加载速率对实时高温花岗岩三轴力学特性影响的实验研究

以未风化花岗岩为实验对象,在高温高压三轴力学实验系统上开展三轴压缩实验,分析了三种加载速率下岩样温度、围压对峰值强度、弹性模量的影响,探讨了岩样热损伤演化规律的加载速率效应,建立了花岗岩冷损伤方程。结果显示:在100℃时,加载速率增大,低围压区岩石由延性转向脆性,渐进破坏向突发失稳转变;在500℃时,加载速率增大,低围压区弹性模量硬化明显,失稳模式为准突发失稳;随着加载速率的增大,在低温30～200℃时峰值强度的增加显著,在较高温度200～500℃时峰值强度的增加幅度降低,随着围压的升高,加载速率使峰值强度增强作用降低;各级岩石温度条件下,加载速率与弹性模量相关性不显著;低围压时弹性模量增幅较大,高围压时弹性模量增幅较小;随着加载速率的提高,弹性模量损伤与岩石温度的关系由线性转变为非线性的临界围压降低。     

高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性影响的实验研究

为研究不同高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性的影响,采用自行组装50 mm分离式Hopkinson压杆(split hopkinson pressure bar,SHPB)高温试验装置,对25~1 000℃高温状态下的砂岩试件进行了6级加载速率的动态单轴压缩试验。结果表明:高温下砂岩的峰值强度与加载速率之间呈二次多项式增长;砂岩的峰值强度在200℃时,加载速率效应最明显,在1 000℃时,加载速率效应最弱。砂岩的峰值应变与加载速率之间呈线性增加。总体表现出一定的加载速率强化效应。不同温度下动态弹性模量的变化规律差别很大。从砂岩的破坏形态可知,加载速率对砂岩的影响不仅与温度有关还与其本身的性质有关。可见,加载速率对峰值强度、峰值应变及动态弹性模量的影响与温度密切相关。分析结果对高温环境下岩石工程稳定性、安全性以及相关岩体的爆破效应具有重要参考依据。     

高温状态下加载速率对砂岩的动态力学影响研究

为研究不同高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性的影响,通过采用自行组装?50mm分离式Hopkinson压杆高温实验装置,对25℃~1000℃高温状态下的砂岩试件进行了6级不同加载速率下的动态单轴压缩试验。结果表明：高温下砂岩的峰值强度与加载速率呈二次多项式增长;砂岩的峰值强度在200℃时,加载速率效应最明显,在1000℃时,加载速率效应最弱。砂岩的峰值应变与加载速率之间呈线性增加;峰值应变在1000℃时,加载速率效应最强,在25℃时,加载速率效应最弱。总体表现出一定的加载速率强化效应。不同温度下动态弹性模量的变化规律差别很大。从砂岩的破坏形态可知,加载速率对砂岩的影响不仅与温度有关还与其本身的性质有关。可见,加载速率对峰值强度、峰值应变及动态弹性模量的影响与温度密切相关。分析结果对高温环境下岩石工程稳定性、安全性以及相关岩体的爆破效应具有重要参考依据。     

循环荷载作用下绿泥石千枚岩弹性模量演化规律试验研究

对取自四川西北部典型的绿泥石千枚岩进行常规单轴压缩试验和循环加卸载试验,分析不同加载速率下的强度特征,研究循环加卸载条件下千枚岩弹性模量的演化规律。研究结果表明:千枚岩峰值强度表现出明显的速率依赖性,即峰值强度随加载速率的增加而增大;循环加卸载时,峰值强度表现出明显的"弱化"特征;随着循环次数增加,裂纹损伤强度阈值呈现先增大后降低的变化规律,这种变化不受加载速率的影响;千枚岩弹性模量的变化规律与加卸载路径的变化规律一致,呈现出有规律的"波浪形";单个滞回环内切线弹性模量随应力水平增加呈现出先增大后减小的趋势;在同一应力水平下,切线模量随循环次数增加呈现出增大—平缓—降低的变化规律。     

级配碎石双轴数值试验方法及其影响因素

利用颗粒流理论建立了级配碎石(GBS)接触本构模型,同时构建了级配碎石双轴数值试验方法.分析了双轴数值试验的影响规律,并验证了双轴数值试验方法的可靠性.结果表明:采用应变率控制模式比采用位移控制模式所得数值试验结果更稳定;加载速率为0.5%·min-1、试件尺寸为Φ300mm×h600mm时,加载速率和试件尺寸对数值试验结果影响甚微;偏应力随围压的增大呈线性增大;泊松比对数值试验结果影响较小;偏应力峰值随摩擦系数与剪切模量的增大接近于线性增大.     

加载速率对锚杆及其锚固效应影响的实验研究

研究加载速率对锚杆及其锚固效应意义重大.对金属锚杆杆体进行了不同加载速率的室内拉伸实验,并用PFC2D颗粒流软件模拟加载速率对锚固效应的影响.结果表明：锚杆杆体强度随加载速率的增加而增大,有效检测锚杆杆体强度的加载速率应在0.5 mm/s左右;拉拔荷载随加载速率的增加而增大,且锚固体的破坏拉拔荷载与加载速率为线性关系,有效测试拉拔力的加载速率为10 mm/s;随着加载速率的增加,破坏形态最终会向锚杆拔出及产生大范围破碎区转变;根据加载速率对锚固强度的影响,可将其分为弱影响范围（v＜ 10 mm/s）、中等影响范围（10 ＜v＜ 100 mm/s）和强影响范围（v＞100 mm/s）,强影响范围内加载速率对轴应力及剪应力大小有着明显影响,易造成锚固段上部应力严重集中.     

滑带土抗剪强度特性的环剪试验研究

以黄土坡滑坡滑带土为研究对象,采用环剪仪研究了天然含水率的滑带土在不同法向应力与剪切速率下的抗剪强度特性。试验结果表明:滑带土的峰值强度和残余强度均随着法向应力的增大而增大,并呈现出较强的线性关系;0.1~10mm/min范围内的剪切速率对滑带土的残余剪切强度影响不明显,变化幅度在±6%以内;但剪切速率越大,滑带土需要更多的变形以达到残余强度;随着剪切速率地增大残余黏聚力不断地减小,残余内摩擦角逐渐地增大,峰值强度及峰值黏聚力、内摩擦角均增大;剪切速率对滑带土的软化特性影响明显,并且较大的剪切速率使得剪切过程中从剪切盒侧壁流失的黏粒与孔隙水增多,因此在进行滑带土排水环剪时,宜采用较小的剪切速率。     

CT技术的低水泥含量级配碎石基层材料性能

为研究低水泥含量级配碎石基层材料的性能,采用医用CT扫描技术,对基层材料的试件断面进行扫描试验,获得低水泥含量级配碎石基层材料CT图像,并通过影像特征探究级配碎石的宏观力学破坏与内部细观变化规律,得出内部损伤与温度,孔结构与抗压强度的关系.试验结果表明:温度对低水泥含量级配碎石材料的抗压强度影响较小;利用CT扫描技术,发现对材料影响最大的温度阀值段为-15℃至-30℃之间.     

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。     

不同锯齿高度对软弱结构面剪切特性的影响

为分析不同法向应力与锯齿高度情况下软弱结构面的剪切行为,通过数值方法建立不同锯齿高度情况下的结构面计算模型,模拟在不同法向应力情况下的直剪试验,探讨结构面抗剪强度峰值前后的应力应变关系。建立剪胀角?与锯齿高度h之间的线性关系表达式。研究结果表明:随着锯齿高度增大,峰值抗剪强度对应的位移逐渐增大;应变软化阶段应力下降的速率呈先减小后增大的趋势,当锯齿高度与夹层厚度相同时达到最小值;峰值抗剪强度与残余抗剪强度均随锯齿高度的增大而呈线性增大,当锯齿高度达到一定值后,残余强度不发生变化;当锯齿高度较大如80 mm时,结构面法向应力与抗剪强度之间呈现显著的线性关系,而当锯齿高度较小时,两者之间的关系表现出一定的非线性特征,并且此时对应较小法向应力的剪切强度基本相同;随着法向应力增大,应变软化阶段应力下降的速率不断减小,残余强度与峰值强度的比值呈先增大后减小的趋势,最大值为0.961 4。     

三向应力下岩石的强度和变形特性研究

为探讨岩石在三向应力作用下的强度和变形破坏规律及影响因素,采用MTS815电液伺服岩石力学试验系统,分别对砂岩和灰岩进行了三轴压缩试验。基于岩石的应力应变曲线与莫尔-库伦准则,对其残余强度、抗剪强度参数和弹性模量等力学变形特性进行了研究,并分析了孔隙率对岩石各类参数的影响。结果表明:围压对岩石的破坏特征有显著影响,岩石由低围压控制下的脆性破坏逐渐转变为高围压控制下的塑性破坏;横向应变的变化规律与侧向压力作用关系不明显,岩石在峰值应力处的横向应变几乎为定值,应力刚降至残余强度时的横向应变也近似为定值;与砂岩相比,灰岩的孔隙率较低,因而内摩擦角较大,峰值强度也越高,峰值后的残余强度降低得越明显;围压对低孔隙率岩石的弹性模量影响较小,而高孔隙率岩石的弹性模量随围压增加而增大。     

颗粒粒度与级配对碎石料与结构接触面剪切特性的影响

为了研究碎石料颗粒粒度与级配对土与结构接触面剪切强度与变形的影响,采用大型直剪仪分别进行4种不同粒度的单粒组碎石料以及3种不同连续级配碎石料与混凝土结构接触面的直剪试验,研究颗粒粒度、级配形式、结构面粗糙度以及法向应力对接触面剪切特性的影响。研究结果表明:颗粒粒度对碎石料与结构接触面的力学特性有显著影响,接触面剪切强度随颗粒平均粒度的增大而增大;而当平均粒度相同时,连续级配碎石料与结构接触面的剪切强度明显比单粒组碎石料与结构接触面的剪切强度高;接触面的体积变形在低法向应力下表现为先剪缩后剪胀,而在高法向应力下接触面则发生明显剪缩;在相同条件下,粗糙接触面的剪切强度和变形量(剪胀或剪缩)均比光滑接触面的高。     

围压对大理岩力学特性影响的试验研究

在MTS815岩石力学试验系统对大理岩进行不同围压三轴压缩试验的基础上,分析研究在不同围压下大理岩的变形特性和强度特性．研究表明,大理岩在三向应力条件下具有明显塑性变形特征,随围压的升高,变形特性表现为塑性特征增强,弹性模量和泊松比增大,峰前扩容明显增大;强度特性表现为峰值强度和残余强度均随围压的增大而线性增大,残余强度对围压的敏感性高于峰值强度,残余内聚力大大低于峰值,残余内摩擦角与峰值非常接近．     

水泥稳定碎石基层材料特性

从冲刷、疲劳、强度、收缩四个方面论述了水泥稳定碎石基层材料的特性,研究表明:通过增加强度、增大空隙率和降低细料含量等材料组成设计,能够明显的增强材料的抗冲刷性能;适当的增加水泥剂量可以提高水泥稳定碎石基层材料的疲劳寿命,在水泥剂量相同的情况下,偏细级配的水泥稳定碎石基层能具有更好的抗疲劳性能;水泥稳定碎石基层材料的强度不仅通过合适的水泥剂量获得,也取决于良好的骨架级配;经过保湿能够有效的避免干燥收缩,防止其产生收缩裂缝,对水泥剂量的严格控制能够明显的减少水泥稳定碎石基层材料产生温缩裂缝的情况。     

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.     

矿料级配对水泥稳定碎石强度特性的影响

水泥稳定碎石基层材料的矿料级配影响其强度特性,该文通过车辙板成型试件的方法,通过室内试验研究试件密实度、成型方式、级配类型对水泥稳定碎石强度的影响规律.水泥稳定碎石的密实程度对水泥稳定碎石的强度有明显的影响,密实度高时,强度比较高;密实悬浮结构的抗压强度比骨架密实结构的试块抗压强度高;骨架密实结构的抗折强度高于密实悬浮...     

级配碎石基层填料回弹模量特性及预估模型研究

采用基于颗粒堆积理论提出的石砂比设计不同的透水性级配以及用于对比的常规骨架密实型级配,通过控制剪应力比设计不同水平的围压和循环偏应力组合,开展不同应力路径下的重复加载三轴试验,研究级配和应力状态共同影响下级配碎石基层填料回弹模量的变化规律;针对60组室内重复加载三轴试验数据,对比分析14种回弹模量预估模型的预测效果,进而提出可同时考虑级配和应力状态影响的回弹模量预估模型,并验证模型的准确性。研究结果表明：同时考虑级配和应力状态影响的回弹模量预估模型的准确性较高,对级配碎石基层填料回弹模量的预测精度更高,可为透水性基床级配碎石填料的高效利用和可持续推广提供理论依据和技术参考。     

基于声发射参数的混凝土循环加卸载动态损伤破坏特性研究

对5种不同几何尺寸与不同配合比的混凝土试件进行了不同加载速率下的单轴压缩试验,同步进行了声发射(AE)数据的采集;在对比分析AE参数与应力应变关系的基础上,进行了不同加载速率下的混凝土损伤机理与破坏机制研究;通过分析不同加载速率下的应力应变全曲线,研究了循环加卸载中的损伤破坏特性的速率效应;构建了基于AE参数的损伤变量模型,并基于该模型进行了动态损伤特性分析.结果表明:混凝土的峰值应力与弹性模量随加载速率的提高而增大,表现出明显的规律性;但峰值应变随加载速率的变化而表现出较大的离散性.峰值应力前的AE能量随加载速率的提高而增加;加载速率越大,上升幅度越大,峰前释放的能量越大,混凝土内部破坏越严重,残余能量不足以维持试件继续承受更多的循环加卸载而直接进入破坏阶段;峰后可完成的循环加卸载次数随着加载速率的提高而减少.在不同加载速率下材料损伤破坏的路径不同,但损伤起点与破坏终点是重合的;随加载速度提高,损伤破坏的路径变短,加载速率差异越大,损伤破坏路径差异越大;混凝土在不同应力阶段的损伤程度及破坏形态与加载速率有较强的相关性.加载速率的提高改变了混凝土的能量释放过程与方式,形成了不同的损伤破坏机制,在不同加载速率下的损伤破坏机理存在较大差异.     

级配碎石变形特性的试验

针对级配组成、水的质量分数及密实度等3个因素对级配碎石的影响,采用精密非粘结材料分析仪(precision unbound materials analyzer, PUMA)试验和重复荷载加州承载比(California bearing ratio, CBR)试验方法,研究了级配碎石的抗变形能力.借助累积塑性变形和弹性形变指标,对比分析2种试验异同点.试验结果表明:在荷载作用前期,级配碎石材料抗变形能力受荷载作用的影响显著,随着荷载作用次数不断增大,其影响逐渐减小;PUMA试验与重复荷载CBR试验累积塑性变形结果基本一致,而弹性应变指标存在差异;PUMA试验中弹性应变受级配碎石材料上述3个因素共同影响,重复荷载CBR试验中弹性应变受级配碎石密实度的影响;对级配碎石变形特性精度要求较低时,可选择重复荷载CBR试验研究级配碎石材料变形特性;由于PUMA设备和加载均接近实际工况,因此对级配碎石变形特性精度要求较高时,推荐选用PUMA试验测试方法.     

影响级配碎石模量的结构因素敏感性分析

基于KENLAYER计算模型对不同结构层厚度的级配碎石进行计算分析得到的数据,利用灰关联分析法分析了沥青面层厚度、沥青面层模量、级配碎石层厚度、半刚性基层厚度、半刚性基层模量及土基模量指标对级配碎石模量的影响程度.并得出各相关因素影响程度的排序结果.研究结果表明,灰关联分析法用于分析诸因素对级配碎石模量的影响能获得较好的结果;基于灰关联理论的排序结果表明,沥青面层模量是影响级配碎石模量大小的最主要的因素,级配碎石基层下的结构层位对其模量影响程度较小.