SHPB试验中花岗岩破坏程度与能量耗散关系分析

为了研究花岗岩的应变率效应及其能量耗散与破坏程度之间的关系,利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)对直径为74 mm的花岗岩试样进行了不同应变率下的单轴冲击压缩试验.试验结果表明,花岗岩动态压缩强度具有很明显的应变率效应;随着应变率的增大,单位体积耗散能增加,且近似呈线性关系,同时应变率也随着能量耗散率的增加而增大,但它们之间表现为非线性关系;花岗岩试样破坏程度与单位体积耗散能存在很好的一致关系,基本一一对应,而与应变率之间并不存在一一对应关系.且试样破坏程度和应变率之间并不存在一一对应关系,与强度随着应变率的增大而增大并不矛盾.     

不同高径比时软岩强度与变形尺寸效应试验研究

对2组直径约为50mm、高径比为1～2、岩性分别为贫矿和白云石大理岩的岩石样本,通过单轴压缩试验,对其尺寸效应进行研究对比。结果表明:岩石应力-应变关系曲线的曲率随高径比的增大而增大;岩石的变形模量和弹性模量随高径比的增大而呈现非线性增大;在小高径比时岩石的破裂形式较复杂,在大高径比时,呈劈裂破坏和剪切破坏;岩石的抗压强度随高径比的增大呈增大趋势。     

石膏试样分级加载流变力学特性试验及应用

采用SAW-2000微机控制电液伺服岩石力学试验机,对自然和水饱和石膏试样开展了分级加载流变力学试验.根据流变力学试验结果,采用FLAC3D(fast lagrangian analysis of continua 3 dimension)模拟了水饱和石膏矿采空区顶板和地表沉降的蠕变规律.研究结果表明:自然和水饱和石膏试样的轴向应变和横向应变的大小取决于分级加载应力水平,且随分级加载应力水平的提高而逐渐增大;水饱和石膏试样的长期强度为其自然的长期强度的55%;自然和水饱和石膏试样的横向应变增量与轴向应变增量的比值随加载应力水平的提高而增加;石膏试样的流变力学特性曲线符合粘弹性流变特征,属于蠕变韧性破坏;石膏矿在淹井或闭坑后的半年至一年期间,是矿柱加速蠕变阶段且伴随矿柱的损伤演化直至破坏,是引发地表沉降的活跃期.     

煤体受载损伤过程能量演化规律与破坏特征试验

为研究煤体动力灾害孕育发展过程的破坏特征及其前兆信息,通过单轴压缩试验,分析了煤体受载破坏过程中的能量演化规律,对煤体失稳破坏的前兆特征进行了判识。结果表明：煤体受载破坏过程呈显著的非线性演化特征,能够判识煤体失稳破坏的临界点、失稳点与破坏点信息;煤体受载损伤不同阶段能量演化特征差异显著,进入弹性阶段后,输入能快速增加,弹性能占比呈升高趋势,耗散能变化较大,煤体失稳破坏时耗弹比呈“阶跃”式突变特征,其值从30迅速增至90;定义并计算了能量耗散率与能量释放率,该指标在煤体破坏的临界点、失稳点与破坏点同样出现了异常响应特征,破坏点处最为显著,G_d/G_e的值由20突增至100以上。受载煤体失稳破坏本质上是外界能量输入与驱动的结果,煤体能量指标能够更好地揭示试样损伤破坏过程的非线性演化特征,精细地捕捉煤体失稳破坏的前兆信息。     

单轴压缩下混合集料胶结充填体变形破坏及能耗特征分析

开展混合集料胶结充填体单轴抗压试验,研究不同粗骨料替代率下充填体试样的变形破坏模式及力学特征,并揭示试样峰前变形阶段能量分配演化规律及单轴受压破坏的能量损伤演化过程。研究结果表明：充填体试样在峰前变形阶段呈现出孔隙与裂隙二次压密的特征,且峰值应力随粗骨料替代率增大遵循二次函数增长规律,说明粗骨料替代率存在最优范围;随着粗骨料替代率不断增大,充填体试样破坏形态由贯穿剪切破坏为主向贯穿张拉破坏为主转化,且粗骨料含量越多,试样破坏越严重;充填体试样的峰前弹性应变能及单位体积应变能随粗骨料替代率的增大遵循二次函数增长规律,而耗散能及总应变能在粗骨料替代率低于最优值时随粗骨料替代率增大呈线性增长规律,超过最优值后则呈指数函数递减规律;充填体峰前变形阶段的总应变能及耗散能随应变增加呈Logistic函数形式增长规律,且峰值应变对应的能量随粗骨料替代率增大呈先增加后减小的趋势;由损伤值与能耗的演化规律可知,充填体试样受压破坏的能量损伤演化过程可划分为初始损伤、损伤增长、损伤稳定发展、损伤加速及损伤破坏5个阶段。     

不同高比灰岩-煤组合体变形破坏特征实验研究

为探究不同岩煤(高度)比的灰岩-煤组合体试样变形破坏特征,首先,对5组组合体试样进行了单轴压缩试验;其次,基于声发射系统和XTDIC三维全场应变测量系统,采集了加载全程试样声发射信号及其表面应变信息;最后,从变形场演化、回弹变形、能量耗散和声发射特征等方面,定量揭示了组合体试样的变形破坏特征。研究结果表明：随着岩煤高比增大,组合体试样单轴压缩强度和弹性模量均呈增大趋势,其破坏均发生在煤样内,由张拉破坏向拉-剪混合破坏转变,塑性破坏增强;变形局部化带首先出现在煤样原生裂纹区域,且随着裂纹的起裂、扩展而发生交汇,进而诱发煤样破坏;同时,煤样破坏导致灰岩回弹变形,随着岩煤高比增大,灰岩回弹变形量由0.042 mm递减至0.008 mm,回弹变形率由0.210%递减至0.010%,回弹变形量和回弹变形率整体呈递减趋势。随着岩煤高比增大,组合体试样峰前弹性能密度占比由98.56%递增至99.86%,外界能量转化为弹性能的能力增大,峰后弹性能转化为峰后释放能和剩余弹性能的能力增大,破坏后宏观裂纹增多且动力显现程度增大。组合体试样声发射能量率信号具有明显的时效特征,分为波动、静寂、活跃和骤增4个阶段,当组合体试样发生整体破坏时,声发射能量率信号达到最大值。     

基于单轴压缩试验的绿泥石片岩各向异性

为研究绿泥石片岩的各向异性,通过一系列室内试验分析其物质组成、微观结构,单轴压缩条件下宏、微观破坏特征及物理力学参数的变化,并揭示了其物理力学性能及力学行为各向异性的机制。研究结果表明:片理面是影响绿泥石片岩力学性质的弱面,对波速产生较大影响,使得平行片理面方向的波速为垂直片理面方向的8倍;在单轴压缩条件下,当试件片理面水平时,较之直立时更易变形,变形量更大,破坏模式为劈裂-剪切破坏,微观上呈穿晶断裂和沿晶断裂组合特征;当试件片理面直立时,破坏模式为竖向劈裂-张拉破坏,微观上呈沿晶断裂为主,所测得的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等物理力学参数分别为片理面水平时的1.9、3.5、5倍,各向异性十分明显。研究成果可为该类片岩区岩石工程设计与施工提供理论依据。     

考虑裂缝影响的页岩三轴压缩实验研究

为了探究页岩的破坏特征以及力学性质与裂缝之间的关系以及影响机理,本文采用RTR-1000岩石三轴力学测试系统对含不同裂缝（控制单一变量,使裂缝的条数、倾角、深度、填充物分别不同）页岩实施三轴实验,研究了不同裂缝形态下页岩的峰值应力、弹性模量以及破坏形式。实验结果表明：随着裂缝深度的增大,试件的弹性模量和峰值应力越小,同时破裂面与轴向应力的夹角变小;随着试件所含的的裂缝角度逐渐增大,页岩样品的弹性模量以及峰值压力的变化均表现凹型,并且随角度增大破裂面形态发生变化,当倾角为45° 时峰值应力和弹性模量降至最低;随着裂缝条数的增加,试件的弹性模量和峰值应力越小,其破坏形式为张拉和剪切破坏共存;随着裂缝充填物中方解石含量的增大,试件的弹性模量和峰值应力先减小再增大,当充填物中方解石含量为50 % 时值最小,并且岩样破坏主要是剪切破坏,随着方解石含量的增加,破裂面越容易经过填充带。     

层状砂岩静动力学特性对比

文章为研究层状砂岩在冲击荷载和静荷载作用下层状砂岩的力学特性,对层理倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°的试样进行冲击压缩实验和静力压缩实验。对2种试验的结果进行对比分析发现：随层面倾角增大,砂岩峰值强度先减小再后增大;试样冲击压缩时试样峰值强度较大;静载条件下,随角度的增大,弹性模量与强度均而先增加后减小再增加,冲击压缩时,随角度的增加,弹性模量的变化呈先增加再减小的趋势,强度的变化呈先减小后增大的“U”形;单轴压缩实验中,倾角为0°~75°试样发生剪切破坏,倾角为90°的试样发生劈裂和剪切混合破坏;冲击荷载作用下,试样在倾角0°~60°时破碎形状为块状,倾角在75°和90°时破坏形状为块状和片状混合。     

循环加卸载下饱和岩石变形破坏的损伤与能量分析

以中关铁矿深部饱水闪长岩单轴循环加卸载的室内力学试验结果为基础,结合线弹性损伤力学理论,针对饱和岩石在单轴循环加卸载作用下的变形、损伤及能耗特性进行了研究.结果表明:每一级加载与卸载过程的应力-应变曲线均呈内凹形,随着循环次数及应力水平的增加,塑性滞回曲线向应变增大的方向移动,且应变中不可恢复的变形逐渐减小;轴向应变、横向应变和体应变的绝对损伤参数与累积损伤参数均随循环次数及应力水平的增大而增大,且三者的变化趋势基本一致;能量耗散值与循环的次数近似呈线性关系,后一循环的能耗不等于前几次循环能耗之和.     

正交胶合木新型抗剪及抗拉连接耗能特性试验

连接节点是保证木结构抗震性能的重要因素,节点的耗能能力是衡量其是否适用于抗震区的重要指标。提出了适用于正交胶合木（cross laminated timber, CLT）结构的新型耗能抗剪连接节点和新型耗能抗拉连接节点,为研究该类连接节点的破坏模式及力学性能,开展了15组低周往复加载试验。试验结果表明,新型耗能连接节点试件延性系数（D）均大于9.0,满足欧洲规范Eurocode 8中对高延性节点D >6的要求,属于高延性范围;新型耗能连接节点工作阶段强度退化系数均低于20%,具备工程适用性;新型耗能连接节点工作阶段等效黏滞阻尼系数为12%~22%,普通商用连接节点等效黏滞阻尼系数为2.5%~15.8%,两类新型耗能连接节点具有较好的耗能能力。     

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.     

加轴压卸围压条件下岩石的力学特性与能量特征

利用MTS815型压力试验机进行加轴压卸围压路径下花岗岩常规三轴卸载试验,研究加轴压卸围压路径下岩石的应力-应变全过程曲线、力学性质及能量特征。采用剪胀角描述岩石的扩容特性。研究结果表明:在卸围压过程中,侧向应变与围压先呈线性关系后呈非线性关系,且其增长速率明显大于轴向应变增长速率,表现出明显的侧向扩容;变形模量随围压卸载而逐渐减小,且随着初始围压的增大而逐渐增大;泊松比随围压卸载而不断增大,同一时刻点的轴向应变增量变化量度略大于侧向应变增量变化量;剪胀角随着初始围压增大而减小;基于能量原理获得岩石应变能随着围压的卸载呈逐渐增大的规律。