水压环境下砂岩蠕变特性试验研究

水利工程中的坝基和库岸岩体长期在高应力和高水压的共同作用下会产生蠕变现象,对工程稳定性产生很大影响。针对水利工程中岩石在流固耦合作用下的蠕变问题,选取某水电站引水隧道线路上震旦系砂岩为研究对象,利用MTS试验机和扫描电镜（SEM）分别对干燥和饱和状态下砂岩的常规物理力学参数和微观结构进行测试,分析砂岩在不同状态下的主要物理参数和微观结构变化;在此基础上,利用专用的微机控制轴压水压联合作用岩石流变试验系统,通过对砂岩试样施加不同的水围压,对其蠕变过程进行试验研究,分析水压对蠕变变形量、蠕变速率和长期强度的影响。结果表明：砂岩内部存在大量的微孔隙,砂岩在饱水状态下,呈现出软化特性,饱水砂岩的抗压强度与弹性模量均小于干燥砂岩;砂岩在稳定蠕变阶段的变形量随水压的增大而增加,水压的增加降低了砂岩的强度和抵抗变形的能力,导致岩石初期和稳定蠕变阶段蠕变量的增大;水压越高岩石蠕变的初始应变率越大,衰减至稳定蠕变阶段所需时间越长;水压能通过岩石表面的孔隙渗入到岩石内部,在裂纹发展的过程中,孔隙水压力总能及时到达裂纹尖端,形成“锲入”作用,促使裂隙的扩展和贯通,加速岩石破坏变形,从而降低了岩石的承载能力和长期强度。     

冻融循环作用下尾矿坝的力学响应特征

寒区冻融环境条件下,尾矿砂的冻融、缩胀、损伤破坏给寒区尾矿坝工程造成极大的危害。为探究冻融循环作用下尾矿坝变形规律,揭示其变形机制。采用自主设计的尾矿坝相似模型试验装置,开展不同冻结温度（-5、-25、-45℃）条件下,尾矿坝的变形规律模型试验。借助土压力、激光位移、孔隙水压力传感器,采用动态数据采集仪采集相关数据,分析冻融循环过程中尾矿坝各关键位置应力、变形、孔隙水压力的动态变化规律。试验结果表明：坝体内应力随冻结温度的降低而增大,在冻融循环前期,尾矿坝各关键位置应力增长速度明显高于冻融循环其他阶段。坝体内孔隙水压力随冻结温度的降低而减小,坝体越深,孔隙水压力的变化幅度越大,周期性更强,也更具有规律性。冻结温度具有明显的位置效应,越靠近尾矿坝边缘,坝体变形量越大,变形速度越快。     

真三轴不同应力路径下深部砂岩力学特性

采用多功能真三轴流固耦合系统,对深部砂岩试件进行了不同模拟深度、不同应力路径下的还原初始应力试验,得到了相应工况下深部砂岩试件的全应力-应变曲线,分析了相应的变形及强度特性.结果表明:在还原σ_z,σ_y,σ_x过程中,σ_z-ε_x,σ_z-ε_z,σ_z-ε_y曲线出现了长度不一的"平台"特征;深部砂岩试件峰值强度随着模拟深度的增加而增大;通过引入压裂系数,得出了从初始应力状态点到峰值强度点对应的体积变形量仅占初始应力状态下体应变的10%～20%;不同应力路径下,相比于Drucker-Prager准则,Mogi-Coulomb准则更适合描述岩石的强度特性.     

真实水压作用下裂隙大理岩蠕变特性试验研究

软弱层间带裂隙岩石的水压弱化效应是水利工程长期稳定研究的重要方向。针对锦屏一级坝肩软弱层间带裂隙大理岩在高水压力作用下的长期变形特性,采用特定的岩石流变试验系统,开展不同水压作用下预制裂隙大理岩的蠕变试验,结合典型蠕变过程曲线分析水压对裂隙岩石蠕变变形、蠕变速率、蠕变破坏荷载及长期强度的影响,并基于蠕变破坏断口的电镜扫描成果,从细观角度分析岩石蠕变破坏机制。结果表明：裂隙岩石宏观破裂现象与断口微观特征相吻合,随着水压的增加,岩石破裂形式逐渐由张拉破裂向剪切破裂过渡,破裂断口由凹凸锯齿状逐渐趋于平滑。压力水沿岩石裂隙的“楔入”可加速原始裂纹的发育,促进岩石的蠕变发展,水压越大,“楔入”效应越明显,加速蠕变速率越大,加速阶段持续时间越短,蠕变破坏的分级荷载越小;相较于稳定蠕变阶段,水压对加速蠕变阶段的影响效应更大。裂隙岩石长期强度约占完整岩石峰值强度的50%~70%,水压的增大会降低岩石的长期力学性能,并加速岩石的蠕变破坏,工程中建议取稳定蠕变阶段最大一级强度作为裂隙岩石的长期强度。研究成果的应用可提高锦屏一级水电站长期稳定运行评估的准确性,并为裂隙岩石蠕变本构模型研究提供重要支撑,具备显著的工程应用与理论研究价值。     

煤矿砂岩双向加载下力学特性及破坏特征实验研究

随着开采深度的不断加深,开采活动在地下开挖体周边引起的压缩应力可能足以引起岩爆甚至作业人员伤害等灾害.地下开挖体周边岩石处于平面应力或平面压缩状态.为了研究地质材料的双轴强度.对从煤矿井下采出的100 mm立方体灰砂岩试件的双轴力学性能和强度进行了实验研究.双轴压缩的加载速度为1 MPa/s.对砂岩立方体试件和标准试件的单轴强度进行了测试并与双轴试验结果进行比较.实验采用了2种加载路径:一种是保持双向受力相等直至破坏;另一种是保持双向受力相等直至单轴抗压强度的1/2,然后保持约束荷载恒定,增加另一荷载直至破坏.给出了试验结果和所观察到的现象,探讨了砂岩双轴加载的破坏机理.试验结果表明,随着约束荷载的增加,岩石双轴强度显著增加,试件的破坏通常由加载初期开始,并持续地沿自由面片落,最终产生加载平面外的剪切破坏,同时伴随轻微的断裂声响.     

不连续周期荷载作用下砂岩力学特性试验研究

为探究砂岩在不连续周期荷载作用下的力学特性,基于周期荷载作用下岩石的损伤特性,开展普通周期荷载试验中加入时间间隔的疲劳试验.试验结果表明:普通周期荷载试验中,随着循环次数的增加,岩石的轴向残余应变逐步趋于稳定值;在时间间隔的影响下,设置时间间隔后的轴向残余应变始终大于未设置时间间隔时的残余应变;时间间隔越长残余应变累加得越快,砂岩的疲劳寿命越小;砂岩的疲劳破坏是不同时间间隔条件下由内部微裂纹压密、闭合、张开、扩展等作用下的宏观表现,时间间隔使残余应力在砂岩内部持续产生作用,时间间隔越长作用效果越明显.     

冻融循环作用下EPS轻质土力学特性试验研究

为研究轻质混合土在冻融循环作用下的物理和力学特性的变化规律,对不同EPS颗粒和水泥掺量下的轻质土试样进行冻融循环试验,在经历0、1、3、6、9次冻融循环时,对试样的体积、质量以及无侧限抗压强度进行测量。试验结果表明：随着水泥和EPS颗粒掺量的增加,轻质土的冻胀率和质量损失率会逐渐下降。通过无侧限抗压强度试验,得到了不同冻融循环次数下的轻质土应力应变曲线,结果表明轻质土的抗压强度会随着冻融循环次数的增加而降低,但当EPS颗粒掺量和水泥掺量提高后,轻质土抗压强度的损失速率明显降低。当EPS颗粒掺量达到2.5%时对改善强度损失改善效果不明显,可以认为2%EPS掺量为轻质土的“临界掺量”。基于数据建立了抗压强度和冻融次数之间的定量关系,两种函数均能反映在冻融循环后其抗压强度的劣化规律,为轻质土在严寒地区的应用提供了参考。     

轴压水压耦合作用下裂隙砂岩蠕变特性

在水利水电、水底隧道等岩土工程建设中,伴有初始损伤的岩石材料长期处于轴压水压耦合环境下,严重影响岩土工程的长期稳定性.为保证处于轴压水压耦合环境下岩土工程的长期稳定性,以预加载制备的裂隙砂岩岩样为研究对象,利用特制的流固耦合多通道岩石流变系统,开展轴压水压耦合作用下裂隙砂岩单级加载蠕变试验及其蠕变模型研究,主要分析压力...     

尾矿砂力学特性的试验研究

系统地研究尾矿砂的物理及渗透、压缩与抗剪等方面的特性，探讨了尾矿砂在高压下的压缩及张度特性，并按ε－υ模型计算出所需的参数，以供坝体稳定和变形验算。     

平面应变条件下冻融循环对黄土力学性质的影响

以原状黄土为研究对象,通过平面应变试验,研究冻融循环对原状黄土物理力学性质的影响.结果表明:随着冻融循环周期的增大,土样表面损伤越严重;在同含水率、同固结围压的条件下,原状黄土的偏应力-轴向应变(σ1-63)-e1曲线随着冻融循环次数的增大而逐渐减小,并且冻融循环对原状黄土(σ1-σ3)-ε1曲线的劣化作用随着含水率的...     

冻融环境下混凝土应力-应变关系的试验研究

采用ASTM C666快速冻融方法,对18个(6组)抗冻等级为D300的混凝土棱柱体试件分别进行N=0、100、150、200、250、300次冻融循环试验,并利用SEM扫描电镜观察冻融作用前后混凝土内部显微结构的变化,最后对各组试件进行单轴受压破坏试验,得到了不同冻融循环次数作用后混凝土的应力-应变试验曲线.根据试验结果,得出了混凝土随着冻融循环作用次数的增多,其内部结构以及各项基本力学性能(包括极限承载力、横向变形系数、弹性模量等)均呈现不同程度的衰减趋势,并建立了与相对动弹模损失率相关的应力-应变全曲线方程及相关参数,为进一步开展混凝土结构在冻融环境下的工作机理与计算模式的研究提供依据.     

冻融循环作用后圆钢管混凝土界面粘结性能试验研究

为研究冻融循环作用后圆钢管混凝土界面粘结滑移性能,以冻融循环次数、钢管壁厚、混凝土强度为变量,设计21个试件进行推出试验,分析冻融损伤后圆钢管混凝土柱粘结强度、荷载—滑移及钢管应变的变化规律。结果表明：经冻融循环作用后圆钢管混凝土柱的荷载—滑移曲线与未经冻融试件趋势相似,均可分为上升段、下降段、残余段;受冻融循环作用影响的圆钢管混凝土柱界面粘结性能下降,粘结强度与冻融循环次数成反比,界面滑移量总体呈上升趋势;增大套箍系数可增大试件界面粘结强度,提高圆钢管混凝土柱抗冻性能。根据试验结果,提出考虑冻融循环次数和套箍系数的圆钢管混凝土柱粘结强度计算表达式,计算结果与试验结果吻合良好。     

Experimental study on mechanical properties of reactive powder concrete

The axial compressive strength,axial tensile strength,elastic modulus,poisson ratio and stress-strain relationship of RPC are obtained by compressive tests and tensile tests of RPC prism.Mathematical models of axial compressive and axial tensile stress-strain relationship are established,from which the equivalent coefficient of compressive and tensile stress diagram of cross-section in RPC beam are deduced.The results provide the theory basis for the design of RPC structure and the wider popularization of RPC.     

冻融环境下混凝土的断裂损伤试验研究

为研究冻融作用后混凝土的断裂性能及断裂特征,依据GBJ82-85混凝土快速冻融循环试验方法,对24组共72块混凝土试件进行冻融试验.采用四点弯曲试验法分析了300次快速冻融循环条件下水灰比、引气剂对混凝土断裂韧度,断裂能及相对动弹模损失率的影响,并进行了混凝土形貌分析.结果表明,随冻融循环次数的增加,混凝土的断裂韧度、断裂能及相对动弹模损失率呈明显下降趋势,水灰比越大、混凝土随冻融循环次数增加损伤程度越大.引气剂能够大幅度降低由于冻融循环造成的混凝土结构的损伤,断裂能损失率与相对动弹模损失率之间具有良好的线性关系.     

初始损伤–载荷–冻融作用下红砂岩的孔隙结构及力学特性

中国寒区的岩体支护、边坡开挖等工程需要深刻认知、准确评估载荷和冻融诱发岩体的损伤情况,尤其是裂隙岩体的损伤。研究采用核磁共振技术测试含单裂隙红砂岩试样在初始、力学循环加载后、冻融循环后三个阶段的孔隙度、T2谱分布等微观孔隙参数,随后测试损伤后试样的力学参数,以量化、评估力学循环加载、冻融循环对试样孔隙参数及力学性质的影响。试验结果表明,荷载和冻融先后作用下不同试样的孔隙结构和力学性质有相似的变化规律。试样随着力学循环加载其孔隙度不断增大,随着冻融循环作用其孔隙度继续增大。循环载荷作用促使试样孔隙度的增大以原有孔隙扩展为主,冻融循环作用促使试样孔隙度的增大以新增小孔隙和原有孔隙扩展为主。载荷、冻融都将导致试样强度、弹性模量的损伤,单一冻融作用下红砂岩试样强度损伤在5%-10%,但载荷、冻融先后作用下试样强度损伤达到20%-30%,试样的初始强度越小其强度损伤越大。分析试样的微观孔隙和宏观力学之间的相关性,发现损伤试样的孔隙度增幅与试样的强度降幅呈正相关。     

铅在氧化铝微粒上吸附的扫描电镜观察

通过使用含醋酸-磷酸配位体溶液与否进行了两种溶液的实验对微量金属Pb在A l2O3微粒上的结合进行了研究.根据溶液中的化学反应平衡常数的平衡计算,可以显示每种溶液中相应的pH值时会生成Pb的各种可溶性复合物和Pb的沉淀物.借助扫描电子显微镜(SEM)及其必要的辅助手段X线光谱微量分析技术在微观水平上很好地观察并区分重金属Pb在A l2O3微粒表面上是以复合物形式吸附还是以氢氧化物沉淀形式存在这一有趣现象.在电镜下,Pb的复合物[Pb(CH3COO)2]、[Pb(CH3COO)+]、[PbHPO4]和[PbH2PO4+]在A l2O3微粒表面上的吸附显示为许多界限不清的弥漫明亮区.而Pb在A l2O3微粒表面上所形成的PbO沉淀则显示为许多近似环形的界限清楚的明亮区.     

冻融环境下PVA纤维水泥基复合材料断裂性能

针对冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料断裂性能的影响问题,提出了基于快冻法的三点弯曲试验方法,研究了冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料的起裂韧度、失稳韧度及断裂能的影响,并对冻融循环后的试件质量及表面现象进行了分析.结果表明:在冻融循环250次后,试件的质量增加1.92%,起裂韧度、失稳韧度、断裂能分别降低了37.2%、51.1%及48.4%;随着冻融循环次数的增加,试件的质量呈现增长趋势,试件表面破坏情况愈发严重,试件的起裂韧度、失稳韧度及断裂能均呈现下降趋势.     

冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土的粘结性能

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析冻融作用下粉煤灰掺量对钢筋与粉煤灰混凝土间粘结性能的影响,得出冻融循环作用对钢筋与粉煤灰混凝土之间粘结性能的影响规律。试验结果表明：钢筋与粉煤灰混凝土的粘结强度随粉煤灰掺量的增加而降低;当粉煤灰掺量一定时,随着冻融循环次数的增加,混凝土强度有所下降,钢筋与粉煤灰混凝土间极限粘结强度降低;当粉煤灰掺量较大,达到40%时,随冻融次数的增加,钢筋粉煤灰混凝土试件极限粘结强度的下降幅度明显减缓,极限粘结强度对应的滑移量增大。表明掺入较多粉煤灰可使试件的冻融损伤现象得到缓解,冻融环境下钢筋混凝土的粘结性能得到提高。     

石墨烯增强传统砂岩文物修复材料性能研究

川渝地区分布有8000余处石窟和摩崖造像,大部分凿刻于砂岩中,长期环境作用导致砂岩性能劣化,对赋存文化遗产的安全造成威胁.为了提升传统砂岩文物修复材料的性能,将石墨烯纳米片加入传统修复材料中,运用传统工艺制备出"CH@G"灰浆.结果表明,加入石墨烯纳米片的CH@G灰浆的力学性能和体积稳定性较传统材料明显提高.当石墨烯纳...