3种条件下砂岩超声波波速的试验研究

利用自行研制的岩石高温加热装置,对砂岩试件单向约束、双向约束、无约束3种试验条件下高温前后的纵波波速进行试验研究.结果表明:单向约束试验中,随着温度的升高,砂岩Y,Z方向波速与温度的关系曲线基本成二次函数变化,X方向近似直线下降,700℃时砂岩波速降到了2.096km/s;双向约束试验中,砂岩3个方向的纵波波速随温度升高均呈直线下降;700℃时双向约束试验中砂岩纵波波速最多下降了51.793%,无约束试验中1 200℃时砂岩纵波波速最多下降了80%.高温作用后,岩石内部微结构发生变化,温度越高变化越大,主要表现为岩石内部水分不断蒸发,含水矿物的脱水、相变和岩石部分熔融,孔隙率增加,颗粒边界裂纹出现、发展、贯通,微裂隙产生、演化,矿物成分分解,胶结物强度降低,内部结构热应力扩散,矿物颗粒相互摩擦挤压等.     

粉砂岩破裂过程中波速场演化特征试验研究

为探究载荷作用下波速场演化特征,进行了粉砂岩分级加载试验,以波速成像云图为研究对象,对岩石破裂过程中波速场的阶段性、区域性演化特征展开研究。结果表明:应用波速成像技术对岩石的探伤效果良好,其中,低波速带与裂纹位置相吻合,高波速带与完整基岩区域一致;岩石在破裂过程中,伴随着裂纹发育,波速场的平均波速值与结构相似性均持续降低,损伤程度的差异越来越大;基于K-means法将岩石区域划分为3类,即完整域Ⅰ、弱化域Ⅱ与损伤域Ⅲ;区域的演化特征体现了岩石的非均质性特性,并通过熵权法判定3类区域对岩石损伤程度的影响性排序为损伤域Ⅲ完整域Ⅰ弱化域Ⅱ。     

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。     

不同水岩作用下砂岩的力学参数演化特征

针对水电站边坡岩体在库水浸泡、水位涨落或降雨作用下容易发生滑坡灾害的现象,选取某水电站边坡砂岩为研究对象,研究饱水和干湿循环作用对其力学特性的影响规律,提出了通过比较天然状态、饱水作用以及干湿循环下岩石试样的强度和变形参数的方法.结果表明,随着水岩作用次数的增加,砂岩单轴抗压强度和弹性模量不断减小并趋于恒定,其两者与水岩作用次数呈对数关系,经过干湿循环的试块抗压强度和弹性模量小于经过饱水作用试块.     

不同水岩作用下砂岩的力学参数演化特征

针对水电站边坡岩体在库水浸泡、水位涨落或降雨作用下容易发生滑坡灾害的现象,选取某水电站边坡砂岩为研究对象,研究饱水和干湿循环作用对其力学特性的影响规律,提出了通过比较天然状态、饱水作用以及干湿循环下岩石试样的强度和变形参数的方法.结果表明,随着水岩作用次数的增加,砂岩单轴抗压强度和弹性模量不断减小并趋于恒定,其两者与水岩作用次数呈对数关系,经过干湿循环的试块抗压强度和弹性模量小于经过饱水作用试块.     

不同卸荷起点应力水平砂岩卸荷力学特性试验研究

开挖卸荷岩体在实际工程中随处可见,卸荷时的应力水平对其力学特性有较大影响。基于此,以三峡库区典型砂岩为研究对象,开展了不同卸荷起点应力水平砂岩卸荷试验,研究了不同卸荷起点应力水平砂岩卸荷力学特性。结果表明:岩样卸荷起点应力水平越高,岩样的初始损伤越大;岩样的峰值强度、峰值应变与卸荷起点应力水平呈线性关系;岩样围压卸荷量与垂直变形量之间的关系曲线与卸荷起点应力水平有较大关系。该研究成果一方面验证了卸荷起点应力水平与岩样内部损伤之间的关系,另一方面也可为岩体开挖施工提供参考。     

真实水压力下砂岩强度及破坏形式的试验研究

岩石在高水压条件下的强度和变形破坏方式对深埋、高水压下隧洞及地下开采极为重要。采用MTS和“YSL-200”对砂岩进行了常规单轴试验和不同压力水环境中的压缩试验,分析了真实水压力对饱和砂岩的抗压强度和破坏形式的影响,并探讨了孔隙水压力与水围压力对岩石强度的作用。试验结果表明：饱和砂岩在真实水压力环境中呈现“X型”剪切破坏,水压力在岩石进入裂纹扩展区时加速岩石破坏的作用效果明显;压力水可以通过扩展的裂纹渗入到岩石内部,增大岩石的含水率,影响岩石内部的孔隙水压力;当水压力较低时,水围压作用大于孔隙水压力作用,水压力对岩石的强度为增强效应,当水压力较高时,孔隙水压力作用与水围压作用抵消,岩石强度与饱和单轴抗压强度相近     

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.     

超高韧性水泥基复合材料的波传播试验研究

为了研究超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）中应力波的传播特性,采用Hopkinson杆加载UHTCC试件,测得UHTCC在0.2、0.3、0.4、0.5 MPa冲击气压下的应力波信号. 通过对比入射杆波形,验证相同加载条件下加载波形的一致性. 分别采用两点法和峰值法计算每种冲击气压下UHTCC中应力波的波速,结果显示,两点法适用性较广,计算结果较稳定,利用峰值法测波速则需要入射杆和试件波阻抗相近. 计算结果显示,UHTCC中应力波波速、衰减系数随冲击气压均无明显变化,平均波速为3.060 km/s,平均衰减系数为2.777 m^?1. 可以利用朱-王-唐本构模型参数表达材料中应力波的波速和衰减,也可以利用实测的波速和衰减系数将UHTCC的朱-王-唐冲击本构模型表示为只含单个准静态参数的方程,从而提供通过试验直接确定UHTCC动态本构的方法.     

Experimental study on mechanical behavior of high performance concrete under multi-axial compressive stress

Experimental investigation was conducted to characterize the responses of high performance concrete(HPC) subjected to multiaxial compressive stresses. The HPC specimens were prepared with three different mix proportions, which corresponds to three different uniaxial compressive strengths. The cubic specimens with size of 100 mm for each edge were tested with servo-hydraulic actuators at different stress ratios. The principal stresses and strains of the specimens were recorded, and the failure of the cubic specimens under various stress states was examined. The experimental results indicated that the stress states and stress ratios had significant influence on the strength and deformation of HPC under biaxial and triaxial compression, especially under triaxial compression. Failure criteria were proposed for the HPC specimens under biaxial and triaxial compressive loading. The test results provided a valuable reference for obtaining multi-axial constitutive law for HPC.     

饱水对岩溶灰岩力学性质与纵波波速的影响

为研究饱水对岩溶灰岩力学性质和纵波波速的影响,进行自然和饱水状态下岩样的力学性能和弹性波测试。试验结果表明:饱水对岩溶灰岩的单轴抗拉强度、抗拉强度和弹性模量有明显的软化作用,饱水状态试样的峰值应变和泊松比整体上大于自然状态的对应值;岩溶灰岩试样在饱水条件下的纵波波速均明显高于自然状态下的纵波波速,试样的单轴抗压强度和抗拉强度与纵波波速具有较高的线性相关性。基于目前的研究现状,阐述了研究成果在隧道与周边高压充填隐伏溶腔间防突岩层稳定性评价及最小防突厚度确定中的应用。     

Experimental study on biaxial mechanical behavior of concrete suffered high temperature and constitutive model

Biaxial compression tests on plain concrete suffered high temperature ranging from 200℃ to 600℃ were carried out using the large-scale dynamic-static tri-axial concrete test system at the State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering with designated stress ratios of 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1, respectively. The measured strength and strain were reported and the changes in both biaxial compressive failure envelopes and strains at peak stresses were analyzed. The regressive equation of initial elastic modulus in the biggest principal compressive stress direction was derived from test results. With the published results from previous biaxial tension-compression experiments, a three-parameter failure criterion has been proposed. A biaxial nonlinear elastic incremental constitutive model was developed for the compressive stress directions by using the equivalent uniaxial strain values deduced from test results. Analytical results obtained from the proposed biaxial constitutive model achieve good agreement with the experimental results.     

波浪荷载下粉质土动应变和动强度的试验研究

为寻找不同振动频率的波浪荷载作用下海底粉质土的动应变和动强度发展规律,进行了一系列的模拟不同振动频率的波浪荷载的动三轴试验.试验选用杭州湾地区分布较广的粉土,研究了振动频率的变化对粉土动应变和动强度的影响.试验结果表明,粉土的动应变和动强度的发展与土样所受的固结应力、围压、循环应力比和振动频率有关;在等向固结条件下围压对土样的累积轴向应变增长的影响作用是由波浪荷载振动频率的高低决定的;波浪荷载振动频率的改变对不同围压作用下粉土的动强度影响很大,并且在该类粉土中存在临界循环应力比.     

冻融循环作用下砂岩力学特性与电镜扫描试验研究

通过对取自新疆阿勒泰某隧道的砂岩开展冻融循环试验,在-25℃下冻结9 h,(20±2)℃下融解5 h,为一个冻融循环过程,对岩样分别进行0、5、10、20、30、40、50、60、80次冻融循环。然后,进行单轴压缩试验和电镜扫描试验,得到经历不同次数冻融循环后的饱和砂岩破坏特征、应力-应变曲线、弹性模量、泊松比,并分析该砂岩物理力学特性和破坏断口微裂纹演化与冻融条循环次数之间的关系。结果表明:随着循环次数的增加,该砂岩岩样弹性模量呈不同程度降低趋势,峰值应变呈逐渐增大趋势,而泊松比呈先增加后减小趋势,微裂纹长度、宽度及面积不同程度呈增大趋势,使砂岩损伤劣化不断加剧。