预加载下岩石的动态力学性能研究

动态和静态载荷共同作用下的岩石力学特性是深部地下岩石工程的关键问题。设计了用于测试静态预加载下岩石动态力学性能的分离式霍普金森压杆系统,并详细介绍了具有预加载装置的分离式霍普金森压杆系统的原理、数据分析和应力波的传播过程。通过具有预加载装置的分离式霍普金森压杆系统研究了岩石在不同预拉伸应力下的拉伸强度。结果表明:动态拉伸强度和总拉伸强度随着加载率的增加而增加,同时,在相同加载率下,动态拉伸强度随着预拉伸载荷的增加而减小,而总拉伸应力与预拉伸载荷的大小无关。此外,对不同预加载条件下岩石的动态断裂韧度也进行了研究,实验结果说明岩石的动态断裂韧度和总断裂韧度随着加载率的增加而增加。在相同加载率下,动态断裂韧度随着预加载荷的增加而减小,而总断裂韧度随着加载率的增加而增加。     

单轴动态加载下冻土的力学性能实验研究

为研究冻土单轴加载下的冲击动态力学性质,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)在-28～-3℃不同负温下对人工冻土进行了应变率范围800～1500s-1的冲击实验.获得了人工冻土在不同温度与不同应变率下的应力应变关系,发现人工冻土具有显著的应变率效应和温度效应,即冻土动强度随应变率增大和温度的降低而增大.单轴高应变率加载下,冻土没有明显的屈服现象,加载后试样完全破坏.     

预加载技术在钠钙玻璃疲劳强度测试中的应用

用预加载技术测试了钠钙玻璃试件的动疲劳强度，并分析了预加载时疲劳强度心及发布的影响，结果表明，如果预加载荷小于试件疲劳强度８０％，测得的动疲劳强度与试件真害动疲劳强度的差异可以忽略。     

碳纤维静、动态加载下拉伸力学性能的试验研究

利用岛津试验机和自行研制的旋转盘式击拉伸试验装置,对Ｔ３００和Ｍ４０Ｊ两种碳纤维实施了应变速率范围为０．００１－１３００ｓ＾－１的静、动态拉伸试验,获得了两种材料在不同应变速率下的完整的应力变曲线。     

一维动静组合加载下深部石英片岩破坏研究

为研究锡铁山铅锌矿深部石英片岩的力学特性,利用分离式霍普金森杆(SHPB)对埋深863¹ 264m的试样进行25、30、35MPa轴压下的一维动静加载实验,和采用LS-DYNA软件模拟了25、30、35、40、45、50 MPa轴压情况下的冲击实验。研究结果表明:在冲击作用下,试样的一维动态抗压强度和破坏所需的入射能随着埋深的增加而增加,并呈现出常见的压剪破坏模式;当轴压40MPa左右,埋深1 428m的岩石动态抗压值达到最大;当轴压低于40 MPa时,轴压的增大能加强试样的抗压能力;当轴压大于40MPa时,轴压的增加反而减弱了试样的抗压能力。     

岩石动态力学参数测试综述

岩石工程实践中,受动力荷载的作用现象比较普遍,例如工程爆破、自然地震及岩爆等。为了工程安全并兼顾经济效益的最大化,在这些工程问题的设计和施工中需要使用准确的岩石动态力学破坏强度及断裂韧度等力学性质。由于岩石动力测试较静态测试复杂得多,国际岩石力学学会岩石动力学专业委员会(ISRM-CRD)2012年才首次推出了岩石动态测试推荐方法,包括岩石动态压缩、动态拉伸及动态断裂方法。夏开文近几年在岩石动力实验室测量方面做了一系列工作,得到了国际同行广泛的认可,并执笔编写了ISRM动力测试推荐方法。夏开文作为新一届的国际岩石力学学会岩石动力学专业委员会(2011²015)主席,负责继续推动把更多切实有效的岩石动力测试方法建议为国际岩石力学学会(ISRM)推荐方法。在此背景下,我们结合多年来的研究工作,总结一些准确可靠的岩石动力学测试方法,希望能被应用到我国的工程爆破实践中,以期进一步提高我国工程爆破施工的高效性和安全性。     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性及破坏模式试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行不同围压与不同应变率下三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT - 150C试验机也进行了部分准静态下三轴压缩实验.根据实验结果,分析围压对砂岩动态冲击性能的影响,并讨论冲击过程中岩石的破坏模式.研究结果表明,在围压一定情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同情况下,岩石的动态压缩强度与弹性模量会随着围压的增大而增大.岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大.岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,且递增的程度随围压的增加而增加.三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式.     

预加载技术在钠钙玻璃动疲劳强度测试中的应用

用预加载技术测试了钠钙玻璃试件的动疲劳强度,并分析了预加载时动疲劳强度及其分布的影响.结果表明,如果预加载载荷小于试件动疲劳强度的80%,测得的动疲劳强度与试件真实动疲劳强度的差异可以忽略.     

不同加载条件下含预制单裂隙岩石强度和变形特性研究

为揭示不同加载条件下含预制单裂隙岩石强度和变形特性,配制相似材料,分别预制裂隙倾角α为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°,设置侧压为0,5,10 MPa,在常规压缩、循环加卸载条件下开展试验。试验结果表明:循环加卸载对岩样有弱化作用,其峰值强度小于同条件下常规加载的岩样。试验中一共观察到9种贯通模式。常规加载时,当α≥45°时,贯通模式以张性贯通为主;当α<15°时,贯通模式以剪性贯通为主;当α为15°、30°时,贯通模式以张剪性贯通为主。循环加卸载时,更容易发生剪性贯通。岩样变形过程中,由PIV粒子成像测速系统导出的流场可知,产生裂纹的区域位移方向线都发生显著变化,但并非所有位移发生变化的区域都会形成裂纹,只有当位移矢量差达到一定值时裂纹才会产生。     

实时高温下与热处理后砂岩动态拉伸特性研究

为了开展实时高温下及加热冷却后岩石动态力学性质的对比研究,利用自行设计的加热装置结合SHPB系统对两种温度状态砂岩的动态拉伸特性进行试验研究,处理温度为常温(25℃)～600℃共7组.结果表明:砂岩的率效应在两种温度状态下都存在,热处理后的砂岩拉伸强度除100℃外都比常温状态小,且随着热处理温度的增大,拉伸强度减小,温...     

冲击载荷下岩石材料动态断裂韧性测试研究进展

岩石动态断裂韧性是岩石动力学的基本力学参数之一,也是评价岩石抵抗裂纹动态起裂和扩展性能的重要参数之一。随着采矿工程、岩土工程的不断发展,冲击动态载荷下岩石动态断裂韧性的研究也愈来愈为国内外岩土工程界所关注。综述了冲击载荷下岩石材料动态断裂韧性测试研究进展,主要介绍了冲击载荷下岩石动态断裂韧性测试技术研究成就及其优缺点,并就冲击载荷下岩石动态断裂韧性测试研究发展趋势给予展望。     

动态压缩下一种碳纤维织物增强复合材料的各向异性力学性能实验研究

为获得一种碳纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料准静态和动态压缩力学性能, 对其三个主方向(垂直于碳布方向、碳布经向、碳布纬向) , 分别利用Inst ron 试验机和SHPB 实验技术, 进行了准静态压缩和动态压缩实验。得到了三个主方向从低应变率(10 -3 / s) 到高应变率(约103 / s) 下的压缩应力2应变曲线和压缩强度, 并通过分析得到了三个主方向上的动态压缩响应特点: 垂直于碳布方向的力学性能及其与应变率的相关性主要由树脂基体所控制; 碳布经向和纬向的力学性能主要由碳纤维所控制, 并且和纤维初始微屈曲相关。最后, 分别给出三个主方向上的压缩强度和弹性模量与应变率相关性的表达式。      

燃烧合成TiC-Ni材料的室温及高温力学性能

研究了燃烧合成新工艺制备的TiC-Ni金属陶瓷材料的力学性能。结果表明:TiC-Ni金属陶瓷硬度值和抗弯强度在Ni含量为20 wt%时达到最高值,断裂韧性在Ni含量为30 wt%时达到最大值,TiC-Ni材料在室温下具有无宏观塑性变形的脆性断裂特征。随着温度的升高,TiC-Ni材料弯曲强度下降,温度超过1000℃开始发生塑性变形。其强度与传统方法生产的相近成分材料相比比较接近。      

3Y—TZP多晶材料密度,断裂相变与力学性能的相互关系

通过对不同密度的Ｙ－ＴＺＰ（钇稳定四方相氧化锆多晶体）材料的力学性能（强度、韧性及硬度）和断裂时相变性能的研究，发现材料的相对密度不仅直接影响其力学性能，而且影响断裂时断口四方相向单斜相的相变量，材料密度越高，相变量越大，材料密度和断裂时断口相变量共同决定了材料的力学性能。     

管道承插式接口轴向力学性能试验研究与数值模拟

通过球墨铸铁供水管线承插式接口抗拉静载力学性能试验,分析管道接口轴向的拉伸力学性能和破坏模式,并建立相应管道接口受力分析的有限元数值模型。在外部无覆土、加压注水条件下,对球墨铸铁输水管道承插式接口进行拟静力拉拔试验,模拟其在地震作用等往复荷载下的轴向受力与变形特征。试验结果表明,加载方式以及管道内部水压等对接口的轴向抗拉力学性能和破坏方式的影响不大,抗拉极限位移达到60 cm。基于OpenSees计算平台建立管道接口有限元模型,并对试验结果进行了模拟,结果表明建立的管道接口有限元模型能够较好地模拟管道接口在轴向往复荷载作用下的刚度退化和耗能等力学特征,为埋地管道在复杂轴向荷载作用下的受力分析和性能评估提供了必要的试验数据和计算模型。     

团块缺陷结构对岩石静动力学特性影响的数值模拟分析

基于颗粒流离散元法和PFC^2D程序构建含团块缺陷结构的岩石数值模型试样,指定试样中部1 cm半径范围为团块缺陷,通过0.1倍、1倍和10倍关系改变团块细观力学参数,构建A、B和C三种数值试样类别,分别进行三轴压缩和三轴疲劳试验。通过试样破坏特征、强度特征、团块及周边应力、应变率特征分析缺陷岩石静、动力学特性。试验结果表明,压缩和疲劳荷载下A类试样在团块左右方向应力集中,而上下方向（包括团块内部）为低应力区;C类试样与之相反,B类试样无明显应力集中现象。无论压缩或疲劳荷载,A类试样团块应变率高于四周,C类试样与之相反,B类试样无明显应变率差异化。研究成果揭示：1）岩石内部团块状缺陷结构无论其材料强度高低均劣化岩石抗压强度;2）静动荷载加载过程中含团块缺陷岩石内部表现出应力场不均匀性和应变差异性。     

岩石在爆振下的动力损伤特性研究

根据混凝土试样在模拟爆振台上的爆振损伤试验，利用声波作为无扰动损伤测试方法，推导了用波速表述的爆振损伤本构方程及动力损伤演化律，理论模型的计算结果与试验结果吻合较好。     

岩石在爆振下的动力损伤特性研究

根据混凝土试样在模拟爆振台上的爆振损伤试验,利用声波作为无扰动损伤测试方法,推导了用波速表述的爆振损伤本构方程及动力损伤演化律,理论模型的计算结果与试验结果吻合较好。     

围压下岩石的冲击力学行为及动态统计损伤本构模型研究

采用改进后具有主动围压加载装置的f100mm 分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,研究了斜长角闪岩在不同围压等级(0MPa~6MPa)和不同应变率(50s^-1~170s^-1)下的冲击压缩力学性能。试验结果表明：在相同围压下,斜长角闪岩的动态抗压强度随应变率的增加而近似线性增加,动态增长因子与应变率的对数呈近似线性关系,体现了显著的应变率相关性;在同等级应变率范围内,随着围压的增加,岩石的增强效果逐渐增强,显现出较强的围压效应。采用组合建模的方法,将统计损伤模型和粘弹性模型相结合,建立了基于Weibull 分布的动态损伤本构模型。验证发现,修正后的模型曲线和试验曲线吻合较好,表明所构建本构模型是合理的,可为进一步研究和工程应用提供一定的参考。