EPS轻质混凝土饱水软化后的强度与变形特征*

与普通混凝土类似,聚苯颗粒混凝土遇水有也表现出软化效应,导致强度和刚度参数下降,为此,基于饱水软化试验,对不同干密度聚苯颗粒混凝土饱水72小时后进行了强度试验,结果表明：聚苯颗粒混凝土的软化系数在0.8附近及其以上,接近于耐水性材料。饱水或干燥时,应变在1%~2%范围内时变形以弹性变形为主,且峰值强度在3%附近。当应变在2%以前,饱水前后应力-应变曲线较为接近,表明在弹性阶段饱水前后力学性质较为接近,2%应变以后,表现为峰值强度下降,割线模量降低。     

不同饱水度下红砂岩动静态力学试验

基于φ100 mm SHPB试验平台和液压伺服试验机,对4种饱水度下红砂岩进行动、静态压缩试验,探究了饱水度对岩石强度、峰值应变、峰值模量及应变率效应的影响规律,并从细观角度对实验结论进行分析,得出:饱水度对岩石强度的影响存在临界值S_l,饱水度小于临界值S_l时,强度随饱水度的增加而线性降低,当饱水度达到S_l后,随着饱水度的增大,岩石强度的变化幅度非常小;峰值应变在饱水度为0.42时出现极小值,动态试验条件下的峰值应变对饱水度更为敏感;峰值模量随饱水度的增大而线性减小;从细观角度探究饱水度对峰值模量的影响,应主要把握3个关键参数:矿物颗粒和粒间胶结物的受力能力、协调变形能力以及孔隙发育程度;随着饱水度的增大,岩石力学性质的应变率效应越来越明显。其中,饱水度对岩石强度应变率效应因子影响最大,对峰值应变应变率效应因子影响次之,对峰值模量应变率效应因子影响最小。     

含水岩石动态抗压强度与微观机制

通过选取云南迪庆某地区红砂岩进行不同含水状态和不同脉冲强度下的SHPB试验和SEM试验,分别从宏观和微观角度研究含水岩石的动态强度特性及其破坏机制。结果表明:静态或动态单轴压缩时,随着含水率的升高,岩石的强度均降低;根据SHPB试验中的应力-应变全过程曲线,含水试样体积压缩变形明显,具有较高的峰值应变,峰后有应变软化特征,而干燥试样具有较高的峰值强度,峰后应力迅速跌落;根据各试样的动态抗压强度变化曲线,相同脉冲强度下试样的抗压强度随含水率的增加而降低,而相同含水状态时的抗压强度随脉冲强度的增加而增大;根据SEM图像,饱水试样颗粒结构疏松而干燥试样颗粒结构致密,冲击破坏机制饱水试样以初始微裂纹破裂和矿物边界或物相边界破裂为主,破坏时的动态抗压强度较低,而干燥试样还包括矿物颗粒直接剪断破裂,因此破坏强度较高。     

深埋隧洞饱和原状Q2黄土三轴剪切特性试验

为进一步探讨饱和原状Q₂黄土在三轴应力状态下的变形、孔隙水压力变化以及强度特性,利用GDS多功能三轴仪,对甘肃引洮输水工程15^#隧洞原状黄土进行了常规三轴不排水剪切试验.通过对试验数据的整理与分析发现:在常规三轴不排水剪切试验下,原状Q₂黄土的应力-应变曲线呈应变软化型,表现为脆性破坏;随着围压的增大,曲线的软化性状减弱;在土的峰值强度出现前,变形几乎近似"弹性".土在剪切过程中产生正孔隙水压力,曲线在低围压下具有峰值压力,变化似软化型;在高围压下孔隙水压力随着轴向应变的增加而增大.随着围压的增大,原状Q₂黄土的破坏应力随之提高,有效应力路径曲线形态呈相似的直线形.     

纳米再生骨料混凝土的动态力学性能试验研究

对再生混凝土以及经过1%~2%的纳米SiO_2或纳米CaCO_3改性的再生混凝土进行了霍普金森压杆(SHPB)的冲击对比试验研究.试验研究不同纳米颗粒及其不同掺量对再生混凝土高应变率作用下动态强度,动态增长因子(DIF),峰值应变,冲击韧性等力学性能的影响.试验结果表明,动态冲击荷载下纳米改性再生混凝土普遍具有比未添加纳米颗粒的再生混凝土更高的冲击强度,然而当纳米颗粒含量从1%增加到2%时,纳米SiO_2及纳米CaCO_3改性的再生混凝土受冲击强度均有所降低.相同掺量时,纳米SiO_2对受冲击强度的提高效果比纳米CaCO_3更为明显,掺入1%纳米SiO_2的再生混凝土具有最高的受冲击强度.纳米CaCO_3则表现为更有效地提高了再生混凝土的冲击韧性和变形能力.纳米改性再生混凝土均呈现出比未添加纳米材料的再生混凝土低的应变率敏感性.     

水-动力耦合作用下红砂岩动态强度及破坏机理

为探究水化学损伤下红砂岩的动态强度和破坏机理,通过自然、干燥和饱水红砂岩试样的静态单轴压缩和动态单轴冲击试验,结合岩石碎块的电镜扫描(SEM)图像,分析了不同含水状态和应变率荷载等级下岩石的强度特性,并基于损伤断裂理论分析了含水岩石微裂纹起裂和扩展机理.试验结果表明:红砂岩试样动态抗压强度随含水率的增加而降低,随应变率的增加而增大,饱水试样具有显著的应变率效应;冲击荷载下,饱水试样应力-应变曲线具有显著的体积压缩现象,峰值应变最大,塑性变形明显,而干燥试样弹性变形最大,峰前塑性变形最小;受孔隙水影响,饱水试样颗粒结构疏松多孔,胶结物质被溶蚀而使胶结作用弱化.根据最大周向正应力理论,对含水岩石的微裂纹起裂条件和扩展方向进行了讨论,并对裂尖的动态应力强度因子进行了修正.     

堆石颗粒浸水破碎引起堆石料湿化变形研究

为研究堆石料的湿化变形,首先通过室内颗粒破碎试验分析了粒径对岩石颗粒强度和软化系数的影响;然后依据散粒集合体应力与应变张量表达式和岩石颗粒的软化系数,建立了饱和与干燥试样的应力-应变转换关系,结合双线法预测了堆石料的湿化变形;最后通过算例分析了该方法的有效性.结果表明：浸水湿化会降低岩石颗粒的强度,饱和与干燥玄武岩颗粒的强度均服从Weibull分布;颗粒特征强度随粒径的增加而降低,但是Weibull模量和颗粒的软化系数没有明显的粒径相关性.堆石料饱和与干燥试样的应力-应变关系可通过岩石颗粒软化系数进行变换;由饱和试样的应力-应变关系和岩石颗粒软化系数可估算堆石料浸水后因颗粒破碎引起的湿化变形.算例中预测结果与试验结果整体比较接近,表明岩石颗粒浸水后强度降低导致的颗粒破碎是堆石料产生湿化变形的主要原因.     

干湿循环对橡胶颗粒稳定轻质土的单轴抗压特性研究

通过无侧限抗压强度试验,研究了干湿循环条件下橡胶颗粒稳定轻质土在单轴压力作用下的变形特性及和强度特性,得到了应力-应变曲线与干湿循环次数、橡胶颗粒掺量的关系。无侧限抗压强度试验结果表明：橡胶颗粒稳定轻质土的应力-应变曲线为软化型,可以被概括为压密、弹性变形、应变软化3个特征阶段。橡胶颗粒稳定轻质土的弹性模量、无侧限抗压强度均随着循环次数的增多逐渐降低,在橡胶颗粒含量大于30%后,受干湿循环影响逐渐减小。基于试验数据建立了橡胶颗粒稳定轻质土的强度预测模型,可以对不同掺量橡胶颗粒稳定轻质土在干湿循环作用下的无侧限抗压强度进行准确预测。     

胶粉对聚苯颗粒砂浆性能的影响

目的研究掺加不同类型可再分散乳胶粉和掺量对聚苯颗粒保温砂浆力学性能、干密度、导热系数及软化系数的影响.方法采用水灰质量比为0.6,水泥与粉煤灰质量比为7∶3,胶体材料与聚苯颗粒体积比为1∶6,分析通过改变胶粉类型及控制掺量,聚苯颗粒保温砂浆的各项性能.结果在掺量为2%时,胶粉O、P、M的掺入与控制样本(未掺加胶粉)相比抗压强度值分别提高了36.25%、128.75%和175.31%,抗折强度分别提高了50%、61.25%、77.50%,拉伸粘结强度均超过了0.05 MPa.材料的保温性能和耐久性在掺量达到4%时,达到理想效果.结论胶粉的掺入均能不同程度的改善聚苯颗粒保温砂浆材料的力学性能、保温性能及耐久性能;普通胶粉(胶粉O)在低掺量(掺量低于2%)情况下,对聚苯颗粒保温材料抗压强度改善效果较为不明显,但对聚苯颗粒保温材料抗折强度却有很大程度的提高;胶粉的掺入会影响聚苯颗粒保温材料内部开口孔和闭合孔形成的数目比例的变化,进而影响聚苯颗粒保温砂浆保温性及耐久性.     

南京地区粉土的不排水三轴压缩试验

通过全自动三轴仪进行了南京地区粉土的三轴不排水的试验,研究了围压和干密度对应力-应变曲线、孔隙水压力曲线和有效主应力比曲线的影响.试验表明:高围压状态下粉土试样呈现出弱应变软化型,而低围压状态下呈现出应变稳定型;低围压下试样在加载初期产生正孔隙水压力,随后产生负孔隙水压力,其后基本保持稳定;干密度越大,主应力差峰值越大,表现出较大的剪胀性,孔隙水压力易出现负孔隙水压力;干密度值较高时,土样处于密实状态,表现出剪胀特性,有效主应力比-应变曲线近于应变软化型;围压较低、干密度较大时,试样易表现出软化特征,试样出现剪切带破坏,强度明显下降.     

颗粒混凝土冲击压缩动态力学特性试验研究

颗粒混凝土材料在建筑结构中应用比较常见,但其冲击下的动力学性能研究欠缺.为得到颗粒混凝土的动力学特性,借助MTS实验机得出其静力学强度,其后使用直径为75 mm SHPB系统对颗粒混凝土试样做了多种加载速度下的冲击试验.结果表明,颗粒混凝土试样的毁坏模式是非脆性碎裂,呈现出延性特点;随着冲击速度的增大,破坏后的形状由试样被压扁(形态基本完整,表现出明显的可压缩性)过渡到絮状.应变率在103.88～464.71 s^-1时,试样的峰值应力随着应变率的变大而增大,表现出明显的应变率效应.根据实验现象和实验数据进行分析,推导建立了颗粒混凝土峰值应力前和峰值应力后应力-应变的等效本构方程,将实验数据与拟合数据进行对比,具有较为明显的一致性,验证了本构方程的准确性.     

灰岩加载力学特性及渐进破坏试验研究

以武隆鸡尾山滑坡滑体灰岩为研究对象,基于室内常规岩石力学试验,探讨了饱水与风干岩样的物理力学特性及其对高边坡稳定的影响机制,研究了灰岩渐进破坏过程中裂纹应变随加载的变化情况。试验结果表明,与风干试样相比,饱水试样的峰值强度和弹性模量较低,而泊松比较高,表现出较强的软化性;试样的裂纹起裂应力较低,而裂纹破坏应力较高。研究表明在岩质高边坡稳定性早期识别分析时,计算参数和稳定性判据的选取尤为关键,应引起足够的重视。     

环氧基形状记忆聚合物超弹-黏弹性本构及大应变率相关性

为探讨环氧基形状记忆聚合物(ESMP)在大应变状态下由材料超弹-黏弹性引起的应力软化-刚化效应及率相关特性,针对玻璃化转变温度(T_g)附近ESMP在发生大变形时表现出的应力软化和刚化效应进行力学本构方程及其试验研究.利用2阶多项式的超弹性本构方程替换广义Maxwell模型中的线弹性胡克定律以考虑大应变条件下材料的刚化效应,构造出超弹-黏弹性本构方程,并在真应变速率恒定的条件下推导出具有解析表达式、便于工程应用的材料参数测定公式;采用分段线性位移曲线逼近指数变化位移曲线,在温度高于T_g点的橡胶态及低于T_g点7℃的状态下,分组进行不同应变率的ESMP单轴拉伸试验;利用试验数据拟合得到推导本构方程的材料参数,并对其相应的拉伸试验进行数值模拟,试验结果与模拟结果较为吻合.结果表明:ESMP具备明显的率相关特性;随着应变速率的增大,ESMP的软化效应及刚化效应有所增强;应变速率大的切线模量总是大于应变速率小的切线模量.     

涌水隧道支护对围岩力学性质的影响

以宜万铁路堡镇隧道为工程背景,首先对高地应力大变形段中所揭示的软弱围岩不同饱水状态下的单轴试验方案进行设计,进行单向应力状态下岩石力学性质测试,探讨饱水状态对软岩强度和峰后体积应变的影响规律;然后,根据试验结果和现场监测数据,对饱水时间1月的岩石试件进行了低围压(0.2,0.4,0.6,0.8和1.0MPa)条件下的三轴压缩试验,研究围压对软岩强度和体积应变的影响规律;最后,提出隧道二次衬砌的作用时机。研究结果表明:当堡镇隧道大变形段围岩变形量达到总变形量的70%时,适宜施作二衬。     

自然与饱水状态下深部斜长角闪岩蠕变特性

通过金川深部斜长角闪岩单轴压缩蠕变实验,选取典型蠕变曲线,发现该岩石黏弹性、黏塑性变形较瞬时变形偏小,卸载后弹性后效不显著.在5.1 MPa轴向应力下,自然状态的岩样近似纯弹性特征.饱水状态下岩样瞬时强度σ’b和长期强度σ’∝总体低于自然状态,且σ’∝已接近深部高地应力,因此,对于深部节理、裂隙很发育的岩体,应特别注意巷道排水,防止围岩因长期强度降低而导致巷道变形和破坏.自然与饱水状态下岩样瞬时弹性应变εme、瞬时塑性应变εmp随应力增大而增加,但增速逐渐放缓,饱水状态下塑性变形更显著;相同应力下,饱水状态岩样蠕变量大于自然状态,应变速率也总体快于自然状态,2种状态的蠕变速率在20～30 h时都逐渐稳定,且速率曲线随应力增大,微裂隙压密,彼此逐渐靠近,岩样处于相对硬化阶段;当轴向应力达到66.3 MPa后,饱水状态蠕变速率有相对加速趋势,速率曲线随应力增大先往左下移动,再朝右上移动,而自然状态蠕变速率曲线总体向右上移动.最后,通过蠕变数据分析,推导γ=ασk型经验方程,对蠕变试验数据进行回归拟合,拟合结果证明该蠕变经验模型的正确性.金川矿区斜长角闪岩蠕变实验研究为分析深部巷道该类围岩流变稳定性及支护方案优化等提供有效帮助.     

乌东德水电站库区板岩遇水软化微观机理及强度模型研究

针对乌东德水电站库区板岩遇水软化造成的边坡失稳问题,进行了板岩饱水软化的微观机理与宏观力学性质研究.通过开展X射线衍射和SEM电镜扫描,探索了不同饱水条件下板岩微观结构的变化;进一步通过开展单轴压缩试验,分析板岩强度软化规律.试验结果表明,板岩浸水后,内部胶结物质发生溶解,矿物颗粒破碎或者解体,孔隙率增加,使得宏观抗压强度降低.随着饱和水压力的增加,抗压强度降低,幅度约为10%,弹性模量降低,幅度约为30%,而泊松比无明显变化.板岩破坏呈现轴向多劈裂面破坏和剪切破坏特征.最后,运用多孔介质力学理论建立板岩遇水强度软化模型,其预测强度与试验结果一致.     

泡粒混凝土的力学性能与本构关系

考虑聚苯颗粒体积比及湿密度等级两个影响因素,配制了共计25组不同配比的泡粒混凝土.研究了加载速率对泡粒混凝土应力-应变曲线的影响情况,结果表明其应变率效应不明显;并研究了不同聚苯颗粒含量以及不同湿密度等级对泡粒混凝土的应力-应变曲线的影响情况,结果表明此材料的密度以及聚苯颗粒含量对其力学性能影响均很大,并表现出不同的规律性.通过对其弹性模量、压溃应力、压溃应变等参数的分析,结合试验结果,建立了该材料的单轴压缩唯象本构模型,通过试验结果与预测结果的比较,唯象本构模型与试验结果吻合较好.     

不同锯齿高度对软弱结构面剪切特性的影响

为分析不同法向应力与锯齿高度情况下软弱结构面的剪切行为,通过数值方法建立不同锯齿高度情况下的结构面计算模型,模拟在不同法向应力情况下的直剪试验,探讨结构面抗剪强度峰值前后的应力应变关系。建立剪胀角?与锯齿高度h之间的线性关系表达式。研究结果表明:随着锯齿高度增大,峰值抗剪强度对应的位移逐渐增大;应变软化阶段应力下降的速率呈先减小后增大的趋势,当锯齿高度与夹层厚度相同时达到最小值;峰值抗剪强度与残余抗剪强度均随锯齿高度的增大而呈线性增大,当锯齿高度达到一定值后,残余强度不发生变化;当锯齿高度较大如80 mm时,结构面法向应力与抗剪强度之间呈现显著的线性关系,而当锯齿高度较小时,两者之间的关系表现出一定的非线性特征,并且此时对应较小法向应力的剪切强度基本相同;随着法向应力增大,应变软化阶段应力下降的速率不断减小,残余强度与峰值强度的比值呈先增大后减小的趋势,最大值为0.961 4。     

考虑粗粒土应变软化特性和剪胀性的本构模型

在传统细粒土本构模型的基础上进行了改进,建立了一个能较好地描述粗粒土应变软化特性和剪胀性的弹塑性本构模型.该模型采用双屈服面形式,克服了单屈服面模型存在的一些不足,可同时反映剪切变形和压缩变形机理.模型在应变软化特性描述方面,提出了一个利用残余状态应力比和峰值应力比的应变软化公式,较为合理地反映了粗粒土的应变软化现象.在剪胀性描述方面,考虑了状态转换应力比与初始有效围压的相关性.数值模拟结果与试验结果较为接近,表明该模型描述粗粒土在低围压和相对中高围压下的应变软化特性和剪胀性方面具有一定的优越性.     

基于三轴压缩试验的红砂岩本构模型

利用RMT150B型岩石力学多功能试验机对红砂岩试样在不同围压条件下的三轴压缩应力应变全过程曲线进行了系统试验研究。研究表明：围压增大，岩石的峰值强度也随着增高；红砂岩的体积应变在峰值后区表现出很大的剪胀性。基于试验结果，分析了岩石屈服强度、峰值强度、残余强度与围压之间的关系，根据试验得到了典型三轴压缩应力应变全过程曲线，建立了一个由线弹性段Ⅰ、线弹性段Ⅱ、线性软化段、线性残余塑性流动段组成的线性本构模型，给出了红砂岩4个阶段的本构方程，并确定了相关参数。