而弹、塑性压缩系数以及前期固结压力可以通过最终应力应变曲线获取.其中,弹性压缩系数和前期固结压力与应力加载速率负相关,而塑性压缩系数和恒载应变速率参数受应力加载速率影响较弱.所以,在黄土场地动力学稳定性分析中,应充分考虑应力加载速率的影响,提高稳定性计算的准确性.     

玄武岩FRP杆体的试验研究

为进一步研究玄武岩FRP(Fiber-Reinforced Polymer)杆体的优越性,以3组不同配比杆体在放在10 kN拉力材料试验机上进行加载,并绘制拉力—变形曲线;然后根据试验结果设计正交试验,确定最佳配比并分析破坏机理。研究结果得出:杆体的抗拉强度随稀释剂丙酮含量的增加而降低,弱稀释剂加入过多,则会导致杆体劈裂;而固化剂对杆件的抗拉强度影响不大。杆体的破坏应力为200~235 MPa,弹性模量为1 950~2 100MPa,韧性为0.1左右。