分级加卸载下深部巷道围岩蠕变特性试验研究

采用分级增量循环加卸载方式,对湖南湘煤集团牛马司矿业公司水井头煤矿-300m东大巷二煤层底板粉砂岩进行了单轴蠕变特性试验,探讨了轴向蠕变和各蠕变阶段的非线性粘弹塑性变形特征。试验结果表明,当应力水平低于岩石的长期强度时,粉砂岩只发生衰减蠕变;瞬时塑性应变和粘塑应变随轴向应力的增大而增大,瞬时弹性模量随应力水平增大而增加,而变形模量随应力水平增大和时间的增长逐渐减小,直至趋于某一稳定值;随着应力水平增大,粘弹性应变、粘塑性应变和总蠕变均先减小然后增大,表明低应力下因岩石内部微裂纹不断压密产生应变硬化,高应力下因岩石材料性质不断劣化产生内部损伤发生应变软化。     

反复等向加卸载路径下粉质黏土变形特性研究

黏土的变形特性与应力路径密切相关,直接影响到相关工程的安全性。针对三峡库岸某路基边坡粉质黏土,采用应力路径控制试验系统,开展了两组等向固结应力状态下反复多次的加卸载试验,揭示了土体的体积变形发展规律,发现再固结过程呈现为一条先平缓后变陡的曲线,说明前期固结压力范围内的再加载也会产生不可恢复的塑性变形,且变形速率随加卸载循环次数逐渐减小。最后,结合试验曲线特点,建立了土体再固结系数与加卸载次数及应力状态相关的数学模型,能够较好的模拟反复等向加卸载条件下土样的体变特征,且可预测土体经历更多次加卸载循环中的次固结过程,为土体的持续塑性变形分析和预测提供参考。     

孔隙压力对含随机缺陷岩石破坏过程及全部变形特征的影响

对于平面应变压缩条件下含有随机缺陷的岩样,利用FLAC研究了孔隙压力对岩样破坏过程、全部变形特征及前兆的影响。以前编写的若干FISH函数,被用于生成缺陷和计算轴向、侧向、体积应变及侧向应变与轴向应变比值的负值(计算得到的泊松比)。在峰值应力之后,密实岩石单元服从线性应变软化行为及随后的理想塑性行为,而材料缺陷呈现理想塑性行为。当孔隙压力较高时,应力—侧向应变曲线具有一平台;破坏的前兆更明显;变形后岩样的体积总是大于原始体积;在初始加载阶段、均匀变形阶段及峰后变形阶段,由于明显的侧向膨胀,计算得到的泊松比远大于0.5。当孔隙压力较低时,在峰值应力之前,变形后岩样的体积小于原始体积,体积扩容出现于峰值应力之后,引起了负的体积应变。利用广义虎克定律,解释了平面应变弹性状态下数值结果的合理性。对岩样进行带状区域扫描后,确认随机缺陷的初始分布与岩样的最终破坏形态紧密相关。     

分级加卸载下深部粉砂岩三轴蠕变特性试验研究

采用分级增量循环加卸载方式,对湖南湘煤集团牛马司矿业公司水井头煤矿-300米东大巷二煤层底板粉砂岩进行了三轴蠕变特性试验,详细探讨了其轴向蠕变和变形模量的变化特征,分析了围压对蠕变和破坏的影响;研究了该类岩石各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特征。试验结果表明,在围压条件下,加速蠕变阶段较明显,岩样经过典型的蠕变三阶段后产生明显的黏塑性破坏;变形模量随应力水平的增大和时间的增长逐渐减小,直至趋于某一稳定值;瞬弹应变、瞬时总应变、粘弹性应变和总蠕变均随应力水平增大而增大;围压越大,岩石蠕变值越小,变形模量越小,塑性变形所占比重越大,非线性流变越明显。加大围压可以减缓岩石的蠕变破坏时间,围压越大破坏时的应变值也越高。表明围压对岩石蠕变有明显的约束作用。     

不同应力-温度路径下平面钢框架火灾反应的非线性分析

采用考虑温度—应力路径影响的高温下钢材的应力—应变关系,对火灾中钢框架结构的反应进行了非线性分析,旨在尝试提出一种更加符合实际情况的钢结构抗火反应分析新方法。根据已有的试验结果,对高温材性试验数据进行了回归分析,得到了Q235钢在升温恒载、升温加载、升温降载3种基本应力—温度路径下单向拉压时的本构关系式,进而得到不同应力—温度路径下热非弹性应力—应变增量关系式。利用虚功原理,推导出不同应力—温度路径下平面钢框架有限元分析的单元热非弹性刚度方程的显式。同时,对增量迭代法进行了修正,提出升温恒载路径、升温加载路径及升温降载路径3种路径之间切换的判断准则,为结构抗火全过程分析提供了理论基础。     

高铁荷载作用下基床填料的动三轴模量试验研究

依据高铁路基基床的工作条件,推导出室内三轴试验模拟列车荷载的围压范围为10~150kPa,频率范围为1~5Hz。在此基础上开展高铁基床填料AB组料动三轴试验研究,分析了列车荷载下围压、压实度、加载频率对AB组料动弹性模量的影响。试验研究表明:AB组料的动应力—动应变关系具有明显的非线性特征和应变软化特征,动弹性模量的倒数与动应变曲线基本呈线性关系,说明AB组料的动本构关系符合Hardin双曲线模型。动弹性模量随围压的增大而增大;随压实度的增大,动弹性模量呈非线性增大;加载频率对动弹性模量有一定的影响,当应变小于0.05%时频率对动弹性模量影响较大,但应变超过0.05%时,频率的影响可以忽略。     

南宁膨胀土加载-卸载试验及蠕变特性

利用固结仪对南宁膨胀土进行了一维加载-卸载实验,得到了加载-卸载条件下的应力应变关系。试验结果表明,土样加载或卸载时,以瞬时变形为主,其后随着时间的推移,迅速出现衰减蠕变或回弹变形,但最后仍然留下部分残余变形;含水率和应力水平越高,其塑性和流变特性越明显。根据压缩曲线和回弹曲线分析得到,膨胀土的变形由瞬时弹性变形、瞬时塑性变形,弹性滞后变形等组成。探索了膨胀土流变元件模型的组成形式,并通过拟合确定了相关的流变参数.所得结果可供膨胀土流变问题的进一步研究参考。     

考虑损伤特征的冻风积土加载模型与试验研究

为了研究冻风积土在不同温度、各级围压条件下的应力—应变关系与加载损伤特佂,通过对不同负温不同围压条件下的冻风积土试样进行三轴剪切试验,获得其应力—应变关系曲线。按照用切线模量定义损伤变量方法对Duncan-Chang非线性模型变换得到了损伤变量随偏应力的演化规律表达式,引入具有衰减特性的负指数控制方程用以描述切线模量随偏应力增加而衰减特征。将损伤变量和切线模量的控制方程导入损伤本构关系中推导出了冻风积土加载损伤模型。研究发现:(1)损伤变量是一个依赖于围压及抗剪强度指标c、φ值并随偏应力不断演化的变量;(2)加载损伤模型在偏应力较小时描述冻风积土在三轴剪切过程中的应力—应变发展关系较为理想。     

APDL二次开发功能在土石坝非线性分析中的应用研究

基于ANSYS的APDL语言,根据邓肯E-B模型的非线性计算原理以及土石坝的非线性静力分析一般方法,编制了土石坝施工模拟的计算程序,并分析了一次加荷与逐层加荷在坝体应力应变计算结果的区别,最后利用程序分别对一种材料和多种材料的堆石坝进行逐层加载模拟计算,通过分析计算结果可知,其计算的应力应变情况符合实际的坝体应力应变分布情况,验证了程序的可靠性,进而实现了土石坝施工过程模拟。     

混凝土单轴动态强度理论的探讨

在分析相关试验结果的基础上,系统地对混凝土在单轴动态加载下的强度特征进行了研究分析。结果表明,不仅加载速率对动态强度有着重要的影响,加载速率对材料弹性参数的影响也很大。结果显示:①混凝土在加载初始阶段,应力—应变表现为线性关系,可认为混凝土处于弹性阶段;随着压力的增加,混凝土产生非线性变形,并出现峰后应力下降;②混凝土的抗压极限强度随着加载速率的增加而增加;③混凝土的弹性模量随着加载速率的增加而提高,而泊松比保持不变。最终提出了一种改进的弹性损伤动态强度的本构理论。     

大寒岭倒转背斜复杂煤层结构冲击地压研究

受大寒岭倒转背斜的影响,大安山煤矿14槽煤后槽形成了极为复杂的煤层结构,其轴部及附近和两翼形成的急倾斜煤层是高应力区,具有冲击倾向性。首先用ANSYS有限元软件建立了包括复杂煤层结构在内的矿山模型,利用单元生死技术模拟轴部及右翼开挖;在此基础上,分析了采场围岩的应力场和位移场,圈定了冲击地压发生的危险区域,分析了冲击地压发生的机理;预测了14槽煤后槽开采的冲击倾向性,并指出在实际开采时,必须采取防冲措施,为避免冲击地压事故的发生提供了技术支持,具有一定的参考价值。     

不同应力路径下岩石破坏面细观形貌研究

以大理岩为研究对象,进行三轴卸荷试验及破裂面粗糙度扫描试验,并借助PFC~(3D)颗粒流软件对试样最终破裂面进行提取与重建,研究了粗糙度参数的变化与试样破坏过程及机理之间的关联,得到的主要结论有:加荷路径下S_a随着围压的增加呈递减趋势且两者呈线性关系,高围压条件下岩样破坏面高度分布的对称性好于低围压条件下;卸荷路径下S_a与S_(ku)可以较好的描述破坏面形貌的分布特性,S_(sk)随卸荷速率的增加变化规律不明显,破裂面的粗糙程度受卸荷速率与卸荷初始围压的共同影响;卸荷试验中试样内部的损伤不再是一个逐步累积的过程,而是瞬时劣化失去承载能力。     

钢框架带悬臂梁拼接节点的抗水平地表变形试验研究

以单层单跨带悬臂梁段拼接钢框架为研究对象,通过地表变形的物理相似模拟试验,研究了钢框架带悬臂梁段拼接节点在地表水平变形作用下的附加应力和变形规律。主要研究在水平拉伸和水平压缩作用下,拼接节点处腹板拼接板和上下翼缘拼接板内产生的附加内力及变形曲线,分析了上下翼缘拼接板和腹板拼接板中间位置点的变形值随着试验加载值的增加而变化的原因。研究结果表明:地表水平拉伸作用最为不利;拼接节点虽会产生附加变形,但在很大程度上仍处于弹性阶段,卸栽后可以恢复,表现出良好的抗变形性能。最后给出建议:在地表变形地区新建或加固改造钢结构建构筑物时,采用钢框架带悬臂梁段高强螺栓拼接连接,可以很好地吸收变形能。     

南京河西淤泥质粉质粘土卸荷回弹变形研究

通过大量室内固结回弹试验,研究了南京河西地区淤泥质粉质粘土的卸荷回弹变形规律.固结-回弹-再压缩曲线表明该地区淤泥质粉质粘土的弹性变形要比其塑性变形量小得多,卸荷再压缩后,土体的压缩性也明显降低;通过分析卸荷比和回弹率、回弹应变以及回弹模量的关系曲线,确定了该地区淤泥质粉质粘土的临界卸荷比和极限卸荷比指标,从而可以确定...     

不同矿井煤样变形破裂过程中的电荷感应实验研究

采用单轴压缩煤电荷感应信号测试系统,研究了不同矿井煤在不同加载速度下变形破裂过程中的电荷感应规律。研究结果表明,煤样在加载初期即有电荷感应信号,随着应力水平的增加,不断有电荷感应信号产生,且信号幅值不断增加,在应力峰值前后电荷感应信号最强,信号也最为丰富,煤样主破裂发生后仍有明显的电荷信号,但信号幅值较小;在煤样应力发生突变时有较强的电荷感应信号产生;抗压强度越高、冲击倾向性越强的煤样,电荷感应信号也越强,信号越丰富,持续时间越长;加载速度越大,所产生的电荷感应信号越强。电荷感应信号与煤的变形破裂和煤样类型有一定关系,可以用电荷感应信号反映煤的破坏程度。     

爆炸荷载作用下岩石的变形与破坏研究(Ⅱ)

无论是矿山工程、隧道工程中钻孔爆破效率的提高、工程爆破领域爆破振动参数的预测,还是最近一系列高技术常规局部战争中钻地炸弹对地下坚固目标的破坏,在不考虑岩石中强爆炸引起的光子和电磁辐射等极端效应情况下,都亟待要求对岩石中爆炸引起的应力、变形及其它运动参数和破坏效应作出比较准确的评估。目前对此问题的研究尚只能达到大致的机理及景象的定性认识和描述,定量上的确定存在数量级的误差,尤其是爆炸和冲击的近区,误差更大。其原因在于岩石中爆炸产生的变形和破坏特征,不仅与作用时发生相应的物理及力学运动密切相关,而且强烈地受岩石自身构造缺陷水平及其变化的制约。本文概述了爆炸作用下岩石的动力变形与破坏研究之现状。研究中考虑了岩石的构造特点及其对基本力学性状的影响,并简述了其研究的新趋向。     

缓倾斜煤层孤岛工作面巷道底鼓机制及控制

针对缓倾斜煤层孤岛工作面回采巷道底鼓严重的状况,以庞庞塔矿5煤107工作面运输顺槽为研究背景,测试了顶底板的矿物成分、微观结构,利用物理模拟研究了底鼓机制,结果表明:①107工作面运输顺槽底板以高岭石为主,膨胀性岩石成分较低,岩石内部空隙较少,结构致密,强度高;②107工作面运输顺槽底鼓属于挤压流动性底鼓,掘进期间发生的是浅部岩层整体弯曲,在采动超前支承压力影响阶段,底板上位坚硬岩层超过其抗弯强度而发生破断,下位软弱底板解除约束,变形急剧增加,帮角出现裂隙,底板变形出现剧烈变形区、受限变形区、变形过渡区;③107工作面运输顺槽底鼓机制为:坚硬底板在高应力下的挤压流动是造成底鼓的主要原因,缓倾斜煤层巷道底板存在三角煤和底板岩石中存在少量膨胀性岩石对底鼓影响较小。针对性提出了采用开挖卸压槽释放压力方式进行底鼓治理,现场实测表明所提措施可有效降低巷道底鼓量。     

交通荷载作用下饱和软粘土孔压-应变分析模型

针对交通荷载的作用特点设计了循环三轴试验,进而对交通荷载作用下饱和软粘土的动力特件进行厂研究.结果表明:循环荷载作用下,饱和软粘土存在临界循环应力比,采用孔压曲线所得到的临界循环应力比要小于采用应变曲线所得到的临界循环应力比.当土样不存在初始剪应力时,随着循环次数的增加,土样的应力-应变关系曲线近似原点对称,但随着初始剪应力的增大,应力-应变关系曲线逐渐表现为一系列平行曲线,峰值孔压与循环孔压幅值均逐渐减少;同时,轴应变的发展加快,但循环应变幅值逐渐减小.当循环应力比小于临界循环应力比时,对于同一初始剪应力,不同循环应力比下的孔压比-动应变曲线近似集中在同一条曲线上.通过对试验数据进行回归分析,得到了交通荷载作用下饱和软粘土残余孔压-累积塑性应变关系模型.     

岩体裂隙面形貌特征对其渗流特性的影响研究∗

岩体裂隙面的形貌特征直接影响其渗流特性,为了分析二者的相关关系,采用劈裂法制备了单裂隙砂岩试样,进行了裂隙面扫描分析和渗流试验,基于分形维数在定量表达不规则曲线形貌特征方面的优势,提出了考虑裂隙面形貌各向异性特征的分形维数计算方法。研究结果表明:(1)基于矩阵理论的裂隙面综合分形维数,相当于用矩阵网格去覆盖整个裂隙面,可以较好地反映裂隙面的整体形貌特征;(2)裂隙面的形貌特征对其渗流特性影响显著,随着裂隙面综合分形维数逐渐增大,裂隙岩体的渗透系数逐渐减小,而且侧向应力越大,渗透系数的减小趋势越明显;(3)分析建立了裂隙岩样渗透系数kf与裂隙面综合分形维数■的相关关系,验证分析表明,该公式计算得到的裂隙岩样渗透系数与试验结果吻合较好。相关研究成果可为裂隙岩体渗流特性分析提供参考。