加卸载应力路径对砂岩能量演化机制的影响

为了明确应力路径对砂岩能量演化的影响,采用RMT岩石力学试验系统开展了砂岩三轴和不同卸围压速率试验,详细分析了不同应力路径下砂岩破坏过程中吸收总能量、弹性应变能和耗散能的演化规律.结果 表明,加载和卸围压应力路径下,砂岩屈服前吸收的总能量基本都以弹性应变能的形式存储,弹性应变能的增速与吸收总能量的增速保持一致,并逐渐增大.弹性应变能在单轴时经历较短的慢速增加阶段;三轴时随着围压的增大,慢速增加阶段越加显著,且在后期其增速很小;卸围压阶段弹性应变能基本保持不变.砂岩单轴耗散能出现较早表明内部损伤发展较早;三轴屈服阶段后期耗散能增速加快表明该阶段内部损伤发展加快;卸围压阶段耗散能线性增大表明内部损伤稳步发展.砂岩峰值处弹性应变能与吸收总能量的比值在单轴时最大,随着围压或初始围压的增大逐渐减小并趋于稳定;在相同围压下,卸围压应力路径下弹性应变能与总能量的比值小于三轴加载应力路径下的比值.在0.01 MPa/s卸围压速率下,弹性应变能与吸收总能量的比值受初始围压影响大,而1 MPa/s卸围压速率下,受初始围压影响小.砂岩弹性储能极限随着破坏时围压的增大按线性规律增大,加载应力路径相对卸围压应力路径能够提高砂岩的弹性储能极限.以上成果从能量演化角度分析了地下工程稳定性,具有一定的指导意义.     

预加载应力对石墨IG-11热膨胀行为的影响

以10 MW高温气冷实验堆(HTR-10)内的结构石墨IG-11为研究对象,在石墨砖的不同位置沿正交方向取样,在1 900℃下进行退火处理以消除试样内的残余应力,随后对两个正交方向上的试样分别预加载25 MPa和35 MPa的压缩应力,载荷保持2 min后卸载,测量试样在35~500℃内的线性热膨胀系数(CTE),与未加载试样对比发现,预加载应力对石墨IG-11的热膨胀行为有着显著影响,预加载后石墨IG-11的轴向(平行于加载方向)平均CTE明显增大,且预加载应力越大,石墨试样的平均CTE增幅越大。预加载应力后石墨IG-11的平均CTE仍保持各向同性。预加载应力对石墨IG-11热膨胀行为的影响可能主要与应力作用下石墨内部微裂纹的闭合有关。     

基于三轴压缩的岩石峰前裂隙发育及损伤规律研究

基于核磁共振技术,对大理岩三轴压缩作用下的裂隙发展规律进行分析,得到大理岩在10 MPa围压条件下的应力-应变曲线,不同轴压状态下岩石孔隙度及T2谱曲线,利用颗粒流程序对10MPa围压条件下的岩样裂隙形成过程进行追踪试验。研究结果表明:T2谱曲线能反映岩石内部裂隙发育过程,孔隙度随轴向应力增加呈指数形式增长。大理岩在三轴压缩低轴压阶段,岩石损伤以裂隙数增加为主要特征;高轴压条件下,岩石损伤主要由裂隙数增加及裂隙贯通引起。10MPa围压状态下的大理岩损伤度随岩石孔隙度、轴向应力的变化特征符合指数函数关系。     

三轴应力条件下泡沫轻质土压缩特性

为探究在复杂应力条件下泡沫轻质土的压缩特性,通过不固结不排水三轴压缩试验研究了三种不同湿密度的泡沫轻质土在多种围压状态下的应力-应变分布规律、抗剪强度特性和破坏形态.结果 表明,泡沫轻质土的三轴压缩变形过程可划分为弹性变形-应变硬化-压密破坏三个阶段.同一湿密度泡沫轻质土的偏应力和峰值应变随加载围压增大均呈现先增大后减小规律.提高泡沫轻质土湿密度,降低孔隙率,能够增大其粘聚力及内摩擦角,粘聚力约为同龄期无侧限抗压强度0.34倍,实测轻质土侧向压力系数与理论计算值一致.轻质土试件破坏形态与其力学强度有关,可根据最终破坏形态分为剪切破坏和压密破坏两类.     

有机玻璃YB-DM-11的疲劳裂纹扩展特性研究

研究了试样类型、应力比对有机玻璃YB-DM-11疲劳裂纹扩展速率、疲劳裂纹扩展平均寿命的影响。结果表明：试样类型对有机玻璃疲劳裂纹扩展速率影响很小,但紧凑拉伸试样的寿命大于中心裂纹拉伸试样;对于中心裂纹拉伸试样,当应力比为正时,应力比增大,疲劳裂纹扩展速率增加,疲劳裂纹扩展平均寿命减小;应力比为负时,裂纹闭合效应导致裂纹扩展加速;负应力比时的裂纹扩展速率大于正应力比,但疲劳裂纹扩展平均寿命明显小于正应力比。     

RDX基含铝炸药的剪切试验及损伤模式

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验设备及剪切装置,对RDX基含铝炸药进行剪切试验,获得了剪切力随时间的变化规律以及剪切应力,结合工业CT图像及电镜扫描(SEM)图像分析,探讨了剪切加载条件下,炸药试样破坏的宏观及微观损伤模式。结果表明,在剪切作用下,炸药装药的轴向应力-应变曲线出现两个阶段:第一阶段,较小的应变下,应力快速增加,最大值为50~60MPa;第二阶段,随着应变的增加,应力先增大后卸载。试验加载过程中的剪切应力为38~73kN;剪切应力小的试样,剪切带主要集中于加载面的中部,剪切应力大的试样,剪切带主要集中于剪切面附近;试样厚度较小时,损伤模式主要是晶体的微裂纹及晶体与黏结剂基体的脱粘,试样厚度增加时,损伤模式主要为晶体的多种形态。     

Ⅱ型加载条件下疲劳裂纹扩展试验研究

对４种金属材料在Ⅱ型加载条件下的疲劳裂纹扩散行为进行的试验研究表明：在Ⅱ型加载条件下，裂纹可能仍沿Ⅱ型方向继续扩展，亦可能发生分支转变成Ⅰ型甚至Ⅰ＋Ⅱ型扩展，主要取决于材料本身的性质和它们的微观结构以及应力水平。当裂纹仍沿Ⅱ型方向扩展时，其扩展速率比相当应力水平的Ⅰ型裂纹扩展速率要大得多。     

不同温度下大理岩静动力学特性研究

高温下岩石的力学参数是地下工程设计、施工以及支护的重要依据,因此研究高温下岩石力学特性具有重要的实际意义。在云南省卡房地区现场取得大理岩样本,在6种温度(25、100、200、400、600、800℃)下进行力学试验,共制作72个试样,在单轴压缩冲击试验系统上对高温作用后的大理岩试样分别进行静、动载试验,结果表明:静载作用时,大理岩试样在不同温度下的应力-应变曲线可分为压密、弹性、塑性变形和破坏4个阶段,峰值应力从79.70 MPa降至33.27 MPa,降幅为58.3%;动载作用时,峰值应力从224.00 MPa降至43.11 MPa,降幅达80.8%;大理岩试样在静、动载作用下,峰值应变均随温度的升高而增大,动载时的峰值应变普遍大于静载作用时的;静载作用时的峰值应变增长率要略大于动载作用时的;弹性模量均随温度的升高而降低;静载作用下,弹性模量与温度的线性关系明显;动载作用下,弹性模量的数据较分散,在400℃之后,弹性模量急剧减小,弹性模量随应变率的增大有增大的趋势;在同一温度下,加载速率越大,弹性模量越大。     

单裂隙类花岗岩材料单轴抗压强度与破裂特征试验研究

为了探究单轴压缩条件下裂隙岩石的强度特性、起裂应力和破坏模式,对预制单裂隙试样进行单轴压缩试验,结果表明:与完整试样相比,裂隙试样单轴抗压强度随裂隙倾角的增加而降低,α=90°时,强度最低;当裂隙倾角小于45°时,试件破裂以反翼型裂纹为主;倾角大于75°时,以翼型裂纹为主。裂隙尖端应力随裂隙倾角发生改变,裂隙倾角为0～60°时,裂隙尖端产生拉应力集中区,在张拉作用下产生反翼裂纹;当裂隙倾角为75～90°时,裂隙尖端产生剪应力集中区,剪应力作用产生翼型裂纹。裂隙岩石试件的单轴压缩力学特性及破裂模式揭示了单裂隙岩石的力学行为特征,为破碎岩体支护及控制技术研究提供了科学依据。     

高压水直接作用下井壁混凝土真实强度特性研究

为研究井壁混凝土在高地下水压作用下强度发展趋势,配制了C60、C70、C80三种高强度等级井壁混凝土,根据养护条件不同将每种强度等级混凝土均分为常规状态试件和密封状态试件,分别在4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa水压作用下进行常规三轴加载试验.结果表明:Bresler三参数正八面体强度破坏准则更能准确反映井壁混凝土峰值强度与围压的非线性关系,随着围压的增加井壁混凝土峰值强度具有明显的增强效应,随着混凝土强度等级提高围压敏感性降低;常规状态下并壁混凝土峰值强度随围压增长速率较慢,且比同等级密封状态下井壁混凝土峰值强度大约降低6.3％.     

Experimental study of the mechanical behavior of plastic concrete in triaxial compression

This paper is going to present the results of an extensive experimental parametric study of the mechanical responses of various types of plastic concrete in unconfined and triaxial compression tests. Plastic concrete consists of aggregates, cement, water and bentonite, mixed at a high water cement ratio, to produce a ductile material. It is used for creating an impermeable barrier (cut-off wall) for containment of contaminated sites or seepage control in highly permeable dam foundations. A plastic concrete cut-off wall acts essentially as a barrier to stop or reduce the groundwater flow. In this study the effect of specimen age, cement factor, bentonite content and confining pressure on shear strength and permeability of plastic concrete were investigated. The observed behavior is more and more ductile for increasing confining pressure. It is shown, also, that any increase in confining pressure increases the compressive strength as well as the elastic modulus and the deformability of the specimen. It is shown that an increase in cement factor increases the shear strength as well as the elastic modulus. It is obtained that increase of bentonite content, decreases the compressive strength as well as the elastic modulus. Increasing the age of the specimens causes an increase of the compressive strength as well as the elastic modulus and also the shear strength parameters are affected. Also, it is obtained that increase in confining pressure and cement factor reduces the permeability.     

结构异性煤体单轴/三轴冲击动力学性能研究

井下深孔爆破致裂是提高低渗煤层渗透率的重要措施之一,但由于煤层层理因素影响,在不同方向上的爆破致裂效果存在显著差异。采用分离式霍布金森压杆实验装置,对从垂直于层理方向和平行于层理方向进行取芯的煤样,分别进行冲击荷载为0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.5 MPa的单/三轴SHPB冲击实验,分析结构异性煤体的冲击动力学性能。结果表明,煤样在不同冲击作用下,其单、三轴应力-应变曲线趋势相同,且其峰值应力、平均应变率随冲击荷载增大而增长趋势相同,其中峰值应力与冲击荷载符合指数关系,平均应变率与冲击荷载呈线性关系,相同冲击荷载下垂直于层理方向煤样的峰值应力、平均应变率相较于平行于层理方向煤样有所提升;进行三轴SHPB冲击时,在轴、围压对煤样约束作用下,其峰值应力、平均应变率相较于单轴情况下均有所提高,且在冲击荷载为0.15~0.2 MPa时峰值应力增幅最大,增大约50%,垂直于层理方向的动力学性能改变相较于平行于层理方向更明显。     

Dynamic Failure of Borosilicate Glass Under Compression/Shear Loading Experiments

Dynamic compression/shear experiments on a borosilicate glass at an average strain rate of 250 s⁻¹ are conducted using a modified version of a split Hopkinson pressure bar. Instead of applying confining pressure, cuboid specimens with the material axis inclining to the loading direction at different angles (0°, 3°, 5°, and 7°) are used to generate higher shear stresses. A high-speed digital camera, synchronized with the loading stress pulse, is used to record the dynamic crack initiation and propagation. Experimental results show that the equivalent stress at failure decreases with increasing shear portion in the stress. Digital images show that the cracks initiate randomly in the right specimen, whereas cracks initiate from the stress-concentrated corners in the inclined specimens. Subsequent crack propagation, despite specimen inclination angles, is along the specimen axis rather than the compressive loading direction.     

不同应变率下橡胶混凝土抗压性能及能量特性研究

对四种橡胶体积掺量(0%、5%、10%、20%)的级配良好橡胶混凝土开展单轴抗压试验,对力学性能和破坏形态方面进行分析,得到了橡胶混凝土综合性能最优时的橡胶掺量,进而对最优掺量组进行不同应变率下的单轴压缩试验,并分析了不同应变率下橡胶混凝土的能量特性。试验结果表明,橡胶混凝土表现为裂而不散的类延性破坏,而非普通混凝土的脆性破坏。随着橡胶掺量的增加,抗压强度大幅降低,但变形能力得到增强,在掺量为10%时,橡胶混凝土的抗压强度达标,变形能力最好。橡胶混凝土受压时能量演化和转化过程是输入能先大量转化为弹性能并储存;接着耗散能转化率开始增加,使试件表面产生大量微裂纹;最后弹性能快速释放,耗散能转化率占比明显提高,从而导致试件整体破坏。另外随着应变率增大,橡胶混凝土的抗压强度和初始弹性模量明显提高,而峰值应变降低,同时输入总能量、弹性能与耗散能均呈现上升趋势,其中弹性能增加更明显。     

Uniaxial compaction behaviour and elasticity of cohesive powders

The compression and compaction behaviour of bentonite, limestone and microcrystalline cellulose (MCC) — three cohesive powders widely used in industry were studied. Uniaxial compression was performed in a cylindrical die, 40 mm in diameter and 70 mm high, for three selected cohesive powder samples. The initial density, instantaneous density and tablet density were determined. The influence of maximum pressure and deformation rate was examined. The secant modulus of elasticity E_sec was calculated as a function of deformation rate v, maximum pressure p and powder sample. After compaction experiments in hydraulic press at three pressures - p = 30, 45 and 60 MPa - and two different deformation rates, the strength of the produced tablets was examined in a material strength testing machine.From uniaxial compression tests performed on the universal testing machine for loading and unloading, the modulus of elasticity E was calculated on the basis of the first linear phase of unloading. The total elastic recovery of tablets was also obtained.     

端面摩擦对玻璃压缩强度的影响

为了研究端面摩擦对玻璃压缩强度的影响,采用铜箔和凡士林对压缩接触面进行减摩处理,使用MTS试验机对钠钙硅玻璃样品进行应变率为10^-4 s^-1的准静态压缩试验,利用高速摄影记录了试件的破坏过程,进一步分析了玻璃强度的统计分布规律。试验结果表明:玻璃样品的接触面只有凡士林时,在压缩过程中出现显著裂纹及部分表面碎片脱落;玻璃样品在接触面加入铜箔后再涂凡士林,整个压缩过程受力均匀,未出现显著裂纹或碎片脱落,呈现为理想的均匀压缩状态。端面摩擦力的降低导致玻璃压缩强度的显著降低,这主要是因为减小摩擦力使试样端部所承受的横向约束变弱,试样处于更加接近单轴应力的状态,一定程度上减少了围压引起的强化效应。     

吸附CO2煤体的力学性能劣化机制

准确了解CO2吸附诱发煤层力学性质的变化是安全实施CO2封存的必要条件。通过进行不同CO2吸附平衡压力下煤样试件的三轴压缩试验,考察了CO2吸附后煤体力学性能的变化规律。结果表明,吸附CO2降低了煤质的表面能,进而降低了煤体整体强度;CO2吸附后引起煤体的塑性效应,导致煤体弹性模量减小;煤体的强度和弹性模量随着CO2吸附平衡压力增大而降低,其变化量可以用Langmuir型曲线描述,相关系数均达到0.99以上。高阶煤(无烟煤)强度和弹性模量均远大于低阶煤(长焰煤),而吸附CO2后高阶煤的强度和弹性模量降低百分比更高。     

DNAN力学性能分析

利用Materials Studio软件计算了DNAN和TNT晶体在常温(25℃)、常压下(105Pa)的弹性模量,预估了二者受力过程中塑性变形能力的差异;通过纳米压痕试验测试了DNAN和TNT的弹性模量及塑性变形能力;采用力学性能试验机测试了其抗压性能、抗拉性能、抗剪性能,并结合分子间作用力对强度差异的原因进行了分析。结果表明,DNAN的抗压强度为5.96MPa,抗拉强度为2.57MPa,抗剪强度为0.34MPa;TNT的抗压强度为15.57MPa,抗拉强度为2.35MPa,抗剪强度为1.8MPa;DNAN和TNT在受力过程中的弹性形变均为200nm,DNAN的塑性形变为450nm,TNT的塑性形变为1 200nm,DNAN相比于TNT更容易发生脆性断裂。     

BFRP筋轴心受压力学性能试验研究

为详细考察玄武岩纤维增强复合筋(BFRP)的轴心受压力学性能,设计制作了36个受压试件,测试BFRP筋的受压破坏模式、抗压强度、压缩弹性模量、压缩变形率,研究直径、长细比、破坏模式对BFRP筋受压力学性能的影响.试验结果表明,BFRP筋的受压破坏模式分为剪切、胀裂、失稳三种,以剪切破坏为主;受压应力—应变关系为线弹性,...     

Triaxial behavior of fiber-reinforced cemented sand

In this research, a series of laboratory tests have been performed to investigate the effects of cement and polypropylene (PP) fiber on the triaxial behavior of sand. The cement contents were 0 and 5% by weight of the dry sand. Fiber length and diameter were 18 and 0.023 mm, respectively, were added at 0 and 0.6% by weight of dry sand–cement. Triaxial compression tests were performed at confining pressures of 0.1, 0.25, 0.5, and 1 MPa. The results of the study indicate that the inclusion of PP fiber increases the shear strength and the peak axial strain. The elastic modulus of specimen decreased with increase in fiber content and increased with the increase in cement content. Moreover, the initial stiffness and peak strength increased by increasing cement content.