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钢纤维地质聚合物混凝土冲击力学性能研究

振动与冲击 2023年第3期42卷 1-11页

作者：叶建峰刘宪成颜桂云黄冠骅庄金平福建工程学院福建省土木工程新技术与信息化重点实验室福州350118

通过控制粉煤灰、矿渣用量制备基准强度分别为C50、C60和C70的普通地质聚合物混凝土试件,再掺入不同体积量(0.3%, 0.6%, 0.9%和1.2%)的钢纤维制备出钢纤维地质聚合物混凝土试件。采用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)... 详细信息

通过控制粉煤灰、矿渣用量制备基准强度分别为C50、C60和C70的普通地质聚合物混凝土试件,再掺入不同体积量(0.3%, 0.6%, 0.9%和1.2%)的钢纤维制备出钢纤维地质聚合物混凝土试件。采用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)对试件在不同冲击气压(对应不同应变率)下的抗冲击性能进行研究,探讨钢纤维掺量、应变率及混凝土基准强度对试件动态抗压强度和韧性指数的影响;采用ABAQUS软件进行数值模拟,对模拟与试验结果加以分析和验证;建立钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型。结果表明:各组试件的动态抗压强度随着应变率、混凝土基准强度地提高逐渐增大,而钢纤维掺量仅对强度较低地质聚合物混凝土产生较大影响;应变率的提高使试件完整性逐渐变差,而随着钢纤维掺量与混凝土基准强度的提高,试件完整性逐渐变好,冲击耗能与韧性逐渐增加;数值分析与试验结果吻合较好,验证了结果的可靠性;钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型计算结果与试验结果整体吻合较好,可用于预测冲击荷载下钢纤维地质聚合物混凝土的力学性能。

关键词：钢纤维地质聚合物混凝土动态抗压强度韧性指数有限元分析应力-应变本构模型

SHPB冲击荷载下碱化水稻秸秆基尾砂胶结充填体动态力学性能响应

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中国有色金属学报 2021年第9期31卷 2583-2595页

作者：宋学朋王石魏美亮刘武王晓军陶铁军王婕江西理工大学资源与环境工程学院赣州341000 贵州大学土木工程学院贵阳550025 江西理工大学建筑与测绘工程学院赣州341000

充填采矿过程中,充填体不可避免地经历开挖和爆破等动态扰动,降低了充填体的稳定性。为此,将成本低、来源广的农业废弃物水稻秸秆掺加到尾砂胶结充填体中,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)研究了掺不同含量碱化水稻秸秆(经NaOH溶液碱化处理... 详细信息

充填采矿过程中,充填体不可避免地经历开挖和爆破等动态扰动,降低了充填体的稳定性。为此,将成本低、来源广的农业废弃物水稻秸秆掺加到尾砂胶结充填体中,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)研究了掺不同含量碱化水稻秸秆(经NaOH溶液碱化处理)的充填体在单次与循环冲击荷载下的动态力学特征。结果表明:单次冲击荷载下,所有充填体均具有明显的应变率增强效应,而碱化水稻秸秆的掺入显著提高了充填体的动态抗压强度;随着碱化水稻秸秆含量由0%增加至0.4%,充填体的动态抗压强度先增加再减小,充填体的动态抗压强度增幅14.06%~26.81%,碱化水稻秸秆最佳掺量为0.3%。掺碱化水稻秸秆的充填体应变更大;随着平均应变率增加,充填体的破坏程度逐渐加剧,但是碱化水稻秸秆的掺入更能维持充填体的稳定性,最终发生破坏时块体更大。相同冲击次数的循环冲击荷载下,掺碱化水稻秸秆的充填体动态抗压强度更大,且碱化水稻秸秆最佳掺量仍为0.3%。碱化水稻秸秆表面被水泥水化产物覆盖,提高了其与充填体基体的黏结强度,使碱化水稻秸秆在充填体基体内部起到桥连作用,抑制了裂纹的扩展,为预脱落的块体提供拉力,进而改善了充填体的动态力学特征。碱化水稻秸秆显著提高了充填体的稳定性和抗冲击性能,更有利于提高井下作业的安全性。

关键词：碱化水稻秸秆冲击荷载尾砂胶结充填体动态抗压强度 SHPB

冻融循环对绿砂岩动态抗压性能影响的试验研究

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北京理工大学学报 2023年第8期43卷 841-851页

作者：贾蓬毛松泽卢佳亮钱一锦王琦伟东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

冻融循环对岩石材料的性能有着至关重要的影响.为研究冻融循环对绿砂岩物理及动态抗压强度特性的影响,对冻融0、25、50、75、100次的绿砂岩开展了应变率范围为55.98~151.84 s^(−1)的动态压缩试验.研究发现,随冻融循环次数增加,质量、纵... 详细信息

冻融循环对岩石材料的性能有着至关重要的影响.为研究冻融循环对绿砂岩物理及动态抗压强度特性的影响,对冻融0、25、50、75、100次的绿砂岩开展了应变率范围为55.98~151.84 s^(−1)的动态压缩试验.研究发现,随冻融循环次数增加,质量、纵波波速减小,孔隙率以及饱和吸水率增大.50次冻融循环后绿砂岩内部损伤严重,饱和吸水率增速逐渐降低,穿晶裂纹及裂纹簇增多.冻融次数对动态抗压强度起劣化作用,应变率对动态抗压强度起强化作用,两者影响机制相反,而冻融次数和应变率增加均会提高砂岩的破碎程度.综合纵波波速和孔隙率建立冻融损伤因子,给出了考虑冻融损伤、应变率的动态抗压强度经验方程.基于纵波波速、孔隙率分别建立的强度衰减模型均能够很好地反映动态抗压强度的劣化规律;动态抗压强度均随纵波波速变化量、孔隙率变化量增加而减小.

关键词：冻融循环孔隙率纵波波速冻融损伤因子动态抗压强度

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基于分形理论的岩石冲击破坏研究

振动与冲击 2013年第5期32卷 163-166页

作者：刘石许金余白二雷高志刚空军工程大学机场建筑工程系西安710038 西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

利用大直径分离式霍普金森压杆试验系统,对绢云母石英片岩和砂岩进行冲击压缩试验,采用不同等级标准筛对岩石冲击破碎后试块进行筛分统计,运用分形几何理论,计算出冲击荷载作用下两种岩石破碎块度分布的分形维数,研究冲击速度对块度分... 详细信息

利用大直径分离式霍普金森压杆试验系统,对绢云母石英片岩和砂岩进行冲击压缩试验,采用不同等级标准筛对岩石冲击破碎后试块进行筛分统计,运用分形几何理论,计算出冲击荷载作用下两种岩石破碎块度分布的分形维数,研究冲击速度对块度分维影响,分析两种岩石动态抗压强度随块度分维的变化关系。试验结果表明,绢云母石英片岩块度分维大部分集中在1.9～2.4之间,砂岩集中在2.5～3.0之间;两种岩石分形维数随冲击速度的升高呈上升趋势,近似线性正比关系;绢云母石英片岩动态抗压强度与块度分维无明显函数关系,砂岩动态抗压强度随块度分维的增大呈增加趋势。采用分形维数对岩石试件在冲击破碎过程中动态抗压强度的变化进行定量描述,为探索岩石动态破碎分形特征与冲击力学性能之间的内在规律,开辟新的研究途径。

关键词：岩石破碎分形分形维数动态抗压强度

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冲击荷载作用下EPS混凝土动态性能研究

振动与冲击 2012年第13期31卷 53-57页

作者：白二雷许金余高志刚空军工程大学工程学院西安710038 西北工业大学力学与建筑工程学院西安710072

配置聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,EPS)颗粒体积掺量分别为10%,20%,30%,40%,50%的EPS混凝土,采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,以动态抗压强度和临界应变为指标,研究EPS混凝土在冲击荷载作用下的动态性能,探索EPS颗粒对... 详细信息

配置聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,EPS)颗粒体积掺量分别为10%,20%,30%,40%,50%的EPS混凝土,采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,以动态抗压强度和临界应变为指标,研究EPS混凝土在冲击荷载作用下的动态性能,探索EPS颗粒对混凝土动态性能的改善机理。结果表明:由于应变率效应,相同体积掺量的EPS混凝土动态抗压强度与临界应变随应变率的增加而提高,具有显著的应变率相关性;以临界应变为变形性能指标,由于EPS颗粒的微结构效应,在EPS颗粒体积掺量0～40%范围内,其变形性能随EPS体积掺量的增加而提高,当EPS颗粒体积掺量达到50%时,其变形能力有所降低。EPS颗粒体积掺量为40%时对混凝土变形性能的改善效果最佳。

关键词： EPS混凝土冲击荷载临界应变动态抗压强度应变率机理

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南沙群岛珊瑚礁灰岩的动态力学性能试验

岩土力学 2019年第1期40卷 183-190页

作者：孟庆山范超曾卫星余克服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 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541006 广西大学海洋学院广西南宁530004

生物成因的珊瑚礁灰岩明显有别于传统意义的地质岩体,通过对礁灰岩进行霍普金森压杆(SHPB)冲击试验,研究南海珊瑚礁灰岩的动力破碎形态和动态力学性能。研究表明:垂向沉积演化发育的强度高且致密的礁灰岩,具有较高的弹性波速和单轴抗压... 详细信息

生物成因的珊瑚礁灰岩明显有别于传统意义的地质岩体,通过对礁灰岩进行霍普金森压杆(SHPB)冲击试验,研究南海珊瑚礁灰岩的动力破碎形态和动态力学性能。研究表明:垂向沉积演化发育的强度高且致密的礁灰岩,具有较高的弹性波速和单轴抗压强度;单轴冲击荷载下礁灰岩主要发生沿轴向的张拉破坏,且主要发生在生物组分、珊瑚砾块与珊瑚藻的胶结面等薄弱部位;生物成因的礁灰岩的动态应力-应变模型与一般岩石不同,存在较明显的压密阶段,礁灰岩的动态抗压强度对应变率表现出更强的敏感性;礁灰岩的能耗密度、入射能和动态抗压强度呈线性关系,与应变率呈乘幂函数关系。珊瑚礁灰岩的动态力学性能对岛礁工程实践中的爆破开挖、冲击破碎和防震抗爆设计有重要的指导意义。

关键词：礁灰岩岩石动力学霍普金森压杆(SHPB) 应变率动态抗压强度能耗密度

静载历史下的损伤对混凝土动态抗压性能影响研究

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北京理工大学学报 2023年第5期43卷 470-477页

作者：李胜林陈云瑞张明悦徐平甲郝劲戈中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 北京市通州区住房和城乡建设委员会北京101199 中铁十六局集团路桥工程有限公司北京101500

为研究正在使用状态下且已存在初始损伤的混凝土构筑物受冲击动力荷载下的动态力学特性,本文以混凝土试件为试验对象,先通过YAD-2000试验压力机对多组混凝土试件进行预加载,使C30混凝土试件出现不同程度的损伤,然后利用SHPB试验设备对... 详细信息

为研究正在使用状态下且已存在初始损伤的混凝土构筑物受冲击动力荷载下的动态力学特性,本文以混凝土试件为试验对象,先通过YAD-2000试验压力机对多组混凝土试件进行预加载,使C30混凝土试件出现不同程度的损伤,然后利用SHPB试验设备对试件进行单次冲击压缩试验,研究静载下的损伤对混凝土应力–应变曲线特征、动态抗压强度、破坏模式等特性的影响.通过系列试验发现,经历初始静载的混凝土表现出较强的损伤效应和应变率效应.静载作用下混凝土的损伤对动态抗压强度降低影响关系中,存在一个分界点.大于分界值时,损伤程度变化对混凝土动态抗压强度影响显著.研究结果对于荷载历史混凝土的动态性能研究和应用具有理论意义和参考价值.

关键词：静载历史霍普金森压杆(SHPB) 损伤应变率效应动态抗压强度

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刚玉空心球混凝土动态特性实验研究

振动与冲击 2016年第12期35卷 110-116页

作者：陆松许金余罗鑫董宗戈王宏伟空军工程大学机场建筑工程系西安710038 西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072 空军装备部北京100081 空防二处沈阳110000

采用100 mm分离式Hopkinson压杆试验装置研究了刚玉空心球混凝土(HCBC)和素混凝土(PC)在不同应变率下的冲击压缩性能,动态抗压强度和临界应变与应变率之间的关系;以材料本构能的耗散定义损伤变量,分析了HCBC和PC的动态损伤演化规律。... 详细信息

采用100 mm分离式Hopkinson压杆试验装置研究了刚玉空心球混凝土(HCBC)和素混凝土(PC)在不同应变率下的冲击压缩性能,动态抗压强度和临界应变与应变率之间的关系;以材料本构能的耗散定义损伤变量,分析了HCBC和PC的动态损伤演化规律。结果表明,应力-应变曲线表现出明显的三个阶段:弹性区,平台区和致密区,HCBC的三阶段效应比PC更加明显,表明HCBC脆性小,韧性大;这两种混凝土的动态抗压强度和临界应变与应变率成线性关系,并给出了经验公式,表明HCBC是一种率相关的增强增韧材料;HCBC和PC的损伤发展可以归纳为三个阶段:损伤未发展,损伤稳定发展和损伤不稳地发展;损伤应力槛值和损伤槛值与应变率变化关系不大,损伤应力最大阀值和损伤最大阀值随应变率增大而增大,而且HCBC的损伤应力槛值低于PC的,表明HCBC的韧性较好。这为HCBC作为军事防护工程分配层的填充材料提供了理论指导。

关键词：刚玉空心球混凝土分离式霍普金森压杆动态抗压强度临界应变损伤发展

层面位置对煤岩组合体动态破坏特性影响规律研究

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煤田地质与勘探 2024年第10期52卷 97-105页

作者：郑建伟张修峰鞠文君王存文韩跃勇李国营陈洋李海涛郝晋伟刘彪山东能源集团有限公司冲击地压防治研究中心山东济南250014 煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 陕西煤业化工集团有限责任公司陕西西安710065

【目的】层面位置对煤岩组合体动态破坏过程及力学特性具有重要影响作用,但影响规律尚不清晰。【方法】通过对含有3种层面位置的煤岩组合体(层面分别位于岩石部分上位、中位和下位)开展霍普金森冲击(split Hopkinson pressure bar,SHPB... 详细信息

【目的】层面位置对煤岩组合体动态破坏过程及力学特性具有重要影响作用,但影响规律尚不清晰。【方法】通过对含有3种层面位置的煤岩组合体(层面分别位于岩石部分上位、中位和下位)开展霍普金森冲击(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验,分析了冲击载荷条件下煤岩组合体动态应力-应变、破坏过程、能量结构、碎块特征的演变规律。【结果和结论】结果表明:(1)煤岩组合体动态应力-应变过程可以分为近似线性阶段、非线性的动态应力-应变阶段、弹性模量降低阶段、宏观破裂阶段、应力波卸载阶段5个阶段。(2)随着层面由上向下布置,岩石部分的破坏程度逐渐增强,破坏过程逐渐剧烈,破坏后的碎块的均匀程度降低,而煤体部分的破坏程度则逐步降低,破碎后的块度逐渐增加。(3)层面的存在会降低煤岩组合体动态抗压强度,与无层面煤岩组合体(平均强度为79.487 MPa)相比,当层面位于上方时,组合体动态抗压强度(平均强度为73.724 MPa)降低7.25%;当层面位于中位时,组合体动态抗压强度(平均强度为61.798 MPa)降低22.26%;当层面位于下位时,组合体的动态抗压强度(平均强度为64.991 MPa)降低18.24%。(4)随着层面位置由上向下布置,能量结构发生变化,反射能占比降低,吸收能占比增加,透射能占比减小。本研究可以为超长孔水力压裂技术或地面压裂技术在大范围处理坚硬顶板工程开展过程中压裂位置的选择提供一定指导。

关键词：层面位置煤岩组合体动态抗压强度 SHPB 能量结构水力压裂