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加载速率影响下类硬岩声发射及破裂响应特征

煤田地质与勘探 2022年第2期50卷 115-124页

作者：张泽坤宋战平程昀霍润科宋婉雪王奎胜王彤杨腾添刘伟西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室陕西西安710055 中国铁建大桥工程局集团有限公司天津300300

为明确硬岩破坏失稳过程中的声学及破裂响应特征与加载速率相关性,对不同加载速率下类硬岩岩样进行单轴压缩试验及声发射测试,分析类硬岩力学参数特性、声发射现象及破裂响应特征,并基于声发射特征获得类硬岩破坏前兆预警信息。结果表明... 详细信息

为明确硬岩破坏失稳过程中的声学及破裂响应特征与加载速率相关性,对不同加载速率下类硬岩岩样进行单轴压缩试验及声发射测试,分析类硬岩力学参数特性、声发射现象及破裂响应特征,并基于声发射特征获得类硬岩破坏前兆预警信息。结果表明:类硬岩的峰值强度、弹性模量和峰值应变具加速率效应;随着加载速率增大,力学参数总体呈指数函数增长,相对低加载速率下(0.10~0.15 kN/s)的增长速率较快而在相对高加载速率下(0.20~0.25 kN/s)的增长速率略有减缓;声发射参数演化呈阶段性增长趋势,最大增幅与加载速率呈正相关;随着加载速率增大,AE幅度和幅度密度逐渐增大,AE振铃计数由低值低频向高值高频转变,AE能量由孤震型向群震型转变;加载速率对破裂模式及破碎形态具有明显影响,随着加载速率增大岩样由剪切破坏逐渐向拉伸剪切复合破坏、拉伸破坏演变,破裂程度增大并逐渐表现出岩爆倾向;声发射b值随加载时间增大经历了先上升、后波动、最后下降的演化阶段,呈逐渐减小趋势;类硬岩的临界破坏前兆点(b值)为0.68,声发射前兆信息的预警时序由大到小为累计振铃计数、累计能量、b值,具有良好的时效性和可靠性。研究成果对揭示硬质围岩体力学特征和破坏前兆信息预警提供一定参考。

关键词：类硬岩加载速率声发射特征破裂响应特征预警前兆信息

加载速率和几何尺寸对国产A508-Ⅲ钢断裂行为影响的实验研究

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力学学报 2022年第7期54卷 1970-1981页

作者：崔光顺包陈李一磊孙建华杜开开西南交通大学力学与航空航天学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031 中国核动力研究设计院反应堆工程研究所成都610213

由加载速率和几何约束改变而引起的压力容器钢韧脆转变问题是核能安全领域亟待解决的关键问题.为了准确分析国产A508-Ⅲ钢的动态断裂行为,借助INSTRON VHS高速材料试验机,开展了不同加载速率和几何尺寸条件下的国产A508-Ⅲ钢的断裂韧性... 详细信息

由加载速率和几何约束改变而引起的压力容器钢韧脆转变问题是核能安全领域亟待解决的关键问题.为了准确分析国产A508-Ⅲ钢的动态断裂行为,借助INSTRON VHS高速材料试验机,开展了不同加载速率和几何尺寸条件下的国产A508-Ⅲ钢的断裂韧性试验,研究了加载速率和几何尺寸等因素对国产A508-Ⅲ钢动态断裂韧性的影响.研究表明,A508-Ⅲ钢具有良好的抗冲击韧性,随着加载速率的提高,试样的总冲击吸收能基本保持恒定,裂纹萌生吸收能量不断上升,而裂纹扩展吸收能量呈下降趋势.J-Δa阻力曲线和条件起裂韧性J_(Q)随着几何约束的增加而降低,随加载速率的增加而升高.当达到某一临界速率时,条件起裂韧性J_(Q)基本恒定,试样断裂方式也由韧性断裂转变为韧−脆−韧混合断裂.由于出现混合断裂模式,发生脆性断裂时的最大J积分值J_(max)更适于描述国产A508-Ⅲ钢的断裂韧性演化规律.随着试样面外几何约束的降低,J_(max)随Δa_(m)的增加而线性增大.试样面内几何约束越高,J_(max)与Δa_(m)之间的线性关系斜率越大.随着试样几何约束的增加,材料的韧脆转变速率增加,J_(max)值下降.改变几何约束只能在有限的加载速率范围内改变材料的断裂方式,当加载速率超过某个临界值时,加载速率成为影响材料断裂方式的主要因素.

关键词：国产A508-Ⅲ钢动态断裂行为韧脆转变加载速率几何约束

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加载速率对层间断裂韧性的影响

航空学报 2015年第8期36卷 2620-2650页

作者：李玉龙刘会芳西北工业大学航空学院西安710072

虽然加载速率对层间断裂的影响已经被广泛的研究,但是现有的研究结果还未能给出加载速率对层间断裂韧性影响的明确趋势。研究人员发展了许多测量层合板复合材料以及胶接层断裂韧性的实验方法。本文的主要目的是对层间断裂韧性测量的实... 详细信息

虽然加载速率对层间断裂的影响已经被广泛的研究,但是现有的研究结果还未能给出加载速率对层间断裂韧性影响的明确趋势。研究人员发展了许多测量层合板复合材料以及胶接层断裂韧性的实验方法。本文的主要目的是对层间断裂韧性测量的实验方法进行综述,尤其是准静态和动态加载条件下层间起裂韧性的测量。首先介绍了准静态下Ⅰ型、Ⅱ型以及Ⅰ/Ⅱ复合型层间断裂韧性的测量方法,然后综述动态加载下层间断裂韧性的实验方法。前两部分着重介绍断裂实验中断裂参数(载荷、位移、起裂时间以及裂纹长度)的测量以及断裂韧性的计算。之后又综述了两种光学测量方法在层间断裂实验中的应用。最后将文献中加载速率对层间断裂韧性影响的实验研究结果进行了总结。

关键词：断裂韧性加载速率复合材料粘接数字图像相关

加载速率影响下裂隙细砂岩裂纹扩展试验及数值模拟研究

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煤炭学报 2021年第11期46卷 3488-3501页

作者：于利强姚强岭徐强王伟男牛志军刘伟冬中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

为研究裂隙倾角和加载速率对岩石裂纹扩展及破坏模式的影响,采用中心钻孔法在50 mm×50 mm×100 mm的细砂岩试样上预制宽度范围为0°~90°的贯通裂隙,并对其进行声发射及摄影监测下单轴压缩试验和PFC数值模拟研究,综合分析其裂纹演化规... 详细信息

为研究裂隙倾角和加载速率对岩石裂纹扩展及破坏模式的影响,采用中心钻孔法在50 mm×50 mm×100 mm的细砂岩试样上预制宽度范围为0°~90°的贯通裂隙,并对其进行声发射及摄影监测下单轴压缩试验和PFC数值模拟研究,综合分析其裂纹演化规律及变形破坏特征。结果表明:裂隙砂岩试样的破坏模式包含拉伸破坏、剪切破坏和拉伸/剪切混合破坏3种,根据裂纹起裂机理及发展轨迹可将其细化分为T1~4(拉伸)型、S1~3(剪切)型、M1~2(混合)型等9种类型,裂纹萌生亦可分为翼形裂纹、反抗拉裂纹、共面/非共面次级裂纹、横向裂纹等5种类型,且均与岩样加载破坏过程密切相关。岩样裂纹扩展及破坏模式受控于裂隙倾角α,随着α的增加,裂纹起裂应力升高,起裂位置由预制裂隙中央向尖端转移,裂纹前期萌生数量降低,岩样破坏模式由剪切破坏向拉伸破坏过渡。加载速率亦对岩样裂纹扩展及破坏模式产生影响,随着加载速率的增加,裂纹萌生类型由翼形裂纹变为反抗拉裂纹,且不再向其他裂纹类型转化,裂纹起裂时间缩短,破坏模式由剪切破坏向拉伸破坏过渡,岩样表面宏观裂纹数目降低。岩样的破坏过程与其声发射特征密切相关,声发射定位信息准确地反应了岩样的内部损伤情况。PFC数值模拟试验结果有效支撑了室内物理实验的结论,并反映出岩样裂纹萌生与扩展的根本原因是应力场的变化和转移,且压应力主要集中在预制裂隙尖端,而拉应力则主要集中在裂纹萌生的附近,一定程度上,拉应力场的分布揭示了裂纹萌生的主要趋势。

关键词：裂纹扩展裂隙细砂岩加载速率裂隙倾角破坏模式

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加载速率对湿态混凝土强度的影响

建筑材料学报 2017年第4期20卷 616-622页

作者：张国辉李宗利西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

首先研究了混凝土在自由吸水条件下的饱和度演化规律,然后对5种湿度状态下的混凝土进行了5种抗压加载速率下的单轴压缩试验和5种劈裂抗拉加载速率下的劈裂抗拉试验,最后建立了不同饱和度混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度随加载速率变化... 详细信息

首先研究了混凝土在自由吸水条件下的饱和度演化规律,然后对5种湿度状态下的混凝土进行了5种抗压加载速率下的单轴压缩试验和5种劈裂抗拉加载速率下的劈裂抗拉试验,最后建立了不同饱和度混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度随加载速率变化的预测公式,并分解了自由水与加载速率的独立效应.结果表明:相同加载速率下混凝土试件的抗压强度与劈裂抗拉强度均随饱和度的增加而降低;相同饱和度下混凝土试件的抗压强度与劈裂抗拉强度均随加载速率的提高呈近似指数关系增长;相同饱和度下混凝土劈裂抗拉强度随加载速率的变化幅度较抗压强度更为显著.

关键词：水工混凝土加载速率饱和度抗压强度劈裂抗拉强度

加载速率对煤系泥岩脆-延性转变影响的试验研究

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采矿与安全工程学报 2018年第2期35卷 391-396,401页

作者：张连英张树娟茅献彪汤晓英秦昊李兵李明徐州工程学院土木学院江苏徐州221000 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 上海市特种设备监督检验技术研究院上海200333

加载速率会造成岩石材料破坏形态的改变,材料破坏过程中存在脆延性转变的临界速率。为了探讨不同加载速率作用下泥岩的脆延性转化特性,以煤系岩层中泥岩为研究对象,采用MTS810电液伺服材料力学试验系统、FEI Quanta TM250扫描电镜,进行... 详细信息

加载速率会造成岩石材料破坏形态的改变,材料破坏过程中存在脆延性转变的临界速率。为了探讨不同加载速率作用下泥岩的脆延性转化特性,以煤系岩层中泥岩为研究对象,采用MTS810电液伺服材料力学试验系统、FEI Quanta TM250扫描电镜,进行了力学试验和扫描电镜试验,分析了加载速率对泥岩屈服应变、峰值应变、延性系数和应力-应变关系的影响。试验结果表明:随着加载速率的升高,泥岩的屈服应变整体上呈现逐渐上升的趋势;加载速率在0.03 mm/s时泥岩的延性系数增加,岩样破坏体现了一定的延性特征;煤系泥岩在0.03 mm/s的加载速率作用下,其宏观断裂为椎裂和剪切滑移破裂的混合破裂,微观断口形貌既有解理台阶,又有沿晶裂纹和穿晶裂纹,同时存在剪切滑移带,破坏方式趋向于延性,脆性降低。研究结果可为岩土工程问题提供重要依据。

关键词：泥岩加载速率屈服应变延性系数脆延性转变

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加载速率对岩石材料力学行为的影响

岩石力学与工程学报 2010年第A01期29卷 2610-2615页

作者：尹小涛葛修润李春光王水林中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000

加载速率会造成岩石材料破坏形态的改变,材料破坏过程中存在塑性向脆性转变的临界速率。在颗粒流程序下,通过Fish语言编程,虚拟实现岩石数值试件,并进行0.0005,0.0010,0.0050,0.0500m/s四个加载速率下的单轴压缩数值试验。分析加载速率... 详细信息

加载速率会造成岩石材料破坏形态的改变,材料破坏过程中存在塑性向脆性转变的临界速率。在颗粒流程序下,通过Fish语言编程,虚拟实现岩石数值试件,并进行0.0005,0.0010,0.0050,0.0500m/s四个加载速率下的单轴压缩数值试验。分析加载速率对岩石破裂形态、裂纹数量和扩展、应力-应变曲线和能量转换的影响。发现:加载速率的增加破坏优势剪切带的发展,使得剪切带等速发展,材料呈现锥形破坏;加载速率的增加使得材料的力学性能表现出极大的伪增强,材料更破碎,能量损失增大,这与材料吸收和破坏消散能量的能力有关。

关键词：岩石力学颗粒流加载速率破坏形态裂纹能量

加载速率影响的含裂隙类岩石材料破断试验与数值模拟

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岩石力学与工程学报 2018年第8期37卷 1833-1842页

作者：罗可招国栋曾佳君张栩栩蒲成志南华大学核资源工程学院湖南衡阳421001

为了探索加载速率对裂隙岩体强度规律及变形特征的影响,分析加载速率与裂隙倾角复合因素影响下裂隙岩体破断响应规律,室内制备含不同倾角裂隙类岩石试件,基于RMT–150B对其进行不同加载速率下的单轴压缩试验,结果表明:在静态加载条件下... 详细信息

为了探索加载速率对裂隙岩体强度规律及变形特征的影响,分析加载速率与裂隙倾角复合因素影响下裂隙岩体破断响应规律,室内制备含不同倾角裂隙类岩石试件,基于RMT–150B对其进行不同加载速率下的单轴压缩试验,结果表明:在静态加载条件下,裂隙体峰值强度对应应变值与加载速率呈负相关性;相同裂隙倾角下,裂隙体峰值强度呈现出随加载速率的增加而非线性增大的规律;相同加载速率下,裂隙体峰值强度受控于裂隙倾角,在裂隙倾角为15°时出现最小值;裂隙体弹性模量同时受裂隙倾角和加载速率的影响,并随裂隙倾角的增大而近似线性增大,随加载速率的增加而非线性增大,并趋近于一个常数。为弥补室内试验测试技术在反映裂隙体微观形态上的不足,运用PFC2D数值计算平台,基于平直节理接触单元构建裂隙体数值分析模型,设定与室内试验测试环境相同的边界条件,对比完整试件变形破坏特征数据,标定数值模型细观力学参数;数值模拟试验发现:裂隙体峰值强度与裂隙倾角及加载速率之间的关系与室内试验测试结果相吻合;同时获得数值模拟试验过程中的裂隙尖端应力响应规律,发现15°时裂隙尖端应力集中现象最显著。

关键词：岩石力学加载速率类岩石试件裂隙体强度规律变形特征数值模拟

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加载速率影响抗拉强度的机理及其数值验证

煤炭学报 2017年第S1期42卷 51-59页

作者：杨敬虎于翔中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 放顶煤开采煤炭行业工程研究中心北京100083

井下工作面由于推进速度的不同导致覆岩对顶板的加载速率不同,使得顶板岩层表现出不同的抗拉强度,因此加载速率影响岩石抗拉强度的机理对于掌握不同推进速度下的采场矿压显现规律至关重要。通过对覆岩运移规律的分析首先定义了2种加载速... 详细信息

井下工作面由于推进速度的不同导致覆岩对顶板的加载速率不同,使得顶板岩层表现出不同的抗拉强度,因此加载速率影响岩石抗拉强度的机理对于掌握不同推进速度下的采场矿压显现规律至关重要。通过对覆岩运移规律的分析首先定义了2种加载速率,即外力加载速率和位移加载速率;然后通过室内岩石力学实验掌握了加载速率越大岩石抗拉强度越大的规律;接着使用弹性动力学方法和分子尺度的功能原理分别解释了外力加载速率和位移加载速率影响抗拉强度的作用机理;最后,通过ANSYS/LS-DYNA对不同加载速率下的巴西劈裂实验进行了瞬态动力学分析,进一步验证了加载速率对抗拉强度的作用效果。结果表明,外力加载速率不同时系统产生的惯性力不同,位移加载速率不同时,破坏时物体的动能也不同,最终使得不同加载速率下物体表现出不同的抗拉强度。

关键词：推进速度加载速率抗拉强度弹性动力学瞬态动力学