单轴压缩下预制2条贯通裂隙类岩材料断裂行为

在伺服控制单轴加载试验机上,对采用养护前期拔出预埋插片方式制作的含2条贯通裂隙类岩石试件进行压缩试验;基于滑动裂纹模型理论,并结合试件破坏全应力-应变曲线和贯通破坏面颗粒体破坏形态分析裂隙试件断裂破坏机理。滑动裂纹模型表明:驱动裂纹相对错动的有效剪力是裂隙倾角α和裂隙面摩擦因数f的函数。试验中发现:裂隙试件发生破坏时,依据裂隙倾角和岩桥倾角的不同,将会出现单裂隙微裂纹贯通破坏、预制裂隙贯通破坏和无微裂纹发育的脆性破坏;根据裂隙试件岩桥区受力特征的不同,预制裂隙发生贯通破坏时,将呈现拉伸破坏、剪切破坏和拉剪复合破坏3种模式,岩桥区贯通面上颗粒体破坏形态随之依次呈现无摩擦、完全摩擦和部分摩擦痕迹。     

宏观面内剪切作用下多尺度裂纹模型的耦合闭合解

裂纹在面内剪切荷载作用下,宏观应力场呈反对称分布,微观应力场将不再具有反对称性,可能是面内拉伸与面内剪切的混合型分布.另外,考虑微观裂纹前还有一个刃型位错区,据此建立起一个多尺度嵌套的裂纹模型,可以描述从原子尺度下的刃型位错区过渡到Ⅰ、Ⅱ复合型微观裂纹,再过渡到Ⅱ型宏观裂纹.材料不同尺度下的损伤,通过约束过渡区相连接,引入尺度变换因子的概念,并利用位移连续性条件与应力场匹配条件,求解出多尺度耦合问题的闭合形式的解.通过数值计算,讨论了材料宏观力学性能对不同尺度下各影响因素的的敏感性.研究结果表明,材料破坏机理非常复杂,与作用荷载、不同尺度下缺陷的几何形状、尺寸及材料性能等因素相关.     

考虑不同节理倾角和贯通率的类岩材料单轴压缩试验

为研究节理倾角与贯通率对类岩材料力学特性的影响,选用预制贯通节理类岩材料作为研究对象,对以节理倾角和贯通率为单一变量的两组砂浆试样进行单轴压缩试验。试验结果表明:节理倾角为0°时,随着节理贯通率的增大,试样的峰值强度、峰值应变以及弹性模量均不断减小;不同贯通率试样破坏时均呈现出整体张拉破坏的特征;节理贯通率相同时,随着节理倾角的增大,试样峰值强度呈现V字形变化趋势;试样峰值应变先减小后增大再减小,弹性模量先增大后减小再增大,二者呈现良好对应关系。通过对比节理贯通率和不同倾角对力学特性的影响,发现节理贯通率在试样强度、变形破坏过程中起主要影响作用。     

基于数字图像技术的类岩材料直剪破坏试验研究

天然岩体包含孔隙、裂隙以及其他缺陷等,这将导致岩体力学性能产生一定的劣化。为研究裂隙倾角对岩体破裂失稳以及变形场的影响,分别制作了倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°的7种预制单裂隙类岩试样,利用ZTRS-210岩石直剪仪和非接触全场应变测量系统进行直剪试验,并对裂纹扩展和全场应变进行同步监测。结果表明：类岩材料的峰值剪应力随裂隙倾角增加表现出增-减-增-减的趋势,裂隙倾角15°时最大,60°时最小;随着裂隙倾角的增加,试样的破坏模式由共面剪切破坏向拉剪复合破坏转变,倾角90°时为沿剪切面剪切破坏,并伴随较多的次生裂纹;相同倾角时,应变场随荷载增加由应变均匀分布转变为应变集中分布;应变均方差在压密阶段以及弹性阶段较小且增长缓慢,在塑性阶段以及破坏阶段骤增。研究结果可为岩体工程稳定性分析提供一定的参考。     

V形裂隙类岩石材料单轴压缩光弹性试验

天然岩体内交叉裂隙按几何形状可分为X形、T形与V形等,其中V形裂隙可以近似看作前两者在“短交叉”情况下的特殊形式,其裂纹扩展破坏规律与其它两种形式存在显著不同。为了探究V形裂隙在荷载作用下对于岩体损伤破坏规律的影响,开展了不同裂隙倾角的类岩石材料单轴压缩光弹性试验,根据应力–光学定律计算试件表面的应变场,分析V形裂隙岩体的损伤破坏规律。结果表明,岩体强度随裂隙倾角增加而增加,但增长速度不断减小,并建立了裂隙倾角与单轴强度的拟合曲线;V形裂隙岩体裂纹扩展首先发生在非交叉端,随后在交叉端产生沿加载轴向的裂纹,当裂隙倾角不大于45°时,随着荷载增加在两个非交叉端之间也会产生宏观裂纹。     

单轴压缩条件下含闭合双裂纹体岩石类材料的破坏机理

在微型控制电液伺服单轴加载试验系统上,对含倾斜平行双裂纹的岩石类试件进行单轴加载试验研究,推导单轴压缩条件下试件应力强度因子(stress intensity factor,SIF)的解析表达式.分析裂纹表面摩擦系数对试件应力强度因子的影响,应用有限元法（finite element method,FEM）对同一问题进行数值分析,并与解析解进行比较.结果表明,随着裂纹表面摩擦系数的增大,应力强度因子减小,且采用有限元法求解应力强度因子是可行的,能准确预测含裂纹构件的安全性.此外,还对试件宏观裂纹的扩展机理进行了分析.     

辉绿岩单轴及常规三轴压缩下力学特性试验研究

为了分析坚硬脆性岩石在单轴及常规三轴压缩条件下的强度和变形特性,通过在TAW-2000微机控制电液伺服试验机上对辉绿岩进行单轴及常规三轴压缩试验,主要分析辉绿岩在围压为1、3、5、10 MPa时基本物理力学参数的离散程度,其弹性模量的离散程度指标值较小,在0.27%～3.49%波动,能较好地表征辉绿岩的变形特性。试验结果表明:随着围压的增大,岩石峰值应变和残余应变均表现出显著的线性增长关系,可采用一次函数形式拟合,弹性模量、变形模量和泊松比均表现出较明显的非线性增长关系,可采用幂函数形式进行拟合,但并不会随着围压的增大而无限增大,而是趋于一个稳定值,这一规律为实际工程中不同地应力条件下准确选取弹性模量、泊松比等参数提供理论基础;随着围压的增大,岩石的峰值强度和残余强度均呈现出较显著的线性增长关系,可采用一次函数形式拟合,并计算出黏聚力和内摩擦角,为岩石工程设计时强度参数的选择提供参考依据。     

压缩条件下发泡聚苯乙烯的本构关系和疲劳特性

对不同密度的国产发泡聚苯乙烯 (EPS)采用刚性试验机 (MTS)进行了单轴压缩条件下的加载试验及疲劳试验 .通过对试验结果的研究分析 ,阐述了压缩条件下EPS的本构关系和疲劳特性 ,并给出了材料的抗压强度和弹性模量设计取值 .研究结果对于EPS的工程应用具有一定的参考价值     

纳米二氧化硅改性再生混凝土的单轴受压动态力学性能

基于新提出的纳米二氧化硅水泥净浆二次改性再生骨料方法,通过混凝土单轴受压动态力学试验,获得了不同应变率(10-5s-1、10-3s-1、10-1s-1)、不同改性方法(纳米二氧化硅水泥净浆二次改性、纳米二氧化硅粉煤灰复合改性、纳米二氧化硅预浸泡)的再生混凝土单轴受压应力-应变曲线,分析对比了改性前后应力-应变曲线特征。结果表明,新的改性方法能够有效改善再生混凝土力学性能,准静态下峰值应力提升25.1%,弹性模量增加85.8%。改性后再生混凝土的峰值应力和弹性模量动态增长因子降低,而峰值应变动态增长因子提高。最后,提出了改性后再生混凝土动态应力-应变本构模型,对比结果显示,模型预测曲线与试验曲线吻合较好,能为工程设计和应用提供依据。     

人工冻结尾矿力学特性单轴压缩试验研究

尾矿的冻结会影响尾矿坝的稳定性.通过室内单轴压缩试验,研究了经人工冻结四类尾矿的力学特性及其4个影响因素.研究结果显示,冻结尾矿单轴压缩破坏形式有三种,即斜面剪切破坏、径向拉伸破坏和复合式破坏.冻结尾矿单轴压缩全应力-应变曲线可分4个阶段:初始应变软化阶段、线性应变硬化阶段、非线性应变硬化阶段和非线性应变软化阶段.在4个影响因素中,冻结尾矿的单轴抗压强度与平均粒径呈对数关系,与干密度呈指数关系,与含水率呈线性递增关系,与加载速率呈二次抛物线增长关系.而冻结尾矿的变形模量与平均粒径呈自然对数关系,与干密度亦呈指数函数关系,与含水率则呈二次抛物线关系,与加载速率呈指数函数增长关系.     

冷压成型活性材料准静态压缩特性

采用准静态压缩实验的方法,对冷压成型PTFE/Al/W活性材料的力学特性进行了研究。基于准静态应力-应变曲线分析,得到了活性材料密度对抗压强度和杨氏模量的影响规律。结果表明,随着活性材料密度的提高,抗压强度和杨氏模量呈逐渐增大趋势,材料失效裂纹与轴线基本呈30°~45°角。进一步对准静态压缩前、后活性材料试样细观结构电镜扫描分析发现,在一定密度范围内,随着基体材料含量的减少和活性材料密度的提高,准静态压缩载荷作用下材料内部形成的力链数量随之增加,从而导致活性材料抗压强度和杨氏模量的增大。      

热-液耦合作用下花岗岩单轴力学特性的实验研究

为研究热-液耦合花岗岩单轴力学性能及破坏方式,对花岗岩进行不同温度作用下的热-液耦合循环处理,采用单轴压缩试验分析其力学特征的变化规律。结果表明：(1)峰值强度随温度升高而增加,50-100℃,降低11.51%,100-150℃,降低1.77%;峰值应变与循环温度呈线性拟合关系,随温度升高,峰值应变降低;弹性模量随温度上升而先变大后减小,上升幅度较明显约123.21%。(2)峰值强度随循环次数增加出现不同变化,3次循环前均处于缓慢变化,后面变化明显,3-4次,降低19.87%,4-5次,上升22.70%;峰值应变与循环次数呈多项式拟合关系,3次循环时取得最大值;弹性模量与循环次数呈多项式拟合关系,3次循环时取得最小值。(3)峰值强度在等值线图中,50-100℃,以3次循环呈对称分布;峰值应变随循环温度升高和循环次数变多而降低;弹性模量等值线图中出现双峰模式,随着温度升高,循环次数变多,弹性模量增加。(4)应力-应变曲线大致经历压密、弹性、屈服、破坏4个阶段,发生脆性破坏。破坏分为劈裂、剪切。可见,热-液耦合作用对花岗岩的力学特性是有一定影响的。     

混凝土材料性能对其裂缝影响试验研究

用混凝土的抗拉强度和抗拉应变试验研究了混凝土材料性能对混凝土缝裂的影响，并提出了控制裂缝的对策。试验结果证明：合理的使用混凝土配合比、骨料粒经、严格的施工生产可提高混凝土的抗拉强度和抗拉应变，并可预防裂缝的产生。     

含裂纹钢丝在应力腐蚀作用下的力学性能

为了研究含裂纹高强镀锌钢丝在应力腐蚀作用下的受拉力学性能,根据应力腐蚀试验、静力拉伸试验、电镜实验和有限元模拟的研究数据,建立了含裂纹高强钢丝的力学模型,给出了模型参数的计算方法,并对含裂纹钢丝的应力腐蚀机理和静力受拉性能进行了研究.结果表明,在静力拉伸破坏试验中,应力腐蚀下的含裂纹高强镀锌钢丝的决定性破坏因素是裂纹,刻痕的应力集中系数远大于正常腐蚀的蚀坑,钢丝力学性能的变化是由初始裂纹进一步腐蚀而引起的;当钢丝腐蚀较严重时,钢丝力学性能主要由裂纹及其底部蚀坑决定.