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加载速率影响下含雁行裂纹-钻孔煤体变形破坏特征研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 573-586页

作者：潘红宇冯高远纪翔李佳航季冰张天军西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054

为研究加载速率影响下瓦斯抽采钻孔孔周煤体变形破坏特征,开展不同加载速率下含雁行裂纹-钻孔复合缺陷煤样单轴压缩试验,结合数字图像相关技术,分析不同加载速率下复合缺陷煤样的力学特性、破坏模式与表面变形场演化规律。通过计算机视... 详细信息

为研究加载速率影响下瓦斯抽采钻孔孔周煤体变形破坏特征,开展不同加载速率下含雁行裂纹-钻孔复合缺陷煤样单轴压缩试验,结合数字图像相关技术,分析不同加载速率下复合缺陷煤样的力学特性、破坏模式与表面变形场演化规律。通过计算机视觉技术,进一步研究加载速率影响下钻孔破坏和雁行裂纹扩展特征,揭示含复合缺陷煤样变形破坏的加载速率效应。结果表明:(1)雁行裂隙-钻孔复合缺陷试样在不同加载速率作用时表现出低加载速率下高强度、高加载速率下低强度的特性,0.2 mm/min为试样的临界加载速率,在临界加载速率处试样的峰值应力、峰值应变、弹性模量的变化趋势发生改变。(2)不同加载速率下试样均呈现渐进性破坏特征,破坏形式以张拉剪切混合破坏为主,随着加载速率增加拉伸作用逐渐占到主导地位。在雁行裂隙诱导下,低加载速率时表现为沿着新生裂隙与雁行裂隙形成贯通面发生剪切错动破坏,高加载速率时表现为沿着新生裂隙水平张开发生拉伸破坏。(3)引入钻孔张缩量C来定量表征钻孔变形程度。在低加载速率下钻孔张开,C>1,随加载速率增加C逐渐降低,在高加载速率下钻孔先张开然后迅速塌缩,最终C加载作用下发生逆时针方向错动与张开,变形主要集中在不稳定裂隙扩展阶段。随着加载速率的增加,雁行裂隙错动量与张开量均显著增加,且试样受张拉效应增强,张开变形比例逐渐高于错动变形比例。

关键词：岩石力学加载速率抽采钻孔雁行裂纹钻孔变形裂隙扩展

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不同加载速率下CFRP约束再生骨料混凝土重复轴压应力-应变关系

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1487-1504页

作者：李鹏达冼旭俊任昱浩周英武深圳大学土木与交通工程学院深圳518060

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束再生骨料混凝土(RAC)在重复轴向压缩作用下的力学性能,对72根CFRP约束RAC圆柱进行了不同加载速率下的单调及重复轴压试验,分析了加载速率、再生骨料(RA)替代率和CFRP层数对CFRP约束RAC的破坏模... 详细信息

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束再生骨料混凝土(RAC)在重复轴向压缩作用下的力学性能,对72根CFRP约束RAC圆柱进行了不同加载速率下的单调及重复轴压试验,分析了加载速率、再生骨料(RA)替代率和CFRP层数对CFRP约束RAC的破坏模式、极限状态、重复应力-应变关系的影响。试验结果表明:CFRP约束对100wt%RA替代率混凝土极限状态的增强效果最为显著,但其增强效果随着加载速率的增大而减小。相比于3 mm/min的加载速率,2层CFRP约束100wt%RA替代率混凝土在18 mm/min的加载速率下,其极限强度增强比降低了16.2%,极限应变增强比降低了22.6%。此外,重复轴压荷载作用下,卸载刚度和再加载刚度均与RA替代率和加载速率呈负相关,但加载速率的提升会削弱RA替代率的影响。最后,通过对试验数据的回归分析,建立了考虑加载速率与RA替代率耦合作用的CFRP约束RAC重复轴压应力-应变模型,模型预测曲线与本文的试验曲线和现有文献收集的试验曲线匹配良好。

关键词：纤维增强复合材料再生骨料混凝土加载速率重复轴压应力-应变

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不同加载速率作用下含平行裂隙岩石的试验研究:能量耗散与损伤演化

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岩石力学与工程学报 2024年第S01期43卷 3397-3412页

作者：戴兵赵桂锋张雷张志军刘永陈英南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001 矿山岩土工程灾害预测与控制工程技术研究中心湖南衡阳421001 深圳大学物理与光电工程学院广东深圳518060

为了研究平行双裂隙岩石在动荷载作用下的能量耗散和损伤变化规律,利用改进的分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置,对预制平行裂隙岩石进行动态冲击试验,探究裂隙角度和加载速率对岩石能耗规律和损伤变化的影响。试验结果表明:随着加载速率... 详细信息

为了研究平行双裂隙岩石在动荷载作用下的能量耗散和损伤变化规律,利用改进的分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置,对预制平行裂隙岩石进行动态冲击试验,探究裂隙角度和加载速率对岩石能耗规律和损伤变化的影响。试验结果表明:随着加载速率的增大,0°裂隙岩石的弹性应变能先下降后上升,45°和90°裂隙岩石表现出相反的规律。根据能量转换和分配原理,建立应变能密度变化函数模型,该模型能较好地反应峰值应力前岩石的能量耗散特性。弹性应变能与塑性应变能的比值可以用来表示岩石破坏前能量的变化指标,峰值应力前岩石能量吸收、储存和释放的过程中存在自我控制行为。不同加载速率作用下岩石的损伤变量分为稳定和加速发展两个阶段,加载速率效应影响损伤变量置信区间的变化趋势,损伤变量随着裂隙角度的增大先减小后增大。损伤变量分别和加载速率、单位体积吸收能具有良好的非线性拟合关系。基于数学推导法研究了裂隙角度和加载速率对岩石损伤曲线的影响,建立了损伤力学模型。损伤曲线的斜率先增大后减小,损伤因子m_(0)整体逐渐上升,F_(0)逐渐下降。其研究结果可以为深部裂隙岩石工程设计和岩石破碎效率优化等工程实践提供科学依据。

关键词：岩石力学分离式霍普金森杆(SHPB) 加载速率平行裂隙能量耗散损伤演化

不同加载速率下青砂岩破裂演化规律及能量利用效率分析

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煤田地质与勘探 2024年第6期52卷 69-78页

作者：赵环帅潘永泰乔鑫王星宇余超黄嘉诚中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)矿山与城市固废资源化工程研究中心北京100083

【目的】研究不同加载速率下岩石破裂演化规律及能量利用效率是岩石破碎加工领域亟待解决的问题。【方法】基于室内试验进行青砂岩细观参数标定,建立青砂岩宏-细观力学响应关系,采用颗粒流程序,研究不同加载速率下青砂岩应力-应变曲线... 详细信息

【目的】研究不同加载速率下岩石破裂演化规律及能量利用效率是岩石破碎加工领域亟待解决的问题。【方法】基于室内试验进行青砂岩细观参数标定,建立青砂岩宏-细观力学响应关系,采用颗粒流程序,研究不同加载速率下青砂岩应力-应变曲线与应力链分布特征,从破裂特征与裂纹特点方面分析青砂岩的破裂演化规律,并分析青砂岩破裂过程中的能量利用效率。【结果和结论】结果表明:(1)青砂岩在破裂过程中,应力-应变曲线表现为峰前线弹性、峰前塑性变形和峰后逐步失稳阶段,拉力链导致青砂岩裂纹扩展,最终破裂是压力和拉力链相互作用的结果。(2)不同加载速率下,青砂岩破裂可分为剪切破裂、贯穿破裂及混合多级破裂阶段,剪切与贯穿破裂阶段是剪切力起主要作用,而混合多级破裂是拉伸力主导的破裂模式。拉伸裂纹在破裂过程中起主导作用,生成速率明显高于剪切裂纹,总裂纹生成速率达2 400.81 m/s。(3)青砂岩断裂能的演化可分为缓慢增加、急剧增大与趋于稳定阶段,在加载速率为0.05 m/s时,最大能量利用效率为0.088%。研究结果不仅从细观层面对岩石破裂演化规律及能量利用效率进行了初步探索,也可为岩石破碎过程中工艺参数的合理选择提供指导。

关键词：青砂岩加载速率颗粒流程序力学特性力链断裂能

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加载速率对CFRP加固混凝土梁断裂特性影响研究

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防灾减灾工程学报 2024年第1期44卷 210-221页

作者：赵少伟冯心淏郭蓉郭喜旺河北工业大学土木与交通学院天津300401

采用CFRP加固带裂缝混凝土梁,能明显提高构件的承载力和刚度,减小结构变形并延缓裂缝的扩展。由于混凝土材料本身和CFRP-混凝土界面的率敏感性,在动态加载速率下CFRP加固梁的断裂性能与准静态荷载下有着明显不同。为研究CFRP加固混凝土... 详细信息

采用CFRP加固带裂缝混凝土梁,能明显提高构件的承载力和刚度,减小结构变形并延缓裂缝的扩展。由于混凝土材料本身和CFRP-混凝土界面的率敏感性,在动态加载速率下CFRP加固梁的断裂性能与准静态荷载下有着明显不同。为研究CFRP加固混凝土梁的动态力学性能,通过不同加载速率下三点弯曲梁断裂试验,对比分析了0.000 5、0.1、1、10 mm/s加载速率下CFRP加固预裂混凝土梁的断裂性能。结果表明:CFRP在混凝土梁裂缝扩展过程中承担着很强的阻裂作用和增强效果,与未加固混凝土梁相比,CFRP加固混凝土梁的极限荷载得到显著提高;随加载速率提高,混凝土梁固有的阻裂性能和断裂过程区骨料黏聚力的阻裂作用提高,混凝土梁断裂面骨料被拉断的数量增多,裂缝扩展路径更趋向平直;最后计算得到不同加载速率下CFRP加固混凝土梁裂缝扩展阻力曲线,分析了不同加载速率下CFRP加固混凝土梁裂缝扩展阻力曲线的变化规律。

关键词：断裂性能加载速率 CFRP加固混凝土裂缝扩展阻力曲线

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加载速率效应下恒温花岗岩损伤破坏规律研究

地下空间与工程学报 2024年第3期20卷 788-799,847页

作者：鲍先凯姜斌于超云时睦涵张武内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区建筑结构防灾减灾工程技术研究中心内蒙古包头014010 内蒙古自治区土木工程安全与耐久重点实验室内蒙古包头014010

为研究恒温花岗岩的加载速率效应,以60℃恒温花岗岩试样为实验对象,开展不同加载速率下花岗岩单轴压缩试验并采用声发射技术实时监测并进行数值模拟计算,分析试样的力学特性和破坏演化规律。结果表明:随加载速率增加,花岗岩弹性模量先... 详细信息

为研究恒温花岗岩的加载速率效应,以60℃恒温花岗岩试样为实验对象,开展不同加载速率下花岗岩单轴压缩试验并采用声发射技术实时监测并进行数值模拟计算,分析试样的力学特性和破坏演化规律。结果表明:随加载速率增加,花岗岩弹性模量先减小后增大,泊松比先增大后减小;0.005 mm/s加载速率下试件声发射信号曲线平滑、增长缓慢,0.01 mm/s、0.015 mm/s加载速率下声发射信号曲线曲率急剧增加,而0.02 mm/s加载速率下声发射信号断崖式上升;不同加载速率下的张拉裂纹散点分布靠近AF轴,剪切裂纹散点分布均远离AF轴,张拉裂纹散点远多于剪切裂纹;声发射RA-AF演化特征分析和数值模拟分析都很好地印证了花岗岩低加载速率下的破坏形式是以张拉为主的张拉-剪切混合破坏,高加载速率下的破坏形式主要为张拉破坏,这与试验结果高度吻合。

关键词：花岗岩加载速率声发射振铃 RA-AF演化特征损伤破坏

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加载速率对煤岩力学特性及红外辐射规律研究

金属矿山 2024年第4期 82-86页

作者：彭岩岩韩攀嵘王艳丽王翀峘樊啸绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 华汇工程设计集团股份有限公司浙江绍兴312000

为了研究煤岩在不同加载速率下的力学特性及其失稳破坏时的红外前兆信息,利用TP耦合试验机和高精度红外热成像仪,选取0.01、0.02、0.03、0.04和0.05 mm/s 5个加载速率对煤岩进行单轴压缩试验。结果表明:煤岩线弹性变形阶段占比在原生裂... 详细信息

为了研究煤岩在不同加载速率下的力学特性及其失稳破坏时的红外前兆信息,利用TP耦合试验机和高精度红外热成像仪,选取0.01、0.02、0.03、0.04和0.05 mm/s 5个加载速率对煤岩进行单轴压缩试验。结果表明:煤岩线弹性变形阶段占比在原生裂隙闭合阶段、线弹性变形阶段、失稳破坏阶段中随加载速率增大明显降低;煤岩平均红外温度最大最小温差随着加载速率增大逐渐缩小;煤岩失稳破坏时表现出降温前兆现象,增大加载速率对其提前发生具有抑制效果。

关键词：煤岩加载速率红外辐射温度力学特性

加载速率对钢筋混凝土粘结滑移性能影响的研究

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加载速率对钢筋混凝土粘结滑移性能影响的研究

作者：朱容畅大连海洋大学

学位级别：硕士

在钢筋混凝土结构正常使用周期内,结构承受着静态和动态荷载的作用。本文旨在研究地震荷载条件下加载速率对钢筋与混凝土粘结滑移性能的影响。本文采用试验研究与理论研究相结合的方式,探究了加载速率对钢筋与混凝土粘结滑移性能的影响... 详细信息

在钢筋混凝土结构正常使用周期内,结构承受着静态和动态荷载的作用。本文旨在研究地震荷载条件下加载速率对钢筋与混凝土粘结滑移性能的影响。本文采用试验研究与理论研究相结合的方式,探究了加载速率对钢筋与混凝土粘结滑移性能的影响,并主要完成了以下研究内容:试验研究了加载速率对钢筋与混凝土粘结滑移性能的影响。进行了钢筋拔出试验,混凝土强度、加载速率、钢筋直径、钢筋类型以及粘结长度是本文试验中考虑的主要因素。基于试验数据绘制不同工况下粘结应力-滑移曲线。结果分析表明,钢筋与混凝土粘结强度会随着加载速率的提升而增强。无论对于普通混凝土试件还是高强混凝土试件,螺纹钢筋的粘结强度均高于光圆钢筋。当加载速率从0.005mm/s变到5mm/s,普通混凝土试件平均粘结强度增大15.7%,高强混凝土试件的平均粘结强度增大7.8%,可以看出高强混凝土试件对加载速率的敏感性较低。粘结长度和钢筋直径的不同,也会对粘结强度的加载速率敏感性产生影响,在普通混凝土中,粘结强度随粘结长度增大而增加8%,对加载速率的敏感性较小,而在高强混凝土中则相反,粘结强度增大25%;对于高强混凝土试件,小直径钢筋的粘结强度增大4.5%,对于普通混凝土试件,小直径钢筋的粘结强度增大16%,对加载速率的反应更为敏感。基于钢筋混凝土拔出试验的数据,提出钢筋混凝土动态粘结滑移本构模型。通过回归拟合的方式,对钢筋混凝土特征粘结强度与特征滑移值的影响因素进行分析,得到可以描述粘结强度和粘结滑移与加载速率、混凝土强度和锚固长度关系的计算公式,建立钢筋混凝土动态粘结滑移的本构模型。使用Abaqus有限元软件对钢筋混凝土拔出试验进行有限元分析,建立了可以考虑加载速率影响的钢筋混凝土拉拔试件有限元模型,将数值模拟结果与试验结果进行对比,有限元结果与试验结果误差值在5%以内,由此验证本文所提出的用于模拟粘结滑移的建模方法准确,也验证本文所建立的钢筋与混凝土间粘结滑移本构模型的合理性。通过对混凝土强度和加载速率对粘结应力与滑移值的影响进行参数扩展分析,发现在相同混凝土强度等级下,随着加载速率的增大,极限滑移值与残余滑移值逐渐减小;极限粘结应力和残余粘结应力随着加载速率和混凝土强度的增加而基本呈线性上升趋势。

关键词：钢筋混凝土加载速率有限元粘结性能本构关系

不同围压及加载速率下的塑性混凝土动力特性研究

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建筑结构 2024年第3期54卷 71-76页

作者：徐毅安邓博团安阳职业技术学院建筑设计与工程学院安阳455000 西安科技大学建筑与土木工程学院西安710054

为研究塑性混凝土在三向应力状态下的动力特性与破坏规律,设计符合工程实践的配合比方案,借助动三轴试验仪开展了其在不同围压和不同加载速率条件下的强度、应力及应变规律研究。最后依据试验成果建立了基于Bresler-Pister三参数的强度... 详细信息

为研究塑性混凝土在三向应力状态下的动力特性与破坏规律,设计符合工程实践的配合比方案,借助动三轴试验仪开展了其在不同围压和不同加载速率条件下的强度、应力及应变规律研究。最后依据试验成果建立了基于Bresler-Pister三参数的强度准则。结果表明:塑性混凝土抗压强度与加载速率呈近线性正相关,材料抗压强度小于5.0MPa时对低加载速率更敏感,抗压强度大于5.0MPa时对高加载速率更敏感;不同加载速率下材料应力-应变规律基本一致,当应变达到1.47%~1.90%后其应力出现峰值,随后大幅度降低;不同围压条件下塑性混凝土抗压强度随围压的增加同样呈线性增长趋势,随着围压的提高,塑性混凝土峰值应力维持时间越长,材料抗裂性能越好;基于Bresler-Pister的强度准则公式其计算剪应力与三轴实测误差在1.61%~4.35%之间,基本反映了材料的变形破坏规律。

关键词：塑性混凝土围压加载速率动力特性抗压强度