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基于RMT煤的微细观裂纹损伤本构模型

煤炭技术 2009年第4期28卷 165-166页

作者：张继忠李景涛黑龙江科技学院资源与环境工程学院哈尔滨150027 双鸭山矿业集团东荣二矿黑龙江双鸭山155923

通过对煤样受载变形过程中其内部微细观裂纹的产生、扩展、演化的分析,结合煤样的变形损伤特征,选取合适的损伤参量,建立了单轴压缩下煤样的损伤本构模型。试验结果表明试验曲线与理论曲线较好地相吻合。

关键词：微细观裂纹损伤变形全应力应变曲线 RMT

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浸水条件下水泥砂土力学性能的试验研究

建筑技术 2007年第2期38卷 137-139页

作者：印长俊马石城王星华中南大学土木建筑学院长沙410075 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105

通过对不同水泥掺入比、不同龄期的水泥砂土在浸水和不浸水条件下的无侧限抗压试验,分析了浸水对水泥砂土的各项力学性能的影响,以及水泥砂土的无侧限抗压强度和模量随水泥掺入比及龄期的变化规律,并对水泥砂土全应力应变曲线的特性进... 详细信息

通过对不同水泥掺入比、不同龄期的水泥砂土在浸水和不浸水条件下的无侧限抗压试验,分析了浸水对水泥砂土的各项力学性能的影响,以及水泥砂土的无侧限抗压强度和模量随水泥掺入比及龄期的变化规律,并对水泥砂土全应力应变曲线的特性进行了总结。

关键词：水泥砂土抗压强度全应力应变曲线水泥掺入比

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煤样的微细观裂纹损伤本构模型

西安科技学院学报 2004年第1期24卷 79-81,93页

作者：李振华王林李化敏焦作工学院资源与材料工程系河南焦作454000 河南神火煤电公司葛店煤矿河南永城476600

基于对煤样受载变形过程中其内部微细观裂纹及变形损伤特征,通过选取合适的损伤参量,推导出单轴压缩下煤样的损伤本构模型,并得出材料常数A和n的表达式,进而解释其含义。实验结果表明实验曲线与理论曲线拟合度较高。

关键词：微细观裂纹损伤变形全应力应变曲线

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基于突变理论的岩石刚性试验技术研究

实验技术与管理 2015年第10期32卷 46-48,51页

作者：张磊刘钰黄正均张栋北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

根据突变理论建立岩石单轴压缩的力学模型,并分析岩石发生突然破裂的原因,提出了对于高强度、高脆性的岩石试件得出全应力应变曲线的试验方法。

关键词：岩石单轴压缩突变理论失稳破坏全应力应变曲线

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腐蚀环境下混凝土力学性能与微观特性研究

腐蚀环境下混凝土力学性能与微观特性研究

作者：刘晓媛安徽理工大学

学位级别：硕士

混凝土材料具有取材容易、资源丰富、施工工艺简易等优点逐渐成为当今世界使用最广泛的建筑材料之一。然而,混凝土材料本质上是一种由砂、石、水泥等拌合物组成的非均匀多孔材料,不可避免会受到众多外界因素诸如二氧化碳、水、硫酸盐、... 详细信息

混凝土材料具有取材容易、资源丰富、施工工艺简易等优点逐渐成为当今世界使用最广泛的建筑材料之一。然而,混凝土材料本质上是一种由砂、石、水泥等拌合物组成的非均匀多孔材料,不可避免会受到众多外界因素诸如二氧化碳、水、硫酸盐、氯盐等介质发生化学腐蚀反应,从而加速混凝土破坏使得其耐久性大大降低。因此,系统全面的了解混凝土受腐蚀作用后各项力学性能变化是确保工程结构耐久性、安全性的关键,掌握混凝土受腐蚀作用后其性能、内部结构的变化规律是确保混凝土结构运行安全、提高混凝土质量、实现混凝土长期服役于建设工程中的理论基础。本文以早龄期受温度作用混凝土为研究对象,探究混凝土受硫酸盐氯盐腐蚀作用下力学性能变化规律,同时结合核磁共振和扫描电镜技术从微观角度佐证宏观现象变化原因,本文的主要研究内容及结果如下:(1)混凝土经60℃、90℃、120℃温度损伤作用1d后其抗压强度较基准组分别下降了 4.16%、8.40%、11.68%,并且这种趋势随早龄期温度的升高越来越明显。温度作用3d后,强度下降趋势更为显著,较基准组分别降低了 5.34%,10.07%和14.50%。当混凝土移入标准养护环境后,在其龄期7d时,受早龄期温度作用后各试件强度与基准组差异有所减小,分别下降了 3.41%,4.92%和5.65%,混凝土强度发展此时迎来转折点。龄期28d时,强度分别为基准组抗压强度的99.0%,98.32%和98.18%,此时早龄期温度对混凝土强度特性带来的影响不再明显。(2)混凝土在受到单一硫酸盐、氯盐及硫酸盐氯盐复合盐腐蚀后,表观形貌开始发生变化,主要表现为上下端面首先出现缺损,并出现由外向里一层一层剥落现象。对经腐蚀作用前后试件质量变化进行测试,随着腐蚀时间的增加,不同腐蚀方案下混凝土质量变化率均经历一个先增大后减小的过程。以方案1为例,在腐蚀30d时,试件质量较未腐蚀前提高了 3.5g,150d后发现其质量下降了 2.77g,且质量低于未腐蚀前质量值,混凝土质量开始发生逆增长,随着腐蚀时间的继续延长,试件质量进一步大幅度降低,较原值下降了 0.44%。(3)通过对不同早龄期温度作用后混凝土试件进行单轴压缩试验。结果表明:混凝土峰值应力、峰值应变以及弹性模量并未随早龄期温度的影响而发生明显改变。受浓度10%、15%、20%硫酸钠溶液腐蚀的试件其7个月的峰值强度较5个月时下降了 7.25%、9.82%和15.67%,受浓度10%、15%、20%的氯化钠溶液腐蚀的试件其7个月的峰值强度较5个月时下降了 6.51%、7.40%和13.96%,受三种浓度硫酸钠氯化钠混合溶液腐蚀7个月的试件其峰值应力分别下降了 3.01%、3.50%和5.57%。当混凝土受腐蚀作用后,随着溶液浓度升高,试件全应力应变曲线均向右移动,峰值应力及弹性模量不断减小,峰值应变不断增大,延性增强。随腐蚀时间的延长,试样上述力学指标变化趋势与浓度因素造成的影响相同。(4)循环加卸载作用下混凝土峰值应力均小于全应力应变曲线试验下峰值应力,如试块经过5个月浓度为10%、15%和20%硫酸盐腐蚀后其循环加卸载峰值应力分别较全应力应变曲线试验下峰值应力降低了 5.60%、7.68%和17.59%。表明循环加卸载作用再次削弱了混凝土的承载能力,对受腐蚀损伤越严重的试件循环加卸载作用所带来的影响越明显。(5)核磁共振与扫描电镜试验结果可以很好的表征混凝土受腐蚀作用后其内部孔隙大小、数量以及生成物的变化情况,从微观角度揭示了混凝土质量损失率、强度以及弹性模量等宏观力学性能变化机理。图44表22参74

关键词：腐蚀环境全应力应变曲线循环加卸载核磁共振扫描电镜

非均质弹脆塑性煤岩材料破坏的SPH程序实现及数值模拟研究

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非均质弹脆塑性煤岩材料破坏的SPH程序实现及数值模拟研究

作者：宋颜金山东科技大学

学位级别：硕士

岩石材料是一种典型的非均质材料,具有诸如弹性、脆性、塑性、粘性以及上述性质的组合形式等等,这构成了岩石材料的复杂性。在岩石力学计算方法发展较快的今天,引入新的计算方法来考察岩石的各种特性,具有较好的理论意义和应用价值。本... 详细信息

岩石材料是一种典型的非均质材料,具有诸如弹性、脆性、塑性、粘性以及上述性质的组合形式等等,这构成了岩石材料的复杂性。在岩石力学计算方法发展较快的今天,引入新的计算方法来考察岩石的各种特性,具有较好的理论意义和应用价值。本文首次引入了光滑粒子流体动力学(SPH)方法来计算非均质煤岩材料的受力变形规律,利用Fortran语言开发了SPH求解固体力学问题的程序,进行弹性材料加载数值试验及非均质弹脆塑性岩石力学数值试验。主要完成了以下内容：(1)利用SPH方法进行了静态压缩试验的稳定性和可靠性研究。论文研究了SPH方法求解静态压缩问题的收敛性,提出了程序收敛的步长公式及考察指标。通过与弹性解析解对比,SPH方法应用于静态加载问题的时候稳定性和可靠性较好;提出了加快SPH方法弹性阶段计算速度的方法,即在弹性阶段小变形情况下不重复进行粒子搜索,计算速度得到了显著提高,同时计算结果与不采用加快计算速度方法一样。(2)进行了SPH框架下提高边界精度的设置方法的研究。改进的边界条件设置方法在固体力学静态加载数值试验中效果优于基本边界条件(Essential Boundary Conditions)和传统型边界条件(Traditional Boundary Conditions)。(3)基于SPH方法的非均质弹脆塑性岩石类材料数值模型及其破坏的模拟研究。本文对屈服强度非均质满足Weibull分布的材料受压情况下的破坏规律进行了研究,展现了单向加载情况下岩石从细观破坏、塑性区沿近似45°方向进行扩展以及塑性区域的贯通等过程;平面应变问题的岩石试件破坏一般具有共轭剪切破坏形式、主破坏带形式及加载面“V”型破坏形式等;试件破坏过程中,破坏带尖端应力具有奇异性,而其两边应力发生回弹;随着均质程度的降低,岩石试件峰值应力逐渐变小,声发射由主震型向群震型发展。

关键词： SPH 边界条件非均质弹脆塑性模型岩石破坏全应力应变曲线声发射

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沥青海砂作为软岩相似材料的实验研究

沥青海砂作为软岩相似材料的实验研究

作者：路洪丽青岛科技大学

学位级别：硕士

随着地下工程开采的继续深入，深部岩体的受力及其力学系统越来越复杂。浅部的岩体力学理论不再完全适用于深部岩体力学，由于传统的模拟材料不能完全体现软岩粘塑性和大变形的特点和软岩研究实验手段的滞后性，因此寻求一种新的短期、... 详细信息

随着地下工程开采的继续深入，深部岩体的受力及其力学系统越来越复杂。浅部的岩体力学理论不再完全适用于深部岩体力学，由于传统的模拟材料不能完全体现软岩粘塑性和大变形的特点和软岩研究实验手段的滞后性，因此寻求一种新的短期、高效、准确的相似模拟材料成为软岩流变规律实验研究的必然。本文基于导师在研的两项国家自然科学基金“沥青、橡塑、软岩流变软化理论及相似模拟的研究”及“深部软岩流变理论与高分子材料相似模拟的研究”，根据相似三定理对相似模拟材料的相似关系进行推导;通过分析沥青混合料的结构组成及其力学影响因素与深部软岩进行了比较分析，从理论上得出沥青混合料模拟深部软岩是具有可行性的;通过沥青混合料的单轴压缩试验，测定了不同配比的沥青海砂（沥青:海砂为1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11）混合料试件的密度、初始弹性模量、破坏时的最大应变和抗压强度，并得到了不同配比的沥青海砂混合料试件的全应力应变曲线。通过实验研究得到了以下结论：沥青的含量越高试件的密度越大，但是整体波动范围不大，在1.66~1.78g/cm3之间;当沥青含量为11%时,试件的抗压强度最大，低于该百分比时试件的抗压强度随着沥青含量的提高而提高，反之，试件的抗压强度随着沥青含量的升高而降低;随着沥青含量的提高,从曲线的整体趋势看，沥青海砂试件开始破坏时对应的应变也越大，最大可达到5%~6%;沥青含量高于11%时,初始弹性模量随着沥青含量的增大而减小，而低于该百分比时初始弹性模量变化不是很明显;沥青海砂混和料试件的全应力应变曲线包括弹性变形阶段、弹塑性屈服的稳定段和非稳定的破坏阶段。由于软岩模拟实验的离散性，本文对今后课题的研究具有参考意义。

关键词：软岩沥青混合料相似三定理弹性模量抗压强度全应力应变曲线

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岩石脆性指标评价和滚刀破岩数值分析

岩石脆性指标评价和滚刀破岩数值分析

作者：韩明罡中南大学

学位级别：硕士

岩石脆性作为岩体的重要基本特性,对于地下硐室与巷道的围岩稳定、岩爆预测、地下工程破岩以及油气田储层改造等方面具有重要指导意义。岩石在不同影响因素作用下的力学行为以及脆性破坏特征一直是岩石力学和工程破岩领域的重要研究内... 详细信息

岩石脆性作为岩体的重要基本特性,对于地下硐室与巷道的围岩稳定、岩爆预测、地下工程破岩以及油气田储层改造等方面具有重要指导意义。岩石在不同影响因素作用下的力学行为以及脆性破坏特征一直是岩石力学和工程破岩领域的重要研究内容。岩石的脆性指标应能准确描述岩石在不同影响因素作用下脆性变化情况,并能正确描述岩石脆性对破岩效率的影响。鉴于此,本文系统地综述了国内外岩石脆性评价方法,总结并分析了它们衡量岩石脆性的优势及局限性。通过开展动、静荷载试验与不同环境因素(围压、含水率、温度)下的试验数据,研究了不同条件下岩石脆性响应特性变化规律。根据试验结果,建立了基于岩石全应力-应变曲线的脆性指标方法,并验证了其衡量岩石脆性的能力。开展了滚刀破岩数值模拟研究,探究了岩石脆性与最优滚刀参数之间的关系,提出了基于岩石脆性指标的最优滚刀参数估算方法,为滚刀破岩参数优化提供了理论参考。论文主要研究内容包括:(1)归纳了现有岩石脆性指标方法,就其确定方式、适用范围、优缺点展开研究和探讨,发现采用全应力-应变曲线为主要依据评价岩体脆性是有效且合理的。(2)分析了不同岩石在动静荷载作用下以及不同环境因素影响下脆性响应特性变化规律,并对不同脆性指标的适用性进行讨论。研究结果表明由准静态加载变为动态加载后,岩石脆性获得不同程度的增加,增加幅度随着静态下脆性指标值增大而增大,岩石间的相对脆性关系不随加载方式的变化而改变。砂岩的脆性具有明显的应变率效应,砂岩脆性随着应变率的增加而增强,且应变率越大,脆性增强的幅度越大。不同围压下,砂岩脆性随着围压增大而减小;不同含水率下,砂岩脆性随着含水率的增大而减小;不同温度下,砂岩脆性随着温度的增加先增大后减小。(3)基于已有试验结果,总结了岩石在应力应变曲线中表现出的脆性特征,提出了优化后的脆性指标,并利用试验数据验证了脆性指标的正确性。同时,根据新建立的脆性指标,对动静载作用下以及环境影响作用下岩石在应力应变曲线峰前及峰后阶段展现出的脆性特征进行讨论。研究结果表明在单轴压缩试验中,不同岩性岩石脆性特征变化主要体现在岩石的峰前阶段。在较低围压、较低温度、较高含水率时,岩石脆性特征变化主要体现在峰前阶段;在较高围压,较高温度,较低含水率时,主要体现在峰后阶段。(4)通过滚刀破岩数值模拟,研究了不同滚刀参数(滚刀间距、刀刃宽度、刀刃角)下滚刀破岩效果变化情况;开展了滚刀参数优化研究,计算了五种不同类型岩石地层条件下最优滚刀参数;探究了岩石脆性指标BI与最优滚刀参数之间的关系。研究结果表明,随着滚刀间距的增加,切削比能耗先减少后增大,最优滚刀间距与岩石脆性指标存在线性关系,岩石脆性越强,最优滚刀间距越小;随着滚刀刀刃宽度的增大,切削比能耗先缓慢减小后迅速增大。最优刀刃宽度与岩石脆性指标存在线性关系,岩石脆性越强,最优刀刃宽度越大;最优刀刃角与岩石脆性无明显关系。根据上述结论,提出了基于岩石脆性指标的最优滚刀参数估算方法,并通过工程实例验证了其可行性,结果表明该方法可为滚刀破岩参数优化提供理论参考。该文章包含图62幅,表8个,参考文献139篇。

关键词：岩石脆性指标全应力应变曲线 SHPB 数值模拟滚刀参数优化

双江口地下厂房花岗岩脆性特征与破裂机制试验研究

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双江口地下厂房花岗岩脆性特征与破裂机制试验研究

作者：李辉东北大学

学位级别：硕士

深部地下厂房建设和矿产资源开发利用等已经逐渐成为人类地下工程活动常态。当地下工程岩石赋存条件复杂时,特别是高应力环境使得工程活动难度增大。相较于软岩,硬岩表现出更高的承载能力和脆性特征,破裂时强度更高,脆性表征明显,给人... 详细信息

深部地下厂房建设和矿产资源开发利用等已经逐渐成为人类地下工程活动常态。当地下工程岩石赋存条件复杂时,特别是高应力环境使得工程活动难度增大。相较于软岩,硬岩表现出更高的承载能力和脆性特征,破裂时强度更高,脆性表征明显,给人类工程活动带来巨大挑战,因此研究硬岩破裂机制的对国家战略性深部工程的设计与建设是必要的。双江口水电站地下工程处于高地应力环境,所处地段岩性为硬脆性花岗岩,片帮冒落是主厂房开挖后岩石的显著破裂特征,因此研究主厂房实际破坏位置的岩石破裂机制对于现场的后续开挖以及开挖后的支护有重要的参考价值。首先反演双江口地下厂房初始地应力场,然后模拟开挖并提取基于主厂房左拱肩与右边墙不同洞壁深度处各应力点的三维应力状态。开展室内真三轴试验,分析了左拱肩与右边墙不同洞壁深度处花岗岩的力学特性与脆性变化,建立了能反映双江口花岗岩曲线类型的脆性准则,并验证了前文脆性变化。通过花岗岩宏观与微观破裂特征,揭示了花岗岩破裂机制演化,构建了破裂机制与脆性破坏的联系,以此为依据对工程破坏进行解译。主要内容如下:(1)通过多元线性回归法对双江口地下厂区进行了初始地应力场反演,并对比了各测点线性回归拟合应力分量与实测应力分量,结果基本一致,反演吻合度较好。基于反演处的初始地应力场进行主厂房开挖模拟,参考现场实际破坏情况提取了左拱肩与右边墙不同洞壁处的三维应力,为室内试验提供依据。(2)基于真三轴压缩试验下洞壁两侧不同洞壁深度处花岗岩的全应力应变曲线,分析了花岗岩的力学特性和脆性破坏程度,得到花岗岩在不同应力状态下强度和变形的演化规律,以及洞壁两侧不同洞壁深度处基于花岗岩应力应变曲线的脆性变化。(3)建立了能同时反映双江口花岗岩应力应变曲线类型和脆性变化的脆性准则,该准则的内涵为:Bt为正值代表曲线形态表现为Ⅰ类曲线,Bt为负值代表曲线形态表现为Ⅱ类曲线;|Bt|越大,脆性越强。将准则应用于典型曲线验证了脆性变化,说明该准则适用性较好。(4)通过洞壁两侧花岗岩破坏前的裂纹起始应力、损伤应力以及破坏后的破坏角、宏观破裂特征分析了花岗岩的破裂过程。SEM微观断口扫描辅助验证了右边墙处花岗岩随洞壁深度增加的破裂机制演化过程为拉伸破裂—拉剪混合—弱剪切破裂;左拱肩处花岗岩随洞壁深度增加的破裂机制演化过程为强拉伸破裂—强剪切破裂。揭示了拉应力诱导的洞壁处花岗岩脆性破坏程度最强;通过室内试验结果解释了主厂房现场实际破坏机制。

关键词：地下厂房真三轴试验全应力应变曲线脆性准则破裂机制