高速铁路隧道基底软岩动力累积损伤特性

利用相似材料模拟高速铁路隧道基底软岩,采用荷载控制和非对称正弦波循环加载方式对软岩试件进行动三轴疲劳与损伤检测综合试验。通过试验结果分析,建立了软岩3参数多项式疲劳寿命计算模型和4参数多项式累积损伤参量计算模型,获得了软岩疲劳损伤特性,即：软岩疲劳破坏表现为端部拉-剪复合破坏和中部压-剪复合破坏两种模式;疲劳破坏全过程表现为初始微孔隙压密、裂纹发生与稳定扩展以及损伤裂纹加速发展3个发展阶段;软岩疲劳寿命主要取决于本身强度和动应力水平,强度愈高、动力应力水平愈低,其疲劳寿命就越长;当动应力水平相同时,软岩疲劳寿命与其弹性模量呈线性增长关系。     

山西晋中马兰黄土劈裂特性及抗拉强度研究

为研究干燥黄土巴西劈裂试验的稳定性和有效性,本文从试样的劈裂特征、荷载-变形关系、抗拉强度与干密度的关系、直接拉伸与巴西劈裂抗拉强度等方面开展了原状与重塑马兰黄土的巴西劈裂试验研究.结果表明:试样破坏分为不同破坏类型,它们对试验结果影响不同,偏离直径裂纹的出现会使试样结果偏小;剔除破坏类型对抗拉强度影响较大的试验结果后,根据损伤点和峰值点将试样劈裂破坏过程分为3个阶段;随着干密度增加,损伤点和峰值点对应的荷载逐渐增加,而对应的竖向变形则先增大后减小;重塑黄土的抗拉强度随干密度增加,呈指数递增;巴西劈裂抗拉强度结果小于直接拉伸试验结果,且与直接拉伸抗拉强度之间存在较好的线性相关关系.     

分级循环荷载下裂隙岩石疲劳破坏特性与能量演化机制

分级循环荷载下裂隙岩石裂隙扩展模式、疲劳变形特性以及能量演化规律对地下工程安全施工和运营有着重要意义。考虑裂隙角度、裂隙数量和裂隙分布开展常规劈裂试验、分级循环荷载试验和非接触变形测量试验,对破坏特征、动弹性模量进行分析,研究轴向不可逆变形与疲劳寿命之间的关系。从能量角度出发,计算破坏过程中的总吸收能量、可释放应变能及耗散能,分析能量演化与裂隙扩展模式响应关系。研究结果表明：1）岩石疲劳变形可分为初始变形阶段、稳定阶段和加速破坏阶段,滞回环曲线呈现出“疏—密—疏”的特性,对每200个循环的动弹性模量进行分析,加载第2阶段动弹性模量有强化特征,进入第3阶段后动弹性模量减小;2）总吸收能、耗散能和弹性能都呈上升趋势,总吸收能增长缓慢,增长速度随着循环次数增加逐渐变缓,耗散能在进入破坏阶段后迅速上升,弹性应变能变化趋势不明显,中等倾角的耗散能较多;3）在破坏过程中均会产生翼裂纹和倾斜次生裂纹,裂纹相互作用和合并,产生连续塑性应变累积,形成压碎的小颗粒碎屑,这与静荷载作用下脆性破坏机制不同。     

疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土粘结性能研究

为研究复合作用对混凝土与钢筋间粘结性能的影响,设计制作了一批变形钢筋混凝土粘结试件.在疲劳和加速锈蚀同时进行后,通过粘结试件的拔出试验得到混凝土与钢筋间粘结应力-滑移曲线,分析了复合作用对粘结应力-滑移曲线影响,并且总结了钢筋混凝土粘结试件破坏模式.试验研究表明:在复合作用下,钢筋混凝土试件的失效模式大致可分为两类:劈裂破坏、剪切破坏.其中低循环疲劳荷载作用下的试件多出现劈裂破坏,而高循环疲劳荷载作用下的试件多为剪切破坏;在单一因素作用下,试件的粘结应力分布基本呈"单峰"分布,而在复合作用下,应力分布曲线呈"双峰"分布;复合作用后,极限粘结应力及试件破坏时滑移值都出现了一定程度的降低.     

基于MATLAB GUI的SHPB实验数据处理软件

文章选用MATLAB作为系统的开发平台,编制了1套分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验的数据处理软件。软件可以快速、高精度完成冲击压缩和动态劈裂实验的数据处理过程。软件采用交互式界面进行数据和参数的输入输出,实现入射波、反射波和透射波及数据处理过程的可视化。通过本软件最终可获得冲击压缩试验和动态劈裂试验的多种有效数据及曲线。包括冲击压缩试验中用三波法和两波法得到的应力——应变曲线和应变率、应变、应力、实验过程中各种能量时程曲线。动态巴西试验中试样拉应力、各种能量时程曲线和劈裂强度等。     

不同荷载条件下预应力钢绞线双压花锚具性能的试验研究

在改进预应力钢绞线压花锚具构造研究的基础上,进行了12个双压花锚具的足尺寸试件试验,研究了该种新型锚具分别受到持续荷载、周期荷载以及疲劳荷载作用时的有关性能．首先研究了锚具由于荷载持续作用所产生的变形以及持荷应力水平的影响,并提出变形计算的建议公式,试验表明24 h持荷未造成该种锚具最大承载能力的下降,而且其变形在破坏时总变形量中所占比例较小．周期荷载作用时,荷载循环次数的增加使锚具每个循环的荷载与变形逐渐呈近似线弹性关系;历经50次重复加卸荷后再次承受静力作用时,锚具性能变化很大,而最大承载力和极限变形能力没有降低．试验还表明,双压花锚具达到了国家标准规定的周期荷载性能和疲劳荷载性能的要求．     

弯曲加卸载下杂质盐岩断裂力学行为特征研究

为研究弯曲荷载下杂质盐岩断裂力学行为及损伤演化规律,利用四川大学MTS815岩石力学测试设备及三维声发射监测系统,展开了纯盐岩、含杂卤石盐岩及杂质盐岩三点弯曲加卸载试验。试验结果表明：(1)杂卤石及泥质胶结提升了盐岩的韧性,纯盐岩的断裂韧度均值KIC=6.36MPa.mm^-0.5,杂卤石盐岩的断裂韧度较纯盐岩高43.08%,杂质盐岩的断裂韧度为纯盐岩的3.18倍;(2)杂质导致盐岩脆性提高,纯盐岩声发射事件覆盖区域大于杂卤石盐岩及杂质盐岩;三点弯曲加卸载下岩石内部声发射事件由切槽尖端逐渐向荷载点扩散,直至岩石完全断裂;(3)盐岩损伤程度随循环次数增长逐渐提高,但增长速度逐渐降低,损伤变量与切槽张开度符合指数函数关系,损伤变量-张开度曲线拐点对于研究岩石失稳倾向性具有一定的预测效果;(4)声发射参数rc值能够反映盐岩弯曲加卸载破坏全过程中主裂纹与微裂纹的发展趋势,峰后残余阶段纯盐岩及杂卤石盐岩rc曲线持续上升,微裂隙稳定发展;杂质盐岩表现出更强的脆性,其在峰后残余阶段rc曲线表现出与纯盐岩及杂卤石盐岩相反的变化趋势。     

层状盐穴储库中盐岩和泥岩蠕变特性试验研究

针对层状盐穴储气库中不同岩性之间变形不协调问题,本文利用四川大学大型程控流变仪对盐岩和含盐泥岩两种岩石进行了常规单轴加载和单轴多级加载的蠕变的对比试验研究,重点探讨了两者蠕变力学特性之间的异同。研究结果表明：盐岩的塑性变形能力、流变特性明显强于含盐泥岩,因加载应力产生的瞬时应变量均呈先减小后增大的趋势,与常规单轴下张拉破坏不同,长期蠕变试验条件下,两者均以张剪型破坏为主;同等应力百分比情况下,盐岩的稳态蠕变率明显高于含盐泥岩,稳态蠕变率随着加载应力的增加而增大,并呈指数型函数变化,盐岩对应力的敏感性明显强于含盐泥岩;利用等时应力-应变曲线拐点法对两种岩石的长期强度值进行分析,得到盐岩的长期强度值为12MPa,为短期抗压强度的48%,含盐泥岩的长期强度值为34~36MPa,较短期抗压强度下降约30%,盐岩的长期强度值与短期抗压强度的比值远低于大多数岩石的比值。     

软岩黏弹塑性流变特性及非线性蠕变模型

采用分级增量循环加卸载方式,对金川有色金属公司Ⅲ矿区软弱矿岩进行流变试验,探讨了软弱矿岩的黏弹塑性变形特性.建立了软岩的非线性蠕变模型.结果表明:分级增量循环加卸载下软岩有明显的瞬时应变硬化趋势,软弱矿岩JC1099试件的黏弹性应变分量与黏塑性应变分量之比为3.15～6.58,随应力水平的增加蠕应变中黏塑性应变占的份量总体上有增加走势;在低应力水平下,蠕变变形趋于稳定状态,在高应力水平下,软岩蠕变往往表现出加速蠕变特性.建立的非线性蠕变模型可以用统一的蠕变方程来描述软岩蠕变的3阶段,将该模型应用于金川Ⅲ矿区矿岩蠕变试验,蠕变试验曲线与理论曲线较为吻合.     

单轴压缩下含杂质盐岩的声发射特征试验研究

针对中国能源地下储库盐岩高杂质的问题,基于水不溶物含量及类型将取自某拟建储库的盐岩试样加工后分为纯盐岩组(纯盐岩)、含泥岩杂质盐岩组(泥质盐岩和盐质泥岩)、含钙芒硝岩杂质盐岩组(钙芒硝质盐岩和钙芒硝岩);开展单轴压缩破坏全过程的声发射测试试验。通过试验研究,得到以下结果:泥岩杂质和钙芒硝岩杂质均能提高盐岩的抗压强度,减小其变形能力,钙芒硝岩杂质使得盐岩屈服阶段大幅度减小;随着泥岩杂质含量的增加,振铃计数率活跃区会后移,能量率大值集中区向后推移,累计振铃计数曲线和累计能量曲线呈现由上凸到下凹的变化过程;随着钙芒硝岩杂质的增加,振铃计数率最大值出现时间向后推移,整个试验过程中振铃计数率和能量率相对不稳定,累计能量-应变曲线台阶状增长更明显。     

单轴压缩下含杂质盐岩的声发射特征试验研究（岩土会议）

针对中国能源地下储库盐岩高杂质的问题,基于水不溶物含量及类型将取自某拟建储库的盐岩试样加工后分为纯盐岩组（纯盐岩）、含泥岩杂质盐岩组（泥质盐岩和盐质泥岩）、含钙芒硝岩杂质盐岩组（钙芒硝质盐岩和钙芒硝岩）,然后开展了单轴压缩破坏全过程的声发射测试试验。通过试验研究,得到了以下结果：（1）泥岩杂质和钙芒硝岩杂质均能提高盐岩的抗压强度,减小其变形能力,钙芒硝岩杂质使得盐岩屈服阶段大幅度减小;（2）随着泥岩杂质含量的增加,振铃计数率活跃区会后移,能量率大值集中区向后推移,累计振铃计数曲线和累计能量曲线呈现出由上凸到下凹的变化过程;（3）随着钙芒硝岩杂质的增加,振铃计数率最大值出现时间是向后推移的,整个试验过程中振铃计数率和能量率相对不稳定,累计能量-应变曲线台阶状增长更明显。     

单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行单抽加卸载试验,得到岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并从能量与声发射的角度研究纯岩盐变形破坏过程的基本特征。研究表明:岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个试验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个试验过程中,弹性应变能所占比例非常小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率大量产生,后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。     

循环荷载作用下CFRP-混凝土界面粘结-滑移关系研究

循环荷载作用下CFRP-混凝土界面粘结-滑移关系是研究CFRP加固混凝土结构疲劳性能的重要基石.通过对18个双面剪切试件进行静载及疲劳试验,分析探讨了循环荷载作用下CFRP-混凝土界面破坏过程及粘结-滑移关系.结果表明,随着循环荷载次数及应力水平增大,界面粘结性能降低,CFRP片材也更早出现剥离现象,剥离长度和应力水平呈线性关系;端部滑移变化表现为两个阶段,快速增长阶段和稳定增长阶段;应力水平越高,对应的粘结-滑移曲线中最大剪应力就越大.     

薄壁方钢管-砂卵石组合短柱轴压力学性能研究

保持砂卵石压实系数在大于87.7%的范围,对两组6根薄壁方钢管-砂卵石短柱的轴压静力性能进行了试验研究,分析了试件的破坏形态、极限承载力、轴向荷载-位移曲线以及轴向荷载-应变曲线等数据。试验结果表明：（1）薄壁方钢管-砂卵石短柱的破坏模式均为局部失稳破坏,且破坏后砂卵石随钢管变形而变形;（2）薄壁方钢管-砂卵石短柱轴向荷载-位移曲线根据钢管与砂卵石分担荷载情况大致可以分为钢管主要受力阶段、砂卵石压实阶段、砂卵石主要受力阶段、破坏阶段4个阶段;（3）增加壁厚能增强薄壁钢管与砂卵石的相互作用。     

单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究 （研究生论坛）

利用 MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行了单抽加卸载试验,得到了岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并且从能量与声发射的角度研究了纯岩盐变形破坏过程的基本特征。通过研究表明,岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个实验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个实验过程中,弹性应变能占的比例非常的小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率便大量产生,而后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定地且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。     

基于时间扫描的聚烯烃树脂改性沥青疲劳演化规律研究

为评价聚烯烃树脂改性沥青的疲劳特性,采用动态剪切流变仪对70^#基质沥青、不同掺量聚烯烃树脂改性沥青、温拌改性沥青及SBS改性沥青进行动态时间扫描试验,通过复数剪切模量G^*、相位角和累计耗散能比对应的疲劳曲线分析沥青的疲劳损伤过程;最后对聚烯烃树脂改性沥青的改性机理进行分析。试验结果表明：不同指标疲劳曲线变化规律明显,能较好地表征试验沥青的疲劳损伤过程,G^*与荷载作用次数曲线可清晰地反映荷载适应、损伤累积和加速破坏3个阶段,疲劳演化曲线便于表征其疲劳特性;改性沥青的疲劳性能随着新型聚烯烃树脂改性剂掺量的增加先增强后减弱,3%掺量改性沥青的疲劳特性较优,SBS改性沥青疲劳特性最优。研究结果将为聚烯烃树脂改性沥青应用和改性沥青疲劳性能评价提供参考。     

钢砼组合结构PBH剪力键的疲劳性能

为了研究钢箱-砼组合结构中PBH剪力键在反复荷载作用下的疲劳性能,设计制作了PBH剪力键试验模型,进行了24万次疲劳推出试验。在疲劳破坏形态和试验滑移及应变数据分析的基础上,利用数值工具开展肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数的PBH剪力键疲劳寿命影响因素分析。研究表明：PBH剪力键的疲劳破坏形态与静载破坏相似,表观表现为混凝土面多处斜向劈裂裂缝、内部榫孔混凝土压碎、穿入钢筋局部屈服;疲劳破坏演化过程分为疲劳损伤开始、发展、破坏3个阶段,其中疲劳发展阶段占整个疲劳阶段的91.7%,结构刚度在疲劳损伤开始和发展阶段退化较慢,在疲劳破坏阶段退化较快;肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数对PBH剪力键疲劳寿命影响均有明显影响,其中穿入钢筋直径对疲劳寿命的影响尤为突出。     

碳纤维复合材料(CFRP)粘贴层数对开孔钢板疲劳寿命影响的试验研究

疲劳损伤是钢结构失效的重要原因,传统的修复加固钢结构的方法包括钢板焊接、铆接、螺栓连接等,这些加固方法容易产生应力集中现象。碳纤维复合材料(CFRP)具有比强度和比刚度高的特点,在加固钢结构方面效果良好。通过对3组粘贴有不同层数CFRP的开孔钢板进行疲劳试验,描述不同类型钢板的破坏形态,并绘制疲劳寿命曲线和变形曲线,比较3组钢板在疲劳寿命、裂纹扩展情况、断裂时碳纤维布与钢板之间的协同工作情况的差异和共性。研究结果表明:粘贴碳纤维能够提高钢板的屈服荷载,弥补钢板表面缺陷,减缓钢板疲劳裂纹的扩展速率,增加钢板的延性,从而有效地提高钢板的疲劳寿命;随着粘贴层数的增加,疲劳寿命提高效果明显,发现粘贴1层碳纤维布使其平均疲劳寿命提高4.7%,粘贴3层碳纤维布,其疲劳寿命提高77.80%;粘贴碳纤维布能够有效地缩小不同应力作用下钢板变形能力之间的差异,CFRP层数越多,这种差异就越小;同时,CFRP的粘贴层数越多,钢板破坏时的极限变形越大,粘贴3层碳纤维布的钢板极限变形在0.9 mm以上。     

含杂质盐岩三轴蠕变特性试验研究

针对杂质盐岩蠕变力学特性问题,利用大型程控流变仪,对两种不同杂质盐岩进行分级加载下的三轴蠕变试验。试验结果表明:围压和杂质含量不同,盐岩破坏形态及力学参数均有差异。围压小于临界围压,盐岩呈剪切破坏;围压大于临界围压,盐岩呈大变形鼓状破坏。围压和杂质含量一定,岩盐稳态速率随偏应力增加呈指数增长;偏应力和杂质含量一定,蠕变速率随围压增大而降低,长期强度有所增大;偏应力和围压一定,低杂质(ω=2.1%)盐岩稳态蠕变速率高于高杂质(ω=46.8%)盐岩。体积变形经历了压密期-平静期-扩容期3个阶段,高杂质盐岩体积应变低于低杂质盐岩。将不溶物杂质含量与应力敏感性常数n的关系同分数阶蠕变本构方程进行耦合,建立耦合杂质的盐岩分数阶非定常蠕变模型;将理论模型与试验数据对比分析证实了该模型的合理性。     

深部软岩巷道围岩变形分析与控制

针对某深部软岩巷道支护困难问题,首先对围岩进行力学性能试验,然后利用有限元分析方法,在基于不同埋深软岩巷道围岩变形特征研究的基础上,从巷道开挖和围岩支护两方面对深部高地应力软岩巷道围岩变形与控制进行深入研究.结果表明:随软岩巷道埋深增大,巷道围岩变形呈线性增大趋势;在深部高地应力下掘进巷道时,全断面开挖法围岩变形最大,台阶法次之,CD法最小;支护时采用柔性与刚性联合支护,围岩变形最小.联合支护技术能充分释放软岩巷道围岩变形能,发挥围岩自承能力并与支护体系共同作用,可以有效控制深部软岩巷道围岩变形,从而保证深部软岩巷道围岩的稳定性.