不同单一裂隙倾角对岩体破坏特征的影响

为了探求不同裂隙倾角对岩体破坏特征的影响,针对相似模拟试件进行室内试验。通过试验研究了单轴压缩含有裂隙试件的岩石断裂和节理滑动行为。经测试的岩石模型具有与水平倾角为0°、30°、45°、60°、90°的持久单一裂隙。结果表明,在单轴条件压缩下,完整试件的强度高于存在裂隙的试件;预制裂隙倾角影响着裂隙的发育程度,通过试验结果将裂纹发育程度从大到小排列依次为:60°、45°、0°、30°、90°;不同预制裂隙倾角试件的单轴抗压强度曲线近似成倒U型,并且预制裂隙的倾角在30°与45°之间存在着对试件强度影响最大的角度。     

某型复合固体推进剂-40℃条件下准静态力学性能仿真

为了研究某型复合固体推进剂在低温（-40℃）时的准静态力学性能,采用有限元方法,对该复合固体推进剂低速单轴拉伸实验进行了简化和仿真。根据实验数据拟合朱王唐非线性黏弹性本构方程各未知参量,计算过程中采用修正Newton迭代法结合加速收敛技术来解决大变形问题。将仿真结果与实验结果进行对比后表明：二者吻合较好;通过数学方法修正朱王唐非线性黏弹性本构方程,可表征低温下复合固体推进剂的准静态力学性能,为进一步研究低温下复合固体推进剂的动态黏弹特性提供了依据。     

卧式单轴捏合反应器流动与混合特性的数值模拟

选取卧式单轴捏合反应器为研究对象,搭建了一个可视化实验装置来研究其分布混合过程,并且通过三维有限元数值模拟方法和网格重叠技术获取了高黏牛顿流体在反应器中的流速分布、剪切速率分布与混合指数分布,进一步采用粒子示踪技术分析了全局与局部分布混合过程,对示踪粒子的运动轨迹进行统计分析得到了拉伸率与混合效率,并且考察了搅拌结构对流动与混合过程的影响。结果表明,实验与数值模拟结果吻合较好。捏合反应器中几乎不存在流动死区,搅拌轴上的动态捏合杆与搅拌槽壁面上的静态捏合杆之间存在周期性的捏合作用,可以强化自清洁性能、剪切作用、整体与局部分布混合过程、分散混合性能以及混合效率。拉伸率随着混合时间以指数形式增加,时均混合效率大于零。     

硫酸盐侵蚀下混凝土单轴压缩力学行为模拟及孔隙特征研究

为了研究硫酸盐侵蚀下混凝土力学行为及内部孔隙结构的变化规律,本文对在0%、10%、15%、20%四种不同质量分数硫酸钠溶液浸泡210 d的混凝土试件进行单轴压缩试验,并通过PFC^2D软件模拟应力场分布以研究试验过程中裂缝演化规律,并结合核磁共振分析其浸泡后内部孔隙分布情况。结果表明:混凝土的峰值应力、弹性模量均随浸泡浓度的增大而下降;根据PFC^2D模拟结果,在单轴压缩过程中混凝土内部最早出现张拉裂缝,随后裂缝继续扩展,逐渐出现张拉与剪切复合裂缝,最终形成一条沿对角线贯穿的剪切裂缝;硫酸盐侵蚀后混凝土T₂分布曲线有3个波峰,内部孔隙主要以微孔、小孔为主,随着浸泡浓度的增长,其微孔逐渐向小孔转化,导致混凝土的T₂峰1幅值和面积逐渐增大。     

混凝土单轴受拉断裂行为的近场动力学模拟

混凝土的宏观力学行为取决于材料组成及其性质。本文基于键基近场动力学理论建立了多相非均质性的混凝土细观尺度数值模型,研究了单轴拉伸作用下混凝土的宏观力学性能和断裂过程。通过改变粗骨料含量、砂浆强度、粗骨料强度以及界面过渡区强度对模型合理性进行了验证。结果表明:软化段之前的应力-应变曲线能够被很好重现,能准确描述混凝土在单轴拉伸作用下的力学性能和断裂过程;调整数值模型中各相材料的力学参数能够合理模拟出不同类型的混凝土在单轴拉伸作用下的断裂过程。     

玄武岩纤维编织网的网格尺寸对混凝土拉伸性能的影响

为研究网格尺寸对玄武岩纤维编织网增强混凝土(BTRC)拉伸性能的影响,进行了不同网格尺寸的4组48个试件的BTRC薄板单轴拉伸试验,分别从宏观和细观尺度分析BTRC薄板的破坏模式。在分析过程中采用ACK模型验证BTRC薄板拉伸的本构关系方程,并通过有限元模拟对结果进行对比验证。结果表明:BTRC薄板在拉伸荷载下呈明显的应变硬化特点;BTRC薄板的破坏模式为典型的脱黏破坏,且网格尺寸越小,纤维编织网与混凝土之间的黏结性能越好,单裂缝开展的细小裂纹越多;玄武岩纤维编织网不会改变混凝土的开裂强度,却能明显地提高其极限抗拉强度;编织网的网格尺寸越小,有效受力纤维束越多,抗拉强度越高。     

玄武岩复合材料筋增强ECC受拉性能及裂缝控制机理

工程水泥基复合材料(ECC)因其高韧性和多缝开裂特性成为研究热点,纤维复合材料(FRP)因具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性好等优点而受到广泛关注。为研究玄武岩复合材料(BFRP)筋增强ECC(BFRP-ECC)的受拉性能以及筋材对基体的裂缝控制机理,考虑了基体类别和配筋率等因素,对ECC狗骨试件、BFRP-ECC和BFRP-砂浆薄板试件进行了单轴拉伸试验,同时借助数字图像相关法(DIC)技术获得了试件受拉过程中的全场应变和开裂状态,基于Richard的弹塑性应力应变公式提出了BFRP-ECC单轴受拉应力应变本构模型。结果表明:BFRP-ECC的极限拉应力随配筋率的增加而增大;ECC基体对复合材料的受拉性能增强效果优于砂浆基体,同时以ECC为基体的复合材料在裂缝间距和宽度控制上都明显优于以砂浆为基体的复合材料;BFRP筋能增加BFRP-ECC裂缝处的桥连应力,减小裂缝间距和宽度,增加裂缝数量。本文建立的BFRP-ECC单轴受拉应力应变本构模型与试验数据吻合良好,较好地反映了BFRP-ECC受拉应力应变关系。     

单轴应力下烟煤氧化?自燃灾变温度

为探究不同埋藏深度裂隙煤体氧化-自燃过程在单轴应力作用下的影响规律,本文通过荷载加压煤自燃特性实验平台,采用新疆硫磺沟矿区烟煤煤样,开展了施加单轴应力在0～8 MPa下的贫氧环境程序升温试验.根据加压试验中烟煤产生气体随温度的变化关系,计算了烟煤在单轴应力下升温过程表观活化能和耗氧速率.结合煤自燃氧化动力学和热解参数,阐述了单轴应力下煤体由缓慢氧化到快速氧化的非线性发展过程,并基于突变理论解算出试验条件下烟煤氧化-燃烧过程的突变温度和临界温度,确定出4个特征参数:突变温度TCO(CO表征)和THy(耗氧速率表征),临界温度T'CO(CO表征)和T'HY(耗氧速率表征),并分析了不同特征参数随单轴应力的变化规律.结果 表明:热解气体浓度、表观活化能和耗氧速率随单轴应力增大呈先增大后减小再增大的三次函数规律(其中1.8和5.5 MPa时为临界轴压),1.8 MPa时表观活化能和各项特征参数数值最低,煤氧反应速率最快,耗氧速率最高;单轴应力为5.5 MPa时耗氧速率最大,煤体新生裂隙最多;单轴应力对TCO特征参数影响最大,煤自燃缓慢过渡到快速氧化的温度指标,由CO浓度表征的突变温度TCO表征最为准确.该研究结果对于矿井不同埋深煤自燃预警和防控具有重要理论指导意义.     

缓冲/回填材料的热损伤与纵波速度关系研究

采用岩石力学试验系统、超声波检测仪、扫描电镜等设备对缓冲/回填材料在25℃～300℃范围内的力学特性和纵波速度进行研究。结果表明:在200℃以前,缓冲/回填材料的应力–应变曲线斜率、单轴强度随温度的上升而呈增大趋势;200℃～300℃的应力–应变曲线斜率、单轴强度随温度升高都有不同程度的降低。缓冲/回填材料的平均纵波速度在25℃～100℃时呈增大趋势,在100℃～300℃呈减小趋势。因此,纵波波速与单轴强度相关性与缓冲/回填材料的特性不同。