一种岩石平面应变装置的研制和应用

研制了一种刚性岩石平面应变实验装置,其自行设计制作的侧向加力器不仅能施加需要的围压,而且能在实验过程中动态监控围压的变化．测试表明,对杨氏模量在17.4GPa以下的岩石,该装置能较好地模拟平面应变的条件,具有较好的实用性．     

探析砂岩在轴对称条件下的分叉

不同应力状态下岩石材料的失稳断裂破坏一直是岩石力学与工程研究的重点。本文在对岩石进行平面应变、常规三轴基础上,采用非线性分叉理论对岩石在断裂失稳过程中的局部化分叉进行了研究。根据许多岩石工程处于平面应变状态的实际情况,自行研制了岩石平面应变仪,进行岩石平面应变实验,并将平面应变实验结果和常规三轴实验结果进行比较;为研究岩石材料弹性模量的应力敏感性,进行不同围压和不同应力水平下岩石的加卸荷循环实验;根据岩石的平面应变和常规三轴实验结果．建立不同应力状态下岩石非关联弹塑性本构模型,应用变形分又理论的声张量法推导了不同应力状态下的分叉条件。     

岩石全程应力——应变曲线测试的新设备(FM型刚性试验装置)

本文扼要地介绍了安装于普通压力试验机上的FM型刚性试验装置。该装置由热加载系统和刚性支承系统所组成。试验时利用原试验机上的液压系统对试件进行预加载,而最终的位移由热加载系统中钢柱的热膨胀取得。由于刚性支承系统的过栽保护作用,试件达到强度极限后,可以得到稳定缓慢的破坏,从而可以得到岩石的全程应力——应变曲线。本装置结构简单,造价低廉。在普通试验机上附加一套FM型刚性试验装置即可构成刚性试验系统,可收一机多用的效益。本文介绍了利用FM型刚性试验装置对四种岩石试件试验的结果。     

混凝土多轴性能试验装置

在5000kN压力机的基础上研制了一套混凝土多轴性能试验装置。该装置可进行平面应力平面应变以及一般三轴荷载等不同应力组合的混凝土强度和变形试验,并可适应多种试件形式。     

不同应力状态下弹塑性材料动态起裂韧度的实验研究

由一维实验原理，利用冲击拉伸实验装置对周边切口的Lyl2cz铝合金短圆柱试件进行冲击拉伸加载，并推广Rice远场J积分公式，由试件两端的平均载荷—相对位移曲线来计算J积分，用起裂点处的J积分来表征弹塑性材料的动态起裂韧度JID，初步形成了一套平面应变型弹塑性材料动态起裂韧度的表征与测试方法．实验所获得的动态起裂韧度JID是与试件尺寸无关的材料常数，且比平面应力状态下的动态起裂韧度低，结果的离散性也很小．实验结果表明，该实验和测试方法比较合理可靠．     

用理想平面应变试件直接测定延性材料K_(IC)方法的研究

推荐三种理想平面应变试件,介绍了用这三种试件直接测定延性材料K_(IC)方法.     

岩石变形参数测试装置

本装置与应变仪配套使用,可对岩石、煤、水泥、石膏、相似材料等各种试件的纵向和横向变形进行检测,并能自动连续绘制出上述试件的应力—应变曲线,它是一种测试单向压缩条件下试件变形参数的新型装置。     

温度对岩石类材料断裂性能的影响研究

根据CCCD-SHPB测试原理,利用平台巴西圆盘研究温度对岩石类材料断裂性能的影响,实验过程中通过控制加载脉冲,使得测试试件的加载速率基本一致,仅改变试件测试的环境温度.根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法,在SHPB装置上完成岩石类材料的动态断裂韧度随温度变化的测试,获得了不同温度下中心裂纹巴西圆盘岩石试件的动态断裂韧度.     

岩石类材料损伤局部化分叉

为获得弹塑性变形时破坏失稳的损伤效应,假定岩石类材料各向同性损伤,将损伤变量与加卸载函数引入不连续分叉方法,考虑损伤时的刚度退化和体积扩容,推导出材料损伤失稳时的最大硬化模量和局部化方向角及其与损伤程度和初始泊松比的关系,在平面应力与应变条件下对单轴拉伸压缩试件的分叉失稳进行对比分析.结果表明:局部化方向角与最大硬化模量依赖于材料的初始泊松比与损伤程度;平面应力或应变时,拉伸与压缩得到的局部化方位角之和为90°,最大硬化模量可分为平面应力与应变条件两种,与单轴拉伸或压缩条件无关.     

不同围压下砂岩剪切面倾角的实验研究

利用自行研制的岩石平面应变装置和MTS实验系统进行了不同围压下砂岩的平面应变、拉伸和常规三轴压缩实验,测量了不同围压下砂岩的剪切破坏面倾角,与基于Mohr理论的预测进行了对比,给出了计算内摩擦角和剪切面倾角的一般步骤,得出了低围压下砂岩的剪切破坏面倾角随围压的增加而减小的结论.     

沿应变路径准静态加载时混凝土的极限状态现象

为了研究混凝土的力学行为,利用电液伺服系统实验机对立方体试块沿着应变空间中的偏平面压缩路径进行了三轴加载试验.试验结果表明:混凝土材料在应力空间中存在有一个极限状态曲面,当沿着应变路径进行加载时,应力状态点的运动轨迹最后总是汇集到该曲面上,极限状态曲面与应力空间中的破坏面重合.在平均应力p与广义剪应力q构成的直角坐标系中,p轴上存在两个临界值,把p轴划分成低压区、中压区和高压区.当应变路径起点对应的p在同一区内时,p-q曲线彼此相似,在不同区时曲线有一定差异.极限状态现象可能引导研究者建立起一种混凝土特有的新的本构关系理论框架.     

核电站内压直管道在位移控制下的棘轮效应

研究核电站直管道在恒定内压和循环位移作用下的棘轮效应,分析了内压、循环位移和多步载荷对内压管道棘轮应变的影响.结果表明:最大棘轮应变发生在直管的环向方向,轴向棘轮应变与环向棘轮应变相比小得多.在相同内压下,棘轮应变随着循环位移的增大而增大;在相同位移下,棘轮应变随内压的增大而增大.采用多步加载时,前一步棘轮变形会降低后一步应有的棘轮应变率,尤其前一步具有较大的位移作用下发生棘轮应变后,这种现象十分明显.根据直管试验装置特点,确定了内压直管在位移控制下的棘轮边界.     

中型动三轴仪研制及微小应变测试技术应用

常规土工三轴仪测试精度较低.为提高试验精度,引进微小应变测试技术,即在三轴压力室增设内置力、局部位移和非接触位移等测试装置,研制了中型动三轴仪.这不仅可以排除试样端垫误差,而且使试验精度提高了1个数量级,即轴向应变接近10-6.用该三轴仪,并综合运用力控和位移控制方法进行了动剪切模量和阻尼比试验.试验结果证明,该三轴仪具有精度高、性能稳定及操作简便等优点,可用于研究各种粗粒土的动力特性.     

XAGT-1型真三轴压力室结构完善和饱和砂土真三轴试验

介绍了西安理工大学开发的XAGT-1型真三轴仪。分析了该仪器在进行砂土真三轴试验过程中存在的问题,并提出了相应的完善措施。介绍了使用该仪器所进行的砂土的不同b值的应力路径试验。从试验结果发现,固结围压较低时,随着中主应力比增大,广义剪应力与广义剪应变曲线有硬化型逐渐转化为软化型;π平面上饱和砂土的破坏曲线轨迹比较接近于松冈—中井准则。固结围压较小时,随着中主应力比增大,强度试验点与松冈—中井准则的差异逐渐增大,固结围压较大时,达到200 kPa时,强度试验点与松冈—中井准则基本一致。     

温度对采动作用下含瓦斯原煤力学和变形的影响

以原煤为研究对象,利用"含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置",开展温度对采动作用下含瓦斯煤力学特性的影响研究.研究表明:1)在相同初始围压、气压和温度下,与恒定围压相比,卸围压煤样屈服段缩短,峰值应力和对应的轴向应变降低,横向应变速率增大,侧向膨胀系数和变形模量的演化进程加速;2)在相同初始围压和气压下,随温度升高,卸围压煤样强度降低,峰值应力处各应变均减小,侧向膨胀系数和变形模量均增大;3)高温环境下,煤岩发生失稳破坏和瓦斯突出的危险性变大,对采煤工作面巷道支护和瓦斯突出防治提出了更高的要求.     

I型裂纹失稳扩展的临界力学条件

本文考虑了裂纹前端塑性区的影响,首次建立了I型裂纹在平面应力和平面应变条件下失稳扩展的能量解析式,并由变分法确定了裂纹的临界尺寸。结果表明,当 或 时,裂纹失稳扩展。讨论表明,裂纹扩展能量随着裂纹尺寸的增加而呈现出先增加后减少的趋势,在临界裂纹尺寸处取得最大值;平面应力条件下裂纹扩展能量高于平面应变条件下裂纹扩展能量;临界裂纹尺寸随外加应力和裂纹张开位移的增大而减少,且平面应力条件下临界裂纹尺寸比平面应变条件下临界裂纹尺寸大。     

SrTiO_3薄膜的掠入射X射线衍射研究

采用掠入射X射线衍射技术研究了外延SrTiO3薄膜面内晶格应变随着深度的分布.研究发现不管是较薄的还是较厚的薄膜其面内晶格应变随深度的分布都不是连续变化的,而是可以分为三个区域,即表面区、应变驰豫区、界面区.     

穿越走滑断层埋地管道应变特性的试验研究

穿越断层的埋地管道在地震等外力作用下会发生屈曲、断裂等破坏,研究走滑断层作用下埋地管道的应变特性,对管道工程的设计和防护等具有重要意义.借助前期设计的场地变形组合试验装置,针对走滑断层的作用特点,模拟穿越此断层的埋地管道受力情况,测得随断层错动管道的应变分布及管道周边土体压力变化,分析管径变化对应变和管周土压力的影响,得出管道变形区域的范围.试验结果表明:断层面附近的管道在断层走滑错动过程中受到轴向拉力或压力的作用,其变形沿断层面与管道交点近似呈中心对称;距离断层较远的管道随土体一起运动,不会产生变形,即管道变形在断层附近的一定区域内;管径越大,受断层运动影响的管道变形区域越小;随断层错动位移量的增大,断层附近管道周围土压力和管道的轴向应变都增大,且随管道直径的增大管周土压力和轴向应变减少.     

商品混凝土收缩应力试验研究

针对商品混凝土早期弹性模量是个变量,难以通过测其收缩应变直接得出收缩应力这一问题,提出了收缩应力的计算方法.通过量测81个配筋试件和素混凝土试件,从拆模起到180 d龄期内的收缩值,得到其各自的收缩应变.素混凝土试件可以自由收缩;配筋试件由于钢筋的约束,不能自由收缩,导致配筋试件比素混凝土试件收缩应变要小.利用配筋试件与素混凝土试件的收缩应变差值和钢筋混凝土间的拉压平衡条件,推导给出商品混凝土收缩应力计算公式和收缩应力时随曲线,并对收缩应力的影响因素进行了分析.