煤层开采“固-气”耦合相似材料特性分析

为研究采动裂隙演化规律,选取适合的"固-气"耦合相似材料,结合岩石力学和流体力学理论,运用自行改进的单轴压力仪及渗透性测试装置,对不同材料配比所制作试件的力学及渗透特性进行研究。最终确定以砂子作为骨料,淀粉及水泥作为胶结剂,水作为溶剂,并对这种原材料组合在不同配比条件下制作试件的力学及渗透性影响因素开展试验研究,以此为依据开展"固-气"耦合物理相似模拟试验,揭示不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律。结果表明:最终确定的材料配比组合能够满足岩石力学性能的要求,较原始固相相似模拟材料及"固-气"耦合相似材料PSO(Paraffin石蜡,Sand砂子,Oil油),其渗透速度平均分别下降91.61%及68.29%;通过对新型材料制作出的试件开展力学及渗透特性影响因素试验并进行非线性回归拟合,得出相应变化趋势的拟合方程,同时得到不同淀粉含量对试件抗压强度及渗透性影响趋势的拟合方程。开展二维煤层开采物理相似模拟试验,得到采动覆岩裂隙演化及不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律,为进一步开展煤与瓦斯共采多场耦合物理相似模拟试验提供理论依据。     

类岩石材料力学特性参数多元线性回归模型

为探究多因素对类岩石材料力学特性的影响,采用正交设计方法,选取水泥含量、石膏含量、骨料粒径、冲击力、冲击次数作为影响因素,得到25组类岩石材料单轴压缩条件下抗压强度、弹性模量及容重的正交试验结果。应用方差分析获得各因素的敏感性,并运用SPSS(Statistical Package for the Social Science)对试验结果进行多元线性回归分析,研究显著因素对类岩石材料力学特性的影响规律。研究结果表明:类岩石材料抗压强度受水泥含量、石膏含量、骨料粒径、冲击力的影响显著,且随着水泥含量、石膏含量和冲击力的增加而增大,随粒径增大而减小;弹性模量受水泥含量、石膏含量、骨料粒径的影响显著,且与水泥含量、冲击力呈正线性关系,与粒径大小呈负线性关系;容重受冲击力的影响显著,并随之增加而增大。针对多因素不同水平的正交试验结果应用多元线性回归分析可以建立类岩石材料力学特性的回归方程模型,能够在一定范围内预测类岩石材料的抗压强度、弹性模量及容重,为进一步定量化开展物理模型试验奠定了基础。     

一种页岩相似材料的配制及其力学性能的研究

以地质力学模型试验的相似理论和相似材料的选择原则为基础,以砂子为骨料,石蜡为胶结剂,石膏为调节剂作为相似材料制成了一批可以模拟页岩的模型试件。该相似材料满足相似原理,且具有取材方便、经济成本低、制作工艺简单、成型时间短以及变形量大等优点。对5种不同配比下的软岩相似材料试件进行了大量的单轴、三轴试验,验证了该相似材料模拟页岩具有可行性。结果表明,该相似材料的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内聚力、内摩擦角随砂胶质量比的增大而减小,泊松比随砂胶质量比的增大而增大。该研究为进一步的模型试验提供了理论指导。     

动载下高浓度全尾砂胶结充填体的力学特性

为了研究动载下高浓度全尾砂胶结充填体(HTB)的力学性能,制备直径×长度为50 mm×25 mm的HTB试件,通过静态单轴压缩试验和分离式霍普金森杆(SHPB)单轴冲击试验,对试件的动静荷载下的力学性质进行比较,研究试件动态抗压强度、动态应变、强度增强因子、比能量吸收与平均应变率之间的关系。研究结果表明:HTB试件对弹性波传播有较强的阻尼作用;HTB试件临界破坏的平均应变率为103 s-1,最大应变率可达265 s-1;随着应变率增大,试件的动态抗压强度、动态强度增长因子、峰值应变随之增大,应变率越高,达到峰值强度历时越短;动载下HTB试件出现1~2次破坏-压实过程;在低应变率下,试件沿轴向呈现脆性劈裂破坏,在高应变率下,破坏形式为压碎破坏;随着入射能量增大,反射能、试块吸收能量及比能量吸收均呈线性增长趋势,由于波阻抗效应,透射能较小,试块具有较强的吸收和反射能特性。     

二级配骨料随机分布混凝土动态特性数值模拟

混凝土是民用、工业、安全防护等建筑中最常用的材料之一,具有抗压强度高、工艺简单、抗腐蚀性好、抗耐性优良等特点。在使用过程中,不仅要承受准静态荷载作用,还需考虑爆炸、冲击等动载荷的作用,因此有必要进行混凝土动态特性研究。利用ANSYS/LS-DYNA软件,对粗骨料粒径和体积含量不同二级配混凝土动态特性进行模拟,分析粗骨料粒径和体积含量对二级配混凝土动态特性影响规律。研究表明:随着粗骨料最大粒径的增加,二级配混凝土峰值应力呈下降趋势;随着粗骨料中间粒径和体积含量增大,二级配混凝土峰值应力均呈现先增大后减少趋势。     

超高性能水泥基复合材料的动态力学性能研究

采用60%的超细工业废渣取代水泥,采用粒径为2.5～3.0 mm的天然砂取代粒径为600 μm的磨细石英砂,并掺加了Dmax为5 、10和15 mm的粗集料,制备出抗压强度达200 MPa的超高性能水泥基复合材料(UHPCC);并采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的UHPSFRCC材料进行了一次和多次冲击压缩实验.对材料的多次冲击压缩标准化强度进行了定义,揭示出了应变率、冲击次数、冲击方式、纤维掺量影响材料抗冲击性能的规律.试验表明,UHPSFRCC抗冲击的能力随纤维掺量的增加不断提高;动态性能因掺入用作粗集料的玄武岩碎石而得到了相应的提升;动态强度随应变率的提高相应地增长;损伤程度随冲击次数的增加不断地加剧、标准化强度则相应地下降.承受多次冲击的UHPSFRCC试件随冲击次数的增加其冲击下峰值应力的下降速度也将增大.     

骨料粒径对混凝土力学性能影响研究

为研究粗骨料平均粒径对混凝土力学性能的影响,利用MTS试验机进行了M40、M80和M110砂浆及对应不同粗骨料粒径混凝土的准静态压缩与劈裂试验,获得了各试件的准静态压缩应力-应变曲线和劈裂应力-时间曲线,分析了粗骨料粒径对不同等级混凝土的影响程度,并借助双因素方差分析方法研究了砂浆抗压强度和骨料粒径对混凝土抗压强度的影响程度.结果表明:随着粗骨料粒径的增加,混凝土的抗压强度、杨氏模量和抗拉强度具有相似的变化趋势,即呈现出先增大后减小的趋势,粗骨料粒径对混凝土抗压强度的影响随着砂浆强度的增加而变大,对杨氏模量的影响却随着砂浆强度增大而减小;砂浆抗压强度对混凝土压缩强度的影响程度要大于骨料粒径.      

不同骨料粒径在不同浆膜厚度下的透水混凝土试验

采用2～10 mm、10～13. 2 mm、13. 2～16 mm的骨料粒径分别在骨料表面浆膜厚度为0. 4 mm、0. 5 mm、0. 6 mm的情况下进行透水混凝土性能的研究。试验发现:透水混凝土内部骨料表面在相同浆膜厚度下,随着骨料粒径不断增大,其有效孔隙率的增大并不明显,且不同骨料粒径试样的28 d平均抗压强度值变化幅度相差不大;随着骨料表面的浆膜厚度增加到后期,相同骨料粒径的透水混凝土抗压强度增加幅度不大,而浆膜厚度为0. 4～0. 5 mm时其抗压强度增加值较明显;当骨料表面的浆膜厚度较薄时,试样透水系数的增大趋势随着骨料粒径前期的增大比后期更快;而当浆膜厚度更厚时,不同骨料粒径试样的透水系数增大趋势较均匀。     

深部砂岩动态冲击破坏的力学特性研究

为了研究深部砂岩在热-水-力耦合作用下的动力学特性,利用自主研发的热-水-力耦合三轴岩土体动态冲击力学试验系统,分析了动态冲击下深部砂岩的力学参数并从能量的角度描述其破坏形态。研究结果表明:在具有主动围压、轴压、渗透水压及温度的耦合作用下,冲击气压增大时,深部砂岩的应力-应变曲线的峰值应力随之增大;深部砂岩的峰值应力与应变率变化表现出明显的正相关性,具体表现为随着应变率的增大,峰值应力不断增大;随着冲击气压的增大,破碎程度不断加大,深部砂岩的破坏形态向压剪破坏过渡和发展,岩石试件的破坏形态呈脆性向延性转变的趋势。试验结果可以为深部砂岩在实际爆破工程中提供参数支撑。     

相似材料极限密度及抗压强度稳定性分析

为研究相似材料极限密度和抗压强度稳定性,选取沙子为骨料,水泥为胶结剂,大白粉为调节剂,水为溶剂,以冲击载荷和冲击次数作为影响变量,在特定配比下通过称重和理论计算的方法对填料密度和影响抗压强度稳定性的因素进行了探讨,对饱和点进行了定义。结果表明:随着冲击次数的增加,填料量变化率逐渐减小,随着冲击载荷在100～700 kg范围内的增加,填料量呈线性增加;随着冲击次数的增加,填料密度变化率逐渐减小,当冲击载荷越大,饱和点出现时对应的冲击次数越小,饱和点曲线符合指数函数变化,利用其拟合关系得出极限密度为2. 042 g/cm3;随着冲击次数的增加,抗压强度变化曲线在四、五、六和七等级时的变化率无明显减小,随着冲击载荷在100～700 kg的增加,抗压强度呈线性变化。为提高相似材料抗压强度的稳定性,当填料量越大时,越应控制冲击载荷和冲击次数来制作试件。     

再生块体混凝土的单轴受压试验

首先,将抗压强度分别为26.7,45.0,87.6 MPa的3种旧混凝土块体与普通商品混凝土进行混合浇筑,制作18个再生块体混凝土立方体试件和18个棱柱体试件.然后,进行立方体试件和棱柱体试件的单轴受压试验,研究旧混凝土的取代率及新旧混凝土的抗压强度差对再生块体混凝土受压力学性能的影响.结果表明:在添加低抗压强度(26.7,45.0 MPa)旧混凝土的试件中,新旧混凝土结合良好,界面难以辨别;在添加较高抗压强度(87.6 MPa)旧混凝土的棱柱体试件中,新旧混凝土的结合界面出现分离现象;试件的破坏形态似2个对顶的角锥形状;在新旧混凝土抗压强度差不变的情况下,再生块体混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变随旧混凝土取代率的增加而降低,取代率对抗压强度影响较大,但对弹性模量、峰值应变的影响较小;在新旧混凝土抗压强度差不同、取代率相同的情况下,随着旧混凝土块体抗压强度的增大,再生块体混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变均呈一定的上升趋势;再生块体混凝土的泊松比变化不明显,平均值约为0.212.     

影响再生骨料透水性混凝土性能各因素的实验分析

试验研究了再生粗骨料的粒径、水灰比、骨灰比和砂率四种因素对再生骨料透水性混凝土的抗压强度、有效孔隙率和透水系数三种性能指标的影响规律.结果表明：抗压强度随着骨料的粒径、水灰比和砂率的增加而增大,随着骨灰比的增大而降低;有效孔隙率随着骨灰比的增大而增大,随着粒径、砂率的增大而减小,随着水灰比的逐渐增大呈现先上升后下降的趋势;各因素对透水系数的影响与对有效孔隙率的影响规律是一样的.     

橡胶轻骨料混凝土阻尼性能试验

为了定量描述橡胶颗粒对轻集料混凝土阻尼性能的影响规律,以橡胶颗粒替代率为主要参数,自行设计了悬臂梁试件,分析不同龄期时橡胶轻骨料混凝土立方体抗压强度随橡胶颗粒替代率的变化规律。考虑到混凝土在服役过程中普遍存在损伤的实际情况,采用自由衰减法分别测试橡胶轻骨料混凝土悬臂梁在不同橡胶颗粒替代率和不同损伤程度时的基本频率和阻尼比演化规律,分析橡胶颗粒对橡胶轻骨料混凝土阻尼性能的影响规律和作用机理,建立橡胶轻骨料混凝土悬臂梁阻尼比、损伤指数和橡胶颗粒替代率间的相关关系。研究结果表明:随着橡胶颗粒替代率的增大,橡胶轻骨料混凝土立方体抗压强度不断降低;相同损伤程度时,随着橡胶颗粒替代率的增大,橡胶轻骨料混凝土悬臂梁阻尼比不断增大;相同橡胶颗粒替代率时,随着损伤控制位移的增大,橡胶轻骨料混凝土悬臂梁阻尼比先增大后减小,损伤控制位移达到30mm时,各橡胶颗粒替代率下的橡胶轻骨料混凝土悬臂梁阻尼比均达到最大值;随着位移角增大,橡胶轻骨料混凝土悬臂梁弯曲动刚度损伤指数不断增大;随着损伤指数的增大,不同橡胶颗粒替代率的橡胶轻骨料混凝土阻尼比均呈现先增大后减小趋势,峰值阻尼比对应的损伤指数为0.60~0.75,掺橡胶颗粒试样的峰值阻尼比均大于未掺橡胶颗粒试样。研究成果可为橡胶轻骨料混凝土结构设计及动力性能分析提供理论基础。     

再生细骨料残余浆体对混凝土流变性和强度的影响

文章开展再生细骨料残余浆体的定量表征实验、混凝土常规工作性能试验、流变性能试验和力学性能试验,研究不同残余浆体质量分数对再生细骨料混凝土流变性能和力学性能的影响。研究发现,再生骨料表面残余浆体的去除可以明显改善其基本性能,再生细骨料的使用会使新拌混凝土的坍落度和扩展度损失加快,屈服应力增大,塑性黏度降低。随着再生细骨料残余浆体质量分数的减少,用其制备出的再生混凝土的抗压强度和劈裂抗拉随之增大。当浆体质量分数为14.9%时,骨料水泥界面过渡区粘结紧密,再生细骨料混凝土的28 d抗压强度和劈裂抗拉强度分别为28.50、2.30 MPa,约为普通混凝土的89%、77%,表明较低残余浆体质量分数的再生细骨料可取代天然砂应用于混凝土中。     

沙粒粒径对TC4钛合金冲击界面损伤行为的影响

在新型冲击磨损试验机上考察了沙粒粒径(120~380μm)对TC4钛合金冲击损伤行为的影响,研究了不同沙粒环境下TC4钛合金的冲击磨损机制及其界面响应.结果表明:沙粒对TC4钛合金的冲击磨损行为影响显著,TC4钛合金在冲击过程中会出现沙粒破碎并堆积在钛合金表面,使其磨损表面明显增高;随着砂粒粒径不断增大,冲击力峰值显著减小,冲击接触时间变长,界面能量吸收率明显提高,磨损面积明显增大;随着冲击次数增加,冲击力峰值下降,界面能量吸收率提高,磨损表面的材料堆积体积逐渐增大.在沙粒的冲击作用下,TC4合金的冲击磨损机制主要表现为沙粒对材料的切削和磨屑在界面的堆积.     

多孔隙珊瑚生态混凝土配合比试验研究

针对南海工程建设中资源短缺问题选用当地天然珊瑚材料,进行生态混凝土的制备.研究珊瑚骨料、水灰比、砂等因素对多孔隙珊瑚混凝土抗压强度的影响.试验结果表明:抗压强度随着珊瑚骨料含量、珊瑚砂含量、水灰比的增大表现出先增大后减小的规律且与一定范围内水泥用量成正比;在保证孔隙率的条件下,珊瑚骨料用量、砂用量、水灰比分别为1450...     

再生骨料无砂透水混凝土抗冻性能试验研究

本试验对再生骨料无砂透水混凝土的抗冻性能和透水性能进行了研究.试验结果表明:经25次快速冻融循环后,随着孔隙率和水灰比的增大,再生骨料无砂透水混凝土的抗压强度损失率、透水系数也随着增大,质量损失率在水灰比为0.35孔隙率为20%时最大.当水灰比为0.35,孔隙率为15%时,再生骨料无砂透水混凝土的综合性能最好,抗压强度为25MPa,透水系数为4.38mm·s-1,冻融质量损失率为1.08%,抗压强度损失率为5.93%,符合再生骨料透水混凝土抗冻性要求.     

自密实轻骨料混凝土抗离析性控制与试验方法

轻骨料混凝土容易出现因轻骨料上浮而导致的混凝土离析现象,严重影响混凝土质量.通过对混凝土基体中骨料的受力和运动状态进行分析,研究了影响混凝土骨料上浮和下沉的主要因素.并在此基础上,结合普通自密实混凝土和轻骨料混凝土的配合比设计方法,设计了2种28d抗压强度分别为42.6MPa和50.1MPa的自密实轻骨料混凝土,通过湿筛试验、粗骨料分层试验、试件断面切片试验以及观察的方法验证了所设计的自密实轻骨料混凝土具有良好的抗离析性能.     

深埋隧硐模型试验相似材料配比的多元回归分析

为研究深埋岩体相似材料影响因素的显著性,以确定相似材料配比的多元回归方程,采取正交试验方法,选取传统相似材料配比方案中砂胶比(A)、胶结材料石灰含量(B)、胶结材料石膏含量(C)和云母含量(D)为试验因素,同时设置空列为误差列以考虑试验误差的影响,通过单轴抗压和直剪试验等物理试验得到试件的内摩擦角、抗压强度、抗拉强度和粘聚力等物理力学指标,通过极差法求出各因素各水平均值极差,通过分析得出影响规律,即随着试验因素胶结材料(B)的石灰含量增大,相似材料内摩擦角、粘聚力、抗拉强度和抗压强度显著增大,而随着因素砂胶比(A)的减少,相似材料密度与内摩擦角显著减小。通过方差法将各因素影响参数大小进行量化,获得了各因素影响参数贡献率,其中,试验因素胶结材料中的石灰含量(B)对试件内摩擦角、抗拉强度、抗压强度和粘聚力影响贡献率最大,依次为59.1%、53.7%、53.4%和48.3%,表明试验因素胶结材料中的石灰含量(B)对试件内摩擦角、抗拉强度、抗压强度和粘聚力起到主要控制作用,而试验因素砂胶比(A)对试件的密度和粘聚力影响贡献率最大,依次为77.4%和42.0%,表明试验因素砂胶比(A)对试件的密度和粘聚力起到显著控制作用。最后根据各因素对相似材料力学参数影响的贡献率,选取具有显著控制作用的影响因素进行多元回归分析,得到了可用于试验配比的多元回归方程。     

高温后混凝土动态力学性能时间效应试验

采用ANSYS软件模拟C60混凝土试件加热过程中的温度场,确定不同温度组试件的加热时间.利用高温SHPB试验装置进行不同加热长的高温后混凝土冲击压缩试验,分析了高温和加热时间对混凝土动态压缩力学性能的影响.结果表明:经历高温后且不同加热时间的混凝土材料,在自然冷却后表现出明显的温度软化效应和时间效应;在不同高温后,随着加热温度的升高混凝土动态抗压强度逐渐减小,峰值应变先增大而后略微降低且始终大于室温条件下的峰值应变;在相同温度且不同加热时间的条件下,混凝土随着加热时间的增加,其动态抗压强度不断降低,峰值应变总体上先增大后减小,弹性模量减小.