高温后砂岩单轴压缩加载速率效应的试验研究

温度是影响岩石材料物理力学性质的重要因素,为考察温度对砂岩加载速率效应的影响规律,对25℃～800℃之间6种温度水平后的砂岩试样分别进行不同加载速率下的单轴压缩试验。试验结果表明：① 高温后砂岩的物理性质出现一定的劣化,由25℃升高至800℃,密度和纵波波速分别减小了5.89%和73.72%;② 随着温度的升高,砂岩峰值强度和弹性模量逐渐减小,峰值应变逐渐增大,而峰值强度随温度的变化过程受加载速率的影响较大;③ 高温后砂岩的峰值强度和峰值应变具有明显的加载速率效应,且服从正线性关系,相关性参数A表征了材料受加载速率影响的显著程度,随着温度的升高参数A呈现先减小后又增大的趋势;④随着温度和加载速率的增大,砂岩破坏形态由拉剪混合破坏逐步转化为单一斜剪破坏,破坏程度愈渐剧烈,分形维数也逐渐增大。     

经化学溶蚀并高低温作用后砂岩的力学特性试验研究

选取四川黄砂岩为岩样,通过单轴压缩试验,研究砂岩在不同化学溶液(HCl溶液、NaOH溶液、水溶液)中浸泡后经高温,冻融循环后的力学特性,分析各溶液下砂岩的应力-应变关系、峰值应力、峰值应变、弹性模量等物理力学特性在经历不同高温、不同最低冻结温度后的变化规律,从微观力学和化学机理的角度探究砂岩的损伤机理。试验结果表明:冻结温度的降低会对砂岩造成一定的损伤劣化;-40℃以后,砂岩表面孔洞和坑蚀逐渐增多,损伤劣化程度逐渐增大,HCl溶液对冻融损伤劣化有一定的促进作用。高温会使得砂岩表观形态发生改变,延性逐渐提高;600℃时,砂岩的弹性模量和峰值应力达到最大,然后随温度的提高而降低。     

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.     

经历高温后花岗岩与混凝土力学性质的试验研究

对经历高温后的花岗岩和高强混凝土的力学性能进行了试验研究。比较分析了经历不同温度作用后花岗岩和混凝土的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化情况。研究表明:随受热温度的升高,花岗岩和高强混凝土的强度、弹性模量逐渐下降,峰值应变逐渐增大。高温后花岗岩具有明显不同于高强混凝土的特点,受热温度低于400℃,花岗岩的力学性质变化很小,而混凝土的力学性质迅速劣化。高温对混凝土力学性质的影响程度比对花岗岩要明显。     

高温条件下砂岩动态力学特性试验研究

为研究实时高温作用对岩石动态力学性能的影响,利用φ50 mm变截面分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置及高温环境箱,对砂岩试件进行了常温(25 ℃)、100 ℃、200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃和1 000 ℃7个温度等级的冲击压缩试验,得到了不同温度砂岩试件的动态应力、应变、弹性模量和应变率等,分析了温度变化对砂岩动态力学性能和破坏形态的影响规律。试验结果表明:高温条件下砂岩试件的动态力学性能比其常温状态下发生了显著变化。随着作用温度的升高,砂岩试件的动态抗压强度表现为先增大后减小,峰值应变呈线性增加,弹性模量整体呈二次抛物线下降,平均应变率呈二次抛物线增加;试件受冲击破碎程度随作用温度的升高表现为先减少再逐渐增大的趋势,其动态破坏特征也反映了砂岩试件的强度特征。     

高温下不同等级衬砌混凝土力学性能试验研究

对四个等级的衬砌混凝土,C30,C40,C50,C60试块分别在300℃,500℃,700℃,900℃下进行了强度、峰值应变及弹性模量等力学性能试验研究,总结了高温下不同等级混凝土这些力学指标的变化规律。试验结果表明,高温下混凝土的抗压强度总体上随着温度升高而降低,混凝土的等级越高,高温下强度衰减得越快;混凝土等级及所处温度对混凝土的峰值应变有明显影响,混凝土的峰值应变随着温度的升高而逐渐增大,700℃以下,等级越高峰值应变增长幅度越大;弹性模量总体上随着温度升高而降低。     

高温后石灰岩的物理力学特性研究

对焦作石灰岩在常温及经历100℃～800℃不同温度作用后的物理力学特性进行了试验研究,详细分析了加温后石灰岩的表观形态、体积、质量、密度和纵横波波速以及单轴下石灰岩的峰值应力、峰值应变和弹性模量等的变化情况,并对石灰岩高温劣化的影响因素进行了分析。研究结果表明,高温使石灰岩的表观形态发生改变：在400℃以内,温度对石灰岩的物理力学性质的影响不大;200℃以下石灰岩的体积略微减少,超过200℃后石灰岩的体积明显增大,石灰岩的密度随温度的升高而逐步减少;随温度的升高,石灰岩的纵、横波波速大都呈现下降;高温后石灰岩的波速比变化呈无规律性;高温后石灰岩的动弹性模量随温度上升而下降。经历的温度超过400℃后石灰岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,而800℃内石灰岩的峰值应变随温度的升高变化不明显。温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致石灰岩物理力学性质发生改变与高温劣化。     

高温后砂岩静、动态力学特性研究与比较

 通过在SHT4206电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统上对高温作用后砂岩分别进行静、动载荷加载试验,系统地分析比较了热作用后砂岩在静、动载荷加载下的破坏模式、峰值强度和峰值应变的差异,并从微观角度探讨温度对岩石力学性质的影响。研究结果表明：(1) 高温后砂岩的动态力学特性与静态力学特性相比变化显著,随着温度的升高,静载荷时岩石破坏模式表现为劈裂破坏并伴随着脆性断裂,而动载荷作用时岩石破坏模式表现拉伸破坏;(2) 静、动载荷作用下的峰值强度随着温度的升高而明显降低,且基本呈线性关系,静载荷作用下,平均峰值强度从126.37 MPa降到64.76 MPa,降低幅度为48.8%,动载荷作用时,平均峰值强度从176.3 MPa降到83.1 MPa,降低幅度达到了52.9%;(3) 静、动载荷作用下的峰值应变都随温度的升高而增大。温度引起的热应力和微结构的变化导致砂岩力学性质发生改变,以及不同加载方式引起试样内部孔隙扩展和微裂纹的生成方式不同,导致其抵抗外力变形的能力存在差异。     

高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性 试验研究

 通过在MTS815.03电液伺服岩石力学试验机上对焦作方庄煤矿煤层顶板粗砂岩进行高温后常规三轴压缩试验,基于试验结果研究不同温度作用后常规三向压缩条件下粗砂岩宏观力学特性,分析粗砂岩强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角和极限应变与温度的关系;同时对粗砂岩强度、平均模量与围压关系进行探讨。研究结果表明,围压一定,温度为25 ℃～300 ℃时,随着温度的升高,试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大,而变形模量有所降低。高温产生的热应力起到容纳变形和裂隙闭合作用,砂岩试件部分原生裂隙逐渐愈合,裂隙数量减少,密实程度提高,矿物颗粒间接触关系得到改善,摩擦特性得以增强;超过300 ℃ 以后,随着温度的升高,粗砂岩试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均有所减小,而峰值变形逐渐增大,由高温引起的粗砂岩矿物颗粒的不同热膨胀率导致跨颗粒边界的热膨胀不协调,从而产生结构热应力使试样内部产生微裂隙,试样承载能力和抗变形能力减弱。而围压对粗砂岩的力学性质起到改善和强化作用,当温度一定时,随着围压的升高,粗砂岩试件强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大。     

高温水冷玄武岩微观机理及物理力学特性分析

为研究高温水冷对玄武岩物理力学特性的影响,对常温(25℃)和经历高温(100℃、300℃、450℃和600℃)水冷处理后的玄武岩试样开展物理测试试验、静态单轴压缩试验、X衍射及电镜扫描试验,分析了高温水冷后试样的微观损伤机理以及试样物理力学特性与温度的相关性。结果表明：高温水冷并未改变玄武岩主要的矿物成分,但对其相对含量有所影响;温度梯度越大,热冲击导致的内部裂纹越多,当温度升至600℃时,微观结构出现韧窝破裂形式;随着温度的升高,试样逐渐由灰绿色转变为红色,质量损失率不断增大,纵波波速不断减小,应力应变曲线逐渐变平缓,峰值强度和弹性模量则呈劣化趋势,且劣化程度逐渐加剧;在高温水冷与荷载耦合作用下,试样总损伤变量演化曲线随温度的升高逐渐变缓,表明试样逐渐由脆性转变为塑性。     

高温下大理岩力学性质的试验研究

 对徐州大理岩在常温至800 ℃下的力学性质进行试验研究,详细分析高温下及高温后大理岩的峰值应力、峰值应变、弹性模量以及应力–应变全过程曲线等随温度的变化情况,并通过扫描电镜对不同温度状态下大理岩的细观特征进行初步探讨。研究表明,随温度的上升大理岩的体积增大,而其质量及密度下降;低于400 ℃,大理岩的力学性质变化不大;高于400 ℃,大理岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,峰值应变随温度的升高而大幅增加;经800 ℃高温作用后大理岩的结构整体发生转变导致其力学性质发生突变;大理岩高温后的强度指标(峰值应力、弹性模量)低于其高温下的强度指标,同时,大理岩高温后的峰值应变低于其高温下的值。200 ℃以下大理岩断面微裂纹主要为张性裂纹,600 ℃以上大理岩出现缩聚裂纹和剪性裂纹且逐渐增多;高温后大理岩微裂纹的扩展、贯通比高温下更为明显。     

不同温度条件下煤系砂质泥岩力学特征试验研究

 利用RMT–150B岩石力学试验系统和GD–65/150高低温环境箱,对煤系砂质泥岩在25 ℃～55 ℃温度下的力学特性开展试验研究,分析不同温度下砂质泥岩的应力–应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量以及变形模量受温度的影响。研究结果表明,不同温度下砂质泥岩的力学特性有差异。随着温度的升高,其峰值应力、峰值应变逐渐降低,但在40 ℃前后峰值应力和峰值应变随温度的升高其减小幅度不同,峰值应力值从25 ℃到40 ℃降幅达22.1%,从40℃到55℃降幅达4.3%,峰值应变从25 ℃到40 ℃减小了12.9%,从40 ℃到55 ℃应变减小了29.9%;弹性模量随着温度的升高呈线性减小;变形模量随着温度的升高呈线性增大。研究结果对实施深部煤炭的安全高效开采以及深部软岩工程灾害的预测和控制具重要的理论意义和实用价值。     

煤层顶板砂岩高温状态下力学特征试验研究

对44块鹤壁六矿煤层顶板砂岩试件在高温下和高温后的力学性质进行试验研究,揭示砂岩的强度和变形特征随温度的变化规律。试验结果表明:随温度升高,高温下和高温后的砂岩的弹性参数(峰值强度、弹性模量、变形模量)均逐渐降低,但总体变化趋势相似,个别试件的弹性参数在400℃前高于常温状态;两者相比,高温后砂岩的峰值强度、弹性模量和变形模量有所提高,两者受温度影响均以脆性破坏为主。这为研究煤炭地下气化时热作用下燃空区的围岩稳定及应力场和位移场的变化规律提供试验依据。     

高强混凝土高温后动态损伤研究

<正>同济大学的研究人员对高强混凝土开展了高温后轴向动态受压试验研究。研究结果表明,高温对高强混凝土造成的损伤随温度的升高而增大,而应变率对高温后高强混凝土的损伤没有明显影响;轴向应变对高温后高强混凝土造成的损伤在峰值应变前缓慢增大,达到峰值应变后迅速增大;峰值应变对高强混凝土造成的损伤随温度     

热–水–力耦合条件下深部砂岩冲击动力学特性试验研究

为探究"三高一扰动"特殊环境下切顶卸压无煤柱自成巷顶板砂岩切缝的动态力学性能,利用自主设计的岩土体动态冲击力学试验系统,对粉砂岩进行不同热–水–力耦合条件下的冲击压缩试验,研究动态应力–应变特征、动变形模量与加载率关系、以及加载率、轴压、围压、渗透水压、温度、吸收能与峰值应力和峰值应变的动态力学性能,利用扫描电镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)研究粉砂岩试样断口面微观结构。研究结果表明:(1)在不同的动荷载作用下,粉砂岩试样的峰值应力和峰值应变均随轴压、围压、渗透水压、温度的升高而不断增大,脆性逐渐减弱而延性逐渐增强,变形破坏总体分为压密、弹性变形、塑性变形和破坏4个阶段;(2)动变形模量随着加载率的增大呈现出先增大后减小的发展趋势,动变形模量136GPa左右为一个临界阈值;(3)轴压、围压、水和温度对砂岩在热–水–力耦合特定环境下的动态冲击力学性能具有一定的增强效应;(4)随着峰值应变的增加,粉砂岩试样的吸收能呈线性增加趋势,其破碎变形与吸收能呈正相关。     

高温作用下混凝土力学性能试验分析

通过混凝土在高温作用后的试验,分析得出混凝土在不同温度、不同冷却方式下混凝土的力学性能。研究得出不同温度、不同冷却方式对混凝土的抗压强度、弹性模量以及应力应变关系等力学性能的影响。探讨得出高温作用后混凝土的抗压强度、弹性模量和应力应变关系随温度的变化规律以及随温度变化的拟合公式,为混凝土高温后的安全性能评估做出依据。研究表明:随着混凝土温度的升高,混凝土的抗压强度降低,峰值应变呈逐渐增大趋势,弹性模量则呈逐渐降低趋势。     

粉砂岩高温后动态力学特性研究

利用大杆径SHPB实验系统,对100℃、200℃、300℃、400℃等不同高温处理后的粉砂岩试样进行了动态力学特性测试.得到了不同高温作用后粉砂岩的全应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变及弹性模量的变化规律,并对其微观机理进行了分析.研究表明,随着作用温度的升高,粉砂岩的峰值应力、峰值应变及弹性模量都相应降低,这与砂岩在温度的作用下的内部结构变化密切相关,也与高温作用后岩石内部应力重新分布有直接关系.相关研究结果有助于理解深井开挖岩石在原始温度场改变后的力学特性,可更好地指导工程施工.     

热损伤砂岩力学与超声时频特性研究

岩石经历高温作用后会产生不同程度的热损伤。通过单轴压缩试验,对经历25℃,100℃,200℃,400℃,600℃,800℃,1 000℃高温作用后的砂岩试样力学特性进行分析;通过超声纵波试验,基于小波变换方法,在时域和频域对其超声特性进行研究。提出频谱峰度(KFS)的概念,用以描述超声信号频率分布的杂乱/集中程度。研究发现:随着作用温度的升高,砂岩试样表面色调变暖,纵波波速显著降低,波形趋于紊乱,峰值应变增大,峰值应力、弹性模量变化呈现出非线性特征。在频域对超声信号进行分析发现,砂岩试样接收谱形心频率和频谱峰度随温度的变化呈非单调性,其与峰值应力、弹性模量的变化规律有较强的一致性。砂岩是一种典型的矿物胶结岩,矿物颗粒和胶结物在高温作用下产生不同变化,并对砂岩的各项特性产生不同影响。以宏观的声学力学特征变化探究不同等级高温作用后砂岩的热损伤,研究结果对高温环境岩石工程具有一定的指导意义。     

高温后再生混凝土的变形性能试验

再生混凝土高温性能直接影响到再生混凝土结构的火灾安全。进行了粗骨料替代率分别为0、25%、50%、75%、100%的再生混凝土棱柱体(100 mm×100 mm×300 mm)在经历常温,150、300、450、600、750℃各温度后的单轴受压变形性能试验,获得了不同粗骨料取代率再生混凝土经历不同高温后完整的应力应变曲线,得到了高温后弹性模量和峰值应变。试验表明,在同一再生粗骨料取代率下,随着经历的温度升高,再生混凝土单轴受压应力应变曲线上升段与下降段越来越平缓,其弹性模量逐渐降低,峰值应变逐渐增大,其变化幅度随温度大小不同有所变化。高温后再生混凝土弹性模量和峰值应变随着再生粗骨料取代率的变化并不呈现单一的变化规律,而是随温度大小而不同。     

高温中纤维纳米混凝土单轴受压应力-应变关系

通过纤维纳米混凝土棱柱体试件在25～800℃高温中的单轴受压试验,研究了温度、钢纤维体积率、纳米二氧化硅和纳米碳酸钙掺量对纤维纳米混凝土高温中轴压性能的影响。结果表明,随温度升高,纤维纳米混凝土峰值应力和初始弹性模量显著降低,峰值应变明显增大;随钢纤维体积率增大,高温中纤维纳米混凝土峰值应力和峰值应变不断提高,初始弹性模量有所下降;随纳米材料掺量增加,高温中纤维纳米混凝土峰值应力、峰值应变和初始弹性模量均呈增大的趋势,纳米二氧化硅的效果好于纳米碳酸钙。在分析试验结果的基础上,提出了考虑温度、纤维和纳米材料影响的高温中纤维纳米混凝土峰值应力、峰值应变和初始弹性模量的计算公式以及高温中纤维纳米混凝土单轴受压应力-应变关系式。