煤矿区现场地勘岩芯直接用作抗压强度实验岩芯的几何效应研究*

对现场所取岩芯进行力学分析是确定和评价其工程性质的重要途径和手段,但对于一些整体性和强度较差以及裂隙或层理发育的岩层,将现场钻取的岩芯加工成符合规范的标准岩芯,首先加工难度大,更主要的是二次加工对岩芯扰动大,导致力学实验结果偏差较大。为此,将现场地勘岩芯直接应用于力学实验岩芯,通过抗压强度测试中的尺寸效应和形状效应研究,得出以下结论：(1)高径比为二比一的非标岩芯测试抗压强度的尺寸效应表明,强度与岩芯直径或体积之间的相关性明显,随几何尺寸的增大近似呈线性递减规律,且强度与直径之间的关系以及强度与体积之间的关系相似度高,这表明用非标岩芯做抗压强度试验是可行的,只需对非标试件所得结果进行修正,即可得到标准试件下的当量强度;(2)抗压强度的形状效应表明,不同高径比时岩石抗压强度的离散性较大,但也表现出一定的分布规律,总体上随高径比的增大而呈减小趋势,与体积的增大也呈减小趋势,因此,鉴于抗压强度形状效应的离散性,试验中尽可能采用高径比为二的岩芯进行试验,这样所得的结果线性换算后可比性高一些。     

高强混凝土抗压抗拉强度的尺寸效应

为研究高强混凝土的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度的尺寸效应,试验设计三种高强混凝土(60 MPa,80 MPa,100MPa),分别选取边长为100 mm、150 mm、200 mm三种立方体混凝土试块进行抗压试验和劈裂抗拉试验。结果表明,混凝土强度越高,其脆性越大,混凝土的尺寸效应越明显。高强混凝土的强度随着立方体试件尺寸的增大而降低;但降低的幅度随试件尺寸的增大而显著减小,即尺寸效应曲线趋于平缓。基于本试验文章给出了尺寸效应的换算系数。C1、C2、C3三种高强混凝土的立方体抗压强度尺寸效应换算系数λ100为0.84~0.88,λ200为1.11~1,14;劈裂抗拉强度尺寸效应换算系数λ100为0.83~0.86,λ200为1.06~1.15。     

基于立方体抗压强度的塑性混凝土劈裂抗拉强度预测研究

为建立基于立方体抗压强度的塑性混凝土劈裂抗拉强度预测式,收集了106组关于塑性混凝土劈裂抗拉强度与立方体抗压强度试验数据,在此基础上对我国现行规范推荐的预测式进行误差分析和修正.结果表明,规范GB 50010和DLT 5057推荐的预测式计算得到的塑性混凝土劈裂抗拉强度较实测值偏大,规范DLT 5057推荐的预测式误差较规范GB 50010小;修正后的预测式方差和标准差均较规范推荐预测式小,可供工程计算参考.     

酸性环境对岩石力学特性影响的试验研究*

为研究酸性环境对不同岩石力学特性的影响,分别对大理岩及红砂岩进行酸性溶液作用下的腐蚀试验,获得岩样酸性腐蚀过程中相对质量变化规律;同时测量记录酸性溶液p H的变化,并对岩样进行抗压抗拉试验,探讨不同岩石在酸性溶液作用下的力学特性及腐蚀效应。试验结果表明:经酸性溶液浸泡,大理岩表面出现不同程度的斜截面裂纹,红砂岩外表面的薄膜保护层被逐渐融化,无明显的裂纹产生,岩样外体积变化不明显;岩样刚开始浸泡在酸性溶液中时,岩样与酸性溶液发生激烈的化学反应,溶液的pH大幅提升并接近中性;随着浸泡时间的增加,pH改变逐渐减少并趋于稳定;经酸性溶液浸泡后,岩石的质量均呈现不同程度的下降,且大理岩较红砂岩的质量下降更为明显,岩石的单轴抗压强度及抗拉强度均显著下降,单轴抗压强度较抗拉强度下降更为明显,且大理岩的力学性能比红砂岩变化的更为明显。     

基于颗粒流的平台圆盘巴西劈裂和岩石抗拉强度

使用颗粒流(PFC)虚拟实现不同中心角的平台圆盘巴西劈裂和直接拉伸试验,观察平台圆盘巴西劈裂中裂纹形成、扩展的一般过程,分析不同中心角对岩石破坏过程及破坏模式的影响.研究结果表明:平台中心角越大,岩石内损伤破坏程度越高,破坏模式变得更复杂.通过对不同平台中心角的圆盘试样断裂模式的观察和分析,并结合已有的研究成果推荐平台中心角为20°;利用直接拉伸数值试验的拉伸强度,计算出平台中心角为20°时的抗拉强度修正系数k=0.931 5.     

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.     

白砂岩力学参数尺寸效应实验研究

岩石力学性质参数具有尺寸效应,这一重要性质在工程设计和建设中往往被忽略。进行不同尺寸岩石的力学性质实验是研究岩石材料尺寸效应的主要方法,但是目前的实验规程缺少针对不同尺寸试样的实验方法,并且缺少非标准尺寸试样的配套实验夹具装置。该文提出了岩石尺寸效应实验的试样制备标准,设计了配套的实验夹具装置,完善了岩石尺寸效应实验方法。选取白砂岩为研究对象开展抗压和抗拉强度尺寸效应实验,研究岩石力学参数与试样尺寸之间的关系。结果表明,岩石抗压强度和变形模量随着试样尺寸的增加而减小,泊松比没有尺寸效应规律,抗拉强度先增大后减小。     

锂离子电池热失控多米诺效应实证研究*

针对锂离子电池热失控多米诺效应模型未进行实验验证导致可信度低问题,设计搭建了锂离子电池热失控实验舱。围绕锂离子电池热失控多米诺效应模拟存在的三个突出问题,设计实验方案开展实验验证研究。通过实验数据与模拟对比分析,证实一节锂离子电池热失控可以触发多米诺效应使全部锂电池发生热失控;针对模拟存在燃爆时间点比实验提前35.7%、层级燃爆时间间隔比实验增长30.97%,燃烧持续时间比实验减少31.82%的缺陷,提出在模拟中增加外部网格的改进意见;通过实证研究改进后的锂电池热失控多米诺效应模拟模型可用于工程实际。     

基于主应力σ2σ3为参数的岩石破坏强度准则

本文提出了一种基于中间主应力和最小主应力乘积(σ₂σ₃)为参数的显式岩石破坏强度准则.该准则通过骨架曲线和分支曲线两部分来描述岩石的强度规律.骨架曲线即三轴压缩实验的结果,分支曲线即最小主应力固定的实验结果.通过研究岩石真三轴压缩实验结果发现岩石的破坏强度与中间主应力和最小主应力乘积的平方根■之间存在着较强的相关性,并且平面内骨架曲线和分支曲线在交点处的斜率相等.推导出了在最大主应力和中间主应力平面内,骨架曲线的斜率在交点处是分支曲线斜率的2倍.对于同一种岩石,在最大和中间主应力平面内随着中间主应力和最小主应力的差值达到某个值,所有分支曲线其斜率逐渐衰减为0,岩石的破坏强度达到最大值.基于以上特征,得到骨架及分支曲线的函数形式.本文提出的岩石强度准则经过实验数据的检验,并与其他准则的计算结果进行对比.结果表明本文提出的岩石强度准则可以较好地拟合岩石材料在三轴受压条件下的破坏强度.此外,该强度准则可以用较少的数据拟合出相对比较稳定精确的结果,显示了该准则的稳定性与合理性.     

瞬变电磁法在浅层勘探中的研究及应用*

对瞬变电磁法多匝小回线观测系统的物理实验。实验分为两步;首先,对同一回线装置的不同匝数的发射线框进行实验观测。其次,对发射与接收线框匝数相同的重叠回线装置进行观测试验。将实验数据处理,绘制出两种设备在不同匝数的线框的接收信号与线圈匝数关系图;多测道剖面图、电阻率测深图,对比两者的实验效果,分析两种设备装置的相似性和差异,讨论了同一回线与重叠回线两种装置的优劣;然后选定同一回线的最佳线框匝数的装置进行面积勘探,实验表明瞬变电磁的小回线装置在浅层勘探的效果显著,为瞬变电磁法在浅层勘探时的装置类型的选取提供一定的理论依据。     

贯通结构面抗剪强度尺寸效应研究

目前,岩土工程界普遍采用Barton和Bandis建议的公式,计算具有一定规模岩体结构面的抗剪强度,但经分析发现并不适用于规模大于5m的结构面.因此,借助二维离散元软件UDEC,提出了一种基于现场实测结构面粗糙度系数JRC(长10 cm)和结构壁面回弹试验的结构面抗剪强度尺寸效应分析方法,并通过实例验证了方法的准确性.