循环应力作用下大理岩砂岩的动态响应

 基于岩石的滞弹性性质导致地震波的衰减, 而采用正弦波对大理岩、砂岩施加单轴压缩应力, 求取应力与应变的相位差, 表明饱油岩石的衰减大于饱水岩石的衰减, 干燥岩石的衰减很小, 频率对衰减的影响很大, 砂岩具有明显的各向异性, 衰减、模量、泊松比随正弦波应力振幅的增加, 其变化趋势也存在较明显的各向异性。     

疲劳载荷对岩石物理力学性质的影响

在MTS上进行了疲劳加载实验 ,取得了南京砂岩的模量、泊松比、波速都随频率的增高呈非线性增大 ,强度具有明显的各向异性。饱和大理岩具有显著的应力振幅效应和频率效应以及各向异性。应力振幅对大理岩物性的影响大于频率对大理岩物性的影响     

大理岩对多次冲击波的非线性动态响应

 利用霍普金森压杆装置对干燥和水饱和大理岩进行多次冲击波在长杆岩石试件中传播的实验研究。结果表明,冲击动态模量随应变或应力的改变而不断地变化。对于干燥大理岩,当冲击应力小于屈服强度时,随应力波传播时间或距离的拉长,模量表现为降低;并且,由于卸载模量大于加载模量,导致卸载波不断追赶加载波,使应力波形由宽变窄,应力波幅不断衰减。随着冲击次数的增加,实验显示出干燥岩石的模量增大,应力波形变窄,弥散效应减弱,衰减幅值减小,残余应变也随之减小的冲击压实效应。对于饱水大理岩,当冲击应力大于屈服强度时,其模量、应力波形特征均与干燥大理岩的冲击结果相类似;随着冲击次数的增加,饱水大理岩出现波形拉长散开,后沿缓波更显著,应力–应变曲线的模量降低,残余应变增大,这与干燥大理岩正好相反。这是因为超过屈服点的冲击导致饱水大理岩的裂纹扩展和新裂纹的生成,引起体积膨胀,模量下降。这些实验结果对大型工程尤其是防护工程的设计和施工是有现实意义的。     

大理岩阻尼参数与动弹性参数的动三轴试验研究

 首次利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,在不同围压下对大理岩进行阻尼参数及动弹性参数的动三轴测试研究。波形为正弦波,频率3 Hz,振动循环30次,动应力上限与下限分别为相应围压下试样抗压强度的0.6倍和5.09 MPa。试验结果表明,大理岩阻尼比、阻尼系数随循环周次的增加而减小,随围压的增大而增大;动弹性模量随循环周次的增加而增大,随围压的增大而减小;各围压下动弹性模量均大于静弹性模量,动泊松比均小于静泊松比,且围压越大,二者差值越大;大理岩在30循环周次以内动荷载作用下,其力学性质会逐渐强化。     

砂岩高温后的力学特性

对焦作砂岩在常温及经历100℃～1 200℃温度作用后的力学特性进行试验研究,详细分析加温后砂岩的表观形态、峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比以及应力-应变全过程曲线等的变化情况,并对砂岩的高温劣化机制作初步探讨.研究表明,高温使砂岩的表观形态发生改变;在400℃以内,温度对砂岩的力学性能影响不大,加温对砂岩的某些力学指标有一定的增强作用;但经历的温度超过400℃后,随受热温度升高砂岩的力学性能发生劣化,砂岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,而800℃前砂岩的峰值应变随温度的升高而大幅增加;砂岩的变形大体随经历温度的升高而增大;600℃前砂岩的泊松比随经历温度的升高而减少,而后呈上升趋势.温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致砂岩力学性质发生改变与高温劣化.     

三轴应力作用下水对岩石应力松弛特性影响作用试验研究

 采用RLJW–2000岩石三轴流变伺服仪,在相同试验条件下分别对干燥与饱水状态下的粉砂质泥岩进行室内三轴压缩应力松弛试验。依据试验结果,分析了松弛稳定后水对岩石总应力松弛量、总应力松弛度、松弛稳定时间、平均应力松弛速率的影响作用,并且分析了松弛过程中随时间的增加水对岩石应力松弛量、应力松弛度、应力松弛速率影响作用的变化趋势。考虑粉砂质泥岩流变参数的损伤劣化效应,以Hooke-Kelvin模型为基础,引入损伤变量对模型进行改进,建立了岩石的非线性应力松弛损伤模型。应用Levenberg-Marquardt算法,辨识得出干燥与饱水岩石的应力松弛损伤模型参数。基于辨识结果,研究了水对岩石非线性应力松弛损伤模型参数的影响作用。研究结果表明：(1) 由于水的影响作用,松弛稳定后粉砂质泥岩的总应力松弛量减少、总应力松弛度增大、松弛达到稳定的时间增长;松弛过程中,随时间的增加,水对粉砂质泥岩应力松弛量与应力松弛度的影响作用减弱。(2) 由于水的影响作用,粉砂质泥岩的平均应力松弛速率减小,各时刻岩石的应力松弛速率降低;松弛过程中,随时间的增加,水对粉砂质泥岩应力松弛速率衰减的影响作用增强。(3) 粉砂质泥岩应力松弛过程中,水对岩石的黏性力学特性影响作用较大,而对岩石的瞬时弹性和黏弹性力学特性影响作用相对较小。(4) 粉砂质泥岩的应力松弛损伤受应变水平、时间以及水3种因素的共同影响,而非线性应力松弛损伤模型可以有效地反映3种因素对岩石应力松弛参数的综合损伤弱化作用。(5) 水对粉砂质泥岩应力松弛特性的影响作用是极其显著的,水极大地增强了岩石的时效特征,改变了粉砂质泥岩的应力松弛特性。因此,在重大工程设计和施工中,不能忽视水对岩石应力松弛特性的影响作用。     

饱和岩石的应变率效应和各向异性的机理探讨

在MTS上对南京砂岩和大理大理岩进行了应变率为l0^-5～l0^-2/s的单轴压缩试验，试验结果得出砂岩、大理岩具有各向异性，相对来说大理岩的各向异性要弱一些。同时，大理岩和砂岩随应变率的增加强度增大，具有明显的应变率效应．对饱和岩石的应变率效应和各向异性作了分析得出饱和液体起到了促进各向异性和应变率效应的作用。     

饱水砂岩动态强度的SHPB试验研究

采用改进的φ75mm杆径SHPB试验装置,对长径比为0.5的开阳磷矿砂岩进行自然风干和饱水状态下的冲击压缩试验,对比INSTRON材料试验机的静载试验结果表明:冲击载荷作用下饱水砂岩的应力–应变关系不同于其静态应力–应变关系,中应变率加载条件下饱水砂岩动态强度与风干砂岩的动态强度相近,这与静载条件下饱水砂岩强度降低的结果相反;风干砂岩动态屈服应力与其静态相近,饱水砂岩动态屈服应力比其静态下的结果提高近2倍,表现出比自然风干砂岩更强的应变率敏感性;水对砂岩动态破坏效果有影响,自然风干砂岩比饱水砂岩受冲击破坏更为严重;冲击载荷作用下,饱水砂岩动态强度应考虑其自由水黏度及Stefan效应的影响。     

用非强迫共振法研究饱和岩石的黏弹性响应

 通过Metravib热机械分析仪,用正弦振动对岩样进行加载,并以饱和岩石对正弦振动传播的黏弹响应,来模拟地震波在饱和岩石中传播时的黏弹性响应,以获取地震波在饱和岩石中传播时的黏弹行为。试验时固定静载为120 N,正弦波动载荷为80 N;在温度－40 ℃～100 ℃,频率5～400 Hz的范围内,对2种孔隙度的泵油饱和彭山砂岩样品进行单轴循环加载试验,以得到泵油饱和彭山砂岩的衰减、弹性模量、弹性波速度与温度的关系。由此研究饱和多孔岩石在弹性范围内的衰减、杨氏模量和弹性波波速随温度的变化规律。研究结果表明：随频率的增高,饱和多孔岩石的能量衰减峰的峰位向高温方向移动的热激活弛豫规律。利用阻尼衰减机制,解释了随振动频率提高,衰减峰的强度降低的试验结果。这些试验结果与低频共振的驻波试验得到的热激活弛豫规律一致,说明热激活弛豫机制在饱和多孔岩石中具有一定的普适性。与此同时,得到弹性模量和波速随温度升高而逐渐下降的一般规律,以及随频率的增高而增大的频散特性,但是样品的频散效应随温度升高有减弱的趋势。该频率和温度范围的研究结果对岩石理论模型研究具有指导意义,对地震资料的解释具有实用意义。饱和岩石的衰减研究对地震工程和勘探地球物理具有特殊的意义,尤其对勘探地热蒸汽库或天然气库有很好的实用价值。     

应力控制疲劳载荷作用下循环硬化的应变响应

南京砂岩、合肥砂岩在频率为0．5-25Hz的循环加载实验中取得了滞回曲线，其非稳定部分主要由加工硬化阶段产生的微损伤引起，且滞回曲线随频率的增高朝稳定滞回圈发展，随循环数增加，滞回圈由稀变密，滞回圈面积减小。从3方面阐明了循环加载的应变硬化和软化响应：在恒应力控制下轴向应变幅值减小，应变振幅随应力振幅的增大逐渐增大，随应变振幅的增大其模量减小。     

混凝土浅圆仓门洞周边的应力分布及应力集中

采用有限元法对开有宽 3 0m、高 15m门洞的混凝土浅圆仓进行了分析。分别给出了洞口的大小及洞口周边加强梁柱的大小对仓壁门洞周边的应力分布情况和应力集中系数的影响。     

深基坑开挖中的应力路径

土的力学性质取决于它的应力历史,应力状态和应力路径。为了认识和理解深基坑开挖引起的变化必须研究由于水平和垂直应力的释放而产生的有效应力变化。为此介绍和讨论了微裂硬粘土中１０ｍ深基坑附近的有效应力变化,比较了现场观测到的应力路径和室内试验得到的应力路径,发现连续墙前的有效应力路径与室内不排水伸长试验的应力路径相同;但是,那些墙后的应力路径,除应力状态接近主动破坏外,与室内对原状土不排水压缩试验得到的也不尽相同,通常假定的基坑迅速开挖中的不排水性质似乎在墙后土体中也没有保持。     

应力吸收层沥青路面结构的应力分析

运用有限元分析软件ANSYS建立带有低弹性模量的HDPE改性沥青应力吸收层的路面有限元结构模型。在路面结构有限元模型上加载车辆荷载,再经过软件的后处理功能,对加入了不同厚度的应力吸收层的沥青路面结构在车辆荷载作用下产生的应力进行分析和对比。结果表明:应力吸收层在车辆荷载作用下减缓反射裂缝的产生和扩展的最合理厚度为2~4cm。     

移动荷载引起的地基应力状态变化及主应力轴旋转

用弹性半空间Euler-Bernoulli梁及其在移动荷载作用下的动力解,得到地基表面与梁之间的接触反力解答。将接触反力视为作用于地基表面的荷载,以单位移动荷载引起的半空间地基内部应力解为基础,对反力在作用空间上进行积分,得到荷载速度小于地基中Rayleigh波速时,移动荷载在地基中引起的稳态应力响应解答。以单个轮轴移动荷载为例,分析地基土单元的应力状态变化、主应力轴旋转以及荷载速度的影响。给出荷载移动线正下方和荷载移动线外土单元应力的时程曲线、应力路径、主应力轴方向变化曲线。结果发现,荷载移动过程中,荷载移动线正下方土单元主应力轴连续旋转180°。土单元应力状态从纯剪变化到三轴剪切,再回到纯剪状态。当荷载速度较高时,速度对应力状态变化的影响非常大,移动荷载引起的动力响应非常大,不可以用静力解答来分析应力。荷载移动线以外的土单元应力状态变化和主应力轴旋转非常复杂,但x-z和x-y平面上的应力路径形状与荷载移动线正下方土单元的应力路径形状相似。     

构造应力面研究

所定义的构造应力面的概念为三维空间不同地点非构造应力影响消失的深度点构成的曲面．为此，对似U形沟谷按不同沟谷宽度、山体坡度和山体高度建立三维模型，分别考虑重力、水平侧压力以及二者联合进行三维应力场有限元数值模拟，分析最大水平主压应力在空间的变化规律，并进行数学统计分析，给出构造应力面深度随上述因素变化的经验公式。研究结果表明水平侧压力和山体高度是影响构造应力面深度的主要因素，当水平侧压力随深度变化梯度与重力梯度之比等于1时，在沟谷谷底，构造应力面深度近似等于山体高度。     

圆形补偿器的应力分析

本文利用弹性力学理论，对圆形补偿器进行了应力分析，研究预加应力最佳值的计算方法。     

基于钻孔应力、应变连续实测资料研究新疆相对应力场

 利用1985年以来新疆地区钻孔应力、应变连续观测资料研究相对应力场,研究结果表明,新疆地区相对应力场的主压应力方向近NS,呈现区域性分布特征。西昆仑中、西段近NS向,西昆仑东段、北天山、塔里木盆地西北缘为NNE向;南天山西部为NW向,南天山东部为NE向。新疆的压应力作用极强,剪应力作用较大,张应力作用较弱。应力量值有西大东小、南强北弱的特点;帕米尔弧与天山交汇的喀什地区主压应力值、剪应力值最大,北天山中部的石河子的主张应力值最大,乌鲁木齐的应力值最小;应力变化量值差别大,且在空间上呈现不均匀性。相对应力场的主压应力方向与区域构造线走向、山脉延展方向交角较大,表明新疆的山脉及构造主要受挤压应力的作用。     

初始应力对应力波传播及块体运动规律影响研究

 借助理论模型和试验测试结果分析初始应力对岩石弹性波速的影响,运用数值模拟手段对比研究爆炸扰动作用下不同初始应力时的应力波形状,包括质点应力、位移和速度,得到初始应力对应力波传播影响的一般规律。建立构造块体在爆炸扰动下的运动模型,通过对模型的计算和分析,研究不同初始应力下单个块体的相对位移。研究结果表明：(1) 在低初始应力下,岩石中的弹性波速随压力增大而迅速增大,增大的梯度在低应力下较高,在高应力下趋于一常数值;(2) 当初始应力增大时,相同距离处的峰值径向应力和峰值位移会降低,而且衰减较快,波形变窄;(3) 块体间的相对位移与初始应力的大小成反比。     

贮罐类化工容器边缘应力分析

运用有限元分析方法分析了贮罐化工容器的应力分布，得出了贮罐罐壁、罐底节点附近区域的边缘应力分布，并与理论计算方法进行了比较．     

含主应力旋转的应力路径对密砂临界状态的影响

关于砂土临界状态线的传统研究主要集中于两点,临界状态线的唯一性和线性性质。然而,作为影响临界状态的重要因素,应力路径和主应力旋转一直被忽视,更鲜有将二者结合的研究。室内试验也无法在保证应力路径的同时,观测主应力旋转的存在。为了弥补这些缺憾,在多应力路径前提下,加入含主应力旋转的应力路径,对密砂进行双轴压缩试验和单剪试验的颗粒流数值模拟研究,得出以下结论：(1) 密实砂土的临界状态线表现出唯一性;(2) 在平均有效应力–偏应力空间和平均有效应力–比体积空间,密砂临界状态线都出现从低临界值向高临界值过渡的阶段性变化。因此,将应力路径单一化有不合理之处;而多应力路径,尤其含有特殊路径的多应力路径,将极大的影响密砂临界状态线性质,应该受到重视。