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考虑垮落岩体应变硬化特性的采场覆岩破坏特征研究

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煤炭科学技术 2022年第3期50卷 46-52页

作者：张广超陶广哲曹志国赵勇强徐祝贺李友左昊无山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209 北京低碳清洁能源研究院北京102211

煤炭开采引起的覆岩运动、变形和破坏直接影响地下水库的储水库存与水源补给能力,为了科学精确化计算地下水库库容,有必要考虑采空区垮落岩体在渐进压实过程中体现出的应变硬化力学特性对采场覆岩“两带”高度分布特征的影响作用。以李... 详细信息

煤炭开采引起的覆岩运动、变形和破坏直接影响地下水库的储水库存与水源补给能力,为了科学精确化计算地下水库库容,有必要考虑采空区垮落岩体在渐进压实过程中体现出的应变硬化力学特性对采场覆岩“两带”高度分布特征的影响作用。以李家壕煤矿为工程背景,基于垮落岩体在压实过程中体现出的应变硬化力学特性,采用双屈服模型和提出的反演计算方法对采场覆岩破坏特征进行研究,推导得出垮落岩体应力表达式,分析其影响因素,提出了数值仿真计算方法,并采用理论分析与现场实测等研究手段揭示了垮落岩体应变硬化特性对采场覆岩“两带”发育规律的影响作用。研究结果表明:(1)随着应变的增加,垮落岩体的应力先缓慢增大,当达到某一临界应变后,应力呈近似指数型快速增长;且随着碎胀系数的增加,应力呈现指数型增长所对应的临界应变亦随之增大。(2)基于FLAC^(3D)内置的双屈服模型,并提出了盖帽压力与材料特性的反演计算方法,实现了采空区垮落岩体应变硬化特性的仿真计算。(3)模拟结果表明,当考虑垮落岩体的压实和支撑作用时,顶板岩层运动范围和程度降低,引起的塑性区破坏范围亦随之降低,垮落带高度为15 m,减少16%,断裂带高度为65 m,减少13.3%,并基于现场实测结果,验证了上述仿真计算方法的可行性。

关键词：应变硬化垮落带断裂带地下水库覆岩破坏

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固废应变硬化机理与超重力模拟适用性

浙江大学学报（工学版） 2022年第4期56卷 664-673页

作者：孟嘉李俊超陈云敏浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058 浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058

为了探究城市固废应变硬化机理及模型固废在超重力模拟试验中的适用性,选用塑料和草炭、石英砂和高岭土等材料,分别对固废有机纤维和土颗粒的各项特性进行试验研究.结果表明,有机质纤维对固废的应变硬化特性起主导作用,可以显著地提高... 详细信息

为了探究城市固废应变硬化机理及模型固废在超重力模拟试验中的适用性,选用塑料和草炭、石英砂和高岭土等材料,分别对固废有机纤维和土颗粒的各项特性进行试验研究.结果表明,有机质纤维对固废的应变硬化特性起主导作用,可以显著地提高固废强度;土颗粒中石英砂质量分数增加可以提高固废在小应变时的强度,高岭土质量分数增大会导致固废破坏应变及偏应力峰值明显减小.基于各组分作用,提出定量控制有机纤维质量分数的方法配制模型固废,配制出的模型固废与真实固废的各项特性非常吻合.采用模型固废强度参数计算得到的填埋场失稳临界水位比与离心模拟试验结果一致,验证了所配固废的超重力模拟适用性,为填埋场变形与稳定超重力研究提供了重要依据.

关键词：城市固体废弃物(MSW) 模型固废应变硬化有机纤维超重力模拟适用性

基于纤维取向分布的应变硬化超高性能混凝土薄层抗拉性能

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硅酸盐学报 2021年第11期49卷 2384-2392页

作者：沈秀将邵旭东 BRüHWILER Eugen 湖南大学土木工程学院中国长沙410082 瑞士洛桑联邦理工大学(EPFL) 瑞士CH-1015

采用电磁无损检测分析自由流动浇筑的应变硬化超高性能混凝土(SH-UHPC)薄板内纤维取向分布,对沿垂直流动方向切割的试件进行直接拉伸试验(DTT)、四点弯曲试验(4PBT)及反分析。结果表明:在水平自由流动状态下,SH-UHPC薄层中纤维趋于垂直... 详细信息

采用电磁无损检测分析自由流动浇筑的应变硬化超高性能混凝土(SH-UHPC)薄板内纤维取向分布,对沿垂直流动方向切割的试件进行直接拉伸试验(DTT)、四点弯曲试验(4PBT)及反分析。结果表明:在水平自由流动状态下,SH-UHPC薄层中纤维趋于垂直流动方向分布;SH-UHPC薄板内抗拉性能(非弹性段)波动大,主要由于纤维取向随着流动距离而不断变化;相比于4PBT,DTT能够更直接、更全面且更准确的得到SH-UHPC的抗拉性能。此外,基于试验及统计数据分析表明,SH-UHPC薄板中(90°方向)抗拉强度修正系数K_(f)=1.12,低于法国AFGC的推荐值;极限应变修正系数K_(ε)=1.25。

关键词：应变硬化超高性能混凝土无损检测直接拉伸试验四点弯曲试验纤维取向

Al-7Si-Mg铝合金拉伸过程应变硬化行为及力学性能模拟研究

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金属学报 2017年第9期53卷 1110-1124页

作者：陈瑞许庆彦郭会廷夏志远吴勤芳柳百成清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室北京100084 明志科技有限公司苏州215006

建立了时效析出动力学模型、强化模型以及应变硬化模型,针对Al-7Si-Mg合金开展拉伸性能模拟研究。时效析出动力学模型可以模拟析出相密度、尺寸、分布、体积分数、基体中元素含量等微观组织参数,并结合强化模型获得合金的屈服强度。通... 详细信息

建立了时效析出动力学模型、强化模型以及应变硬化模型,针对Al-7Si-Mg合金开展拉伸性能模拟研究。时效析出动力学模型可以模拟析出相密度、尺寸、分布、体积分数、基体中元素含量等微观组织参数,并结合强化模型获得合金的屈服强度。通过应变硬化模型可模拟合金在拉伸过程的应力-应变曲线,并结合关系式(σ_(UTS)-σ_Y)=m·σ_Y+n+f(T_(ss))获得合金的抗拉强度和延伸率。本工作首先模拟了Al-7Si-0.4Mg合金的析出相特征参数及屈服强度并进行实验验证,分析了模拟结果与实验结果之间存在偏差的可能原因。采用应变硬化模型模拟了Al-7Si-0.36Mg合金在拉伸过程的应力-应变曲线,分析时效处理和铸态组织细化程度对位错存储速率、动态回复速率及合金的应力-应变曲线的影响规律。采用本模型预测了Al-7Si-0.4Mg合金在不同时效温度下的抗拉强度和延伸率,并与实验结果进行对比,分析了二次枝晶臂间距对拉伸性能的影响。最后,对模型存在的局限性及影响拉伸性能预测精度的因素进行了分析。

关键词： Al-7Si-Mg铝合金拉伸性能应变硬化析出相时效处理模拟

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应变硬化垃圾堆体抗局部沉陷研究

土木工程学报 2012年第7期45卷 162-168页

作者：连宝琴朱斌高登陈云敏浙江大学浙江杭州310058 福建省交通规划设计院福建福州310012

通过三种不同材料堆体的局部沉陷模型试验发现局部沉陷条件下应变硬化材料可能产生"自支撑"现象。利用模型试验和退化情况下的解析解验证了数值分析模型模拟应变硬化材料堆体局部沉陷问题的有效性。在此基础上比较了采用不同垃圾应力应... 详细信息

通过三种不同材料堆体的局部沉陷模型试验发现局部沉陷条件下应变硬化材料可能产生"自支撑"现象。利用模型试验和退化情况下的解析解验证了数值分析模型模拟应变硬化材料堆体局部沉陷问题的有效性。在此基础上比较了采用不同垃圾应力应变模型的分析结果,考虑堆体材料应变硬化的复合指数模型和线弹性模型计算得到的沉陷区土压力明显小于与之对应的摩尔-库伦模型计算结果,采用传统摩尔-库伦模型计算得到的沉陷区衬垫系统挠曲变形和应变值偏大,因而针对砂土材料的Giroud(1990)Trapdoor土拱效应理论应用于垃圾堆体局部沉陷分析时存在一定的局限性。进一步分析了各种参数对衬垫系统表面土压力和变形的影响,发现沉陷区衬垫系统最大挠度和最大应变随垃圾堆体高度的增加而增加,随垃圾堆体模量和加筋体刚度的增加而减小。最后提出应变硬化垃圾堆体在局部沉陷条件下衬垫系统土工膜的应变计算和加筋层的设计方法,对于垃圾填埋场衬垫系统抗局部沉陷设计具有一定的指导意义。

关键词：应变硬化垃圾局部沉陷衬垫系统加筋

纤维类型与表面改性对超高性能水泥基复合材料应变硬化行为影响研究

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纤维类型与表面改性对超高性能水泥基复合材料应变硬化行为影响研...

作者：刘凌杰北京交通大学

学位级别：硕士

为制备不同于PE、PVA纤维超高性能应变硬化水泥基复合材料(Ultra-High Performance Strain Hardening Cement-Based Composites,UHP-SHCC)。首先,选取长度为6～18 mm,掺量为1～2 Vol%的无机纤维(碳纤维、玄武岩纤维)和聚合物纤维(尼龙... 详细信息

为制备不同于PE、PVA纤维超高性能应变硬化水泥基复合材料(Ultra-High Performance Strain Hardening Cement-Based Composites,UHP-SHCC)。首先,选取长度为6～18 mm,掺量为1～2 Vol%的无机纤维(碳纤维、玄武岩纤维)和聚合物纤维(尼龙纤维、芳纶纤维、PBO纤维)分别掺入超高性能水泥基复合材料中(Ultra-High Performance Cement-Based Composites,UHPC)中,制备碳纤维UHPC(Carbon Fiber UHPC,CF-UHPC)、玄武岩纤维UHPC(Basalt Fiber UHPC,BF-UHPC)、尼龙纤维UHPC(Nylon Fiber UHPC,NF-UHPC)、芳纶纤维UHPC(Aramid Fiber UHPC,AF-UHPC)和PBO纤维UHPC(PBO Fiber UHPC,PBO-UHPC)。其次,对含有不同种类纤维的UHPC的抗压强度、直拉性能方面进行研究。最后,对于能改善UHPC应变硬化行为的纤维,利用不同浓度KH-A硅烷偶联剂对其进行表面改性处理,探究不同浓度KH-A硅烷偶联剂对纤维亲水程度的改善效果和对UHPC抗压强度、直拉性能的影响。研究中得到的主要结论如下:(1)抗压强度试验表明1.5 Vol%的6 mm PBO纤维、18 mm芳纶纤维和碳纤维的添加在各自纤维种类的研究下对UHPC抗压强度产生最佳的积极作用。相较于未掺纤维的基准组,养护28 d的抗压强度分别提高了21.7%、6.3%和7.3%,达到129.4 MPa、113.4 MPa和114.3 MPa。其中,掺入PBO纤维可以实现对UHPC抗压强度的最大提升效果,主要原因为PBO纤维表面富含的含氧官能团,能够与混凝土基体发生化学结合并建立牢固的界面粘结,从而提高了纤维-基体之间的界面粘结强度,进而提高UHPC的抗压强度。(2)直拉性能试验表明掺入1.5～2 Vol%的PBO纤维能够使UHPC产生较好的直拉应变硬化行为,而碳纤维、玄武岩纤维、尼龙纤维和芳纶纤维的掺入UHPC无直拉应变硬化行为,均呈现脆性破坏。相较于6 mm PBO纤维,掺入12 mm PBO纤维养护28d UHPC的极限拉伸应变和抗拉强度分别提高了约15.9%和27.9%,达到0.51%和10.5 MPa,说明较长的PBO纤维可以使UHPC实现更好的直拉应变硬化效果。PBO纤维优异的力学和材料性能可以与混凝土基体建立更为牢固的化学结合,延缓并限制UHPC在直拉过程中的裂缝扩展,从而使UHPC具备较好的直拉应变硬化能力。(3)表面改性试验表明PBO-UHPC的极限拉伸应变随着KH-A浓度的提高而提高,随着浓度从1%增长至5%,养护28 d的PBO-UHPC极限拉伸应变、抗拉强度和能量耗散数值从0.54%、8.34 MPa和37.7 k J/m增长至1.43%、9.95MPa和143.4 k J/m,分别提高了164.8%、19.3%和280.4%。适量浓度KH-A处理PBO纤维能够在纤维表面形成厚度适中的覆盖层,从而显著提升PBO-UHPC的拉伸应变能力。(4)微观试验表明PBO纤维表面改性处理对UHPC直拉性能的提升主要由两方面决定:a)经过KH-A表面改性后,在PBO纤维表面形成KH-A覆盖层,此覆盖层与混凝土基体建立较强的化学粘结;b)随着KH-A浓度从1%增长至5%,PBO纤维的静态接触角数值从108.5°下降至58.2°,亲水程度的提高使PBO纤维能够与混凝土基体建立更强的物理粘结。界面粘结强度的提高使纤维-基体之间的界面破坏模式由界面过渡区破坏转为一定程度的混凝土基体破坏,并且在表面改性前后试件断面处的PBO纤维表面上均发现大量划痕。

关键词：超高性能应变硬化水泥基复合材料应变硬化碳纤维芳纶纤维 PBO纤维表面改性

干湿循环作用下基于Laplace分布的裂土应变硬化损伤模型

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中南大学学报（自然科学版） 2020年第12期51卷 3484-3492页

作者：周峙张家铭宁伏龙罗易中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 地质探测与评估教育部重点实验室湖北武汉430074

为了建立干湿循环作用下裂土应变硬化损伤模型,提出裂土微元强度服从Laplace分布的假定,同时考虑初始损伤门槛影响,引入干湿循环损伤变量和荷载作用损伤变量,分别描述裂土干湿循环开裂和应力水平作用下损伤演化规律。基于不同干湿循环... 详细信息

为了建立干湿循环作用下裂土应变硬化损伤模型,提出裂土微元强度服从Laplace分布的假定,同时考虑初始损伤门槛影响,引入干湿循环损伤变量和荷载作用损伤变量,分别描述裂土干湿循环开裂和应力水平作用下损伤演化规律。基于不同干湿循环阶段裂土的固结不排水三轴剪切试验,探究围压对不同干湿循环开裂损伤的影响;利用线性拟合确定应变硬化损伤模型参数,探讨围压和干湿循环次数对初始损伤应力门槛值的影响,并对比验证不同干湿循环次数与应力水平作用下的试验结果。研究结果表明:干湿循环对裂土平均微元强度影响显著,5次循环后,微元平均强度降幅显著,相比初始状态降低39.7%~78.5%;反映平均微元强度与弹性模量的Laplace分布参数m0和T0均与围压呈正相关;围压提高了初始应力损伤门槛值,降低了干湿循环作用造成的损伤,相比初始状态试样,5,8和12次干湿循环后试样的初始损伤应力门槛值分别降低37.77%,45.67%和57.43%。建立的基于Laplace分布的损伤本构模型能充分反映干湿循环作用后裂土受荷时的应变硬化特征,并可模拟裂土在干湿循环和围压共同作用下的全应力-应变曲线,其模型参数易获取,且具有明确的物理意义;干湿循环次数愈多,围压愈高,模型与土体应力-应变试验曲线吻合程度越高。

关键词：裂土干湿循环 Laplace分布应变硬化统计损伤模型

基于聚乙烯纤维表面改性的超高性能混凝土应变硬化机理

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硅酸盐学报 2021年第11期49卷 2346-2354页

作者：张贵朋改非类泽灏牛旭婧丁宏蒋雨恒范玉春北京交通大学土木建筑工程学院中国北京100044 都柏林大学圣三一学院土木工程系爱尔兰都柏林D02PN40 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院中国北京100083 北京建工新型建材有限责任公司中国北京100015 中国科学院大学国家纳米科学中心中国科学院纳米科学卓越创新中心中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室中国北京100190 北京大学纳米化学研究中心中国北京100871

采用不同浓度硅烷偶联剂(SCA)溶液对憎水的聚乙烯纤维(PE纤维)进行表面改性处理,用表面改性后的PE纤维制备超高性能混凝土(UHPC),测定其直拉应变硬化与开裂行为。结果表明:对于低水胶比(0.18)UHPC,掺有3%浓度SCA溶液改性PE纤维得到了较... 详细信息

采用不同浓度硅烷偶联剂(SCA)溶液对憎水的聚乙烯纤维(PE纤维)进行表面改性处理,用表面改性后的PE纤维制备超高性能混凝土(UHPC),测定其直拉应变硬化与开裂行为。结果表明:对于低水胶比(0.18)UHPC,掺有3%浓度SCA溶液改性PE纤维得到了较好的应变硬化效果,多缝开裂效果更为显著。改性PE纤维影响UHPC应变硬化的机理是,附着在PE纤维表面的硅烷偶联剂官能团与基体之间建立较强的化学粘结力,其中的自由羟基(—OH)与基体中水化产物C-S-H发生缩合反应,羟基(—OH)与Ca(OH)_(2)中的Ca^(2+)之间发生配位化合作用。

关键词：超高性能混凝土应变硬化聚乙烯纤维表面改性机理

粉煤灰掺量对PVA-ECC应变硬化性能的影响

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北京工业大学学报 2021年第4期47卷 321-327页

作者：王秋生温唯罗昊易勇北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 湖南大学土木工程学院长沙410012

粉煤灰与水泥反应产生的水化硅酸钙凝胶可以改善骨料与水泥间的界面结构,由此提升聚乙烯醇纤维增强工程水泥基复合材料(PVA-ECC)的韧性.为了确定PVA-ECC的最佳粉煤灰掺量范围并建立其获得高拉伸应变的评价指标,在保证不同配合比PVA-ECC... 详细信息

粉煤灰与水泥反应产生的水化硅酸钙凝胶可以改善骨料与水泥间的界面结构,由此提升聚乙烯醇纤维增强工程水泥基复合材料(PVA-ECC)的韧性.为了确定PVA-ECC的最佳粉煤灰掺量范围并建立其获得高拉伸应变的评价指标,在保证不同配合比PVA-ECC良好流动性的前提下,应用拉伸试验研究粉煤灰掺量对PVA-ECC应变硬化性能的影响,并应用光学扫描研究试件断口处的破坏特征.提出"拔出型""断裂型""滑移硬化型"3种不同纤维破坏模式下PVA-ECC的拉伸应力指数建议值.研究结果表明:粉煤灰掺量在45%~65%时,PVA-ECC的抗拉性能随粉煤灰掺量增大而提高;粉煤灰掺量在60%~65%时,PVA-ECC的抗拉性能最好.

关键词：粉煤灰水泥基复合材料应变硬化拉伸应力指数初裂强度极限拉应变