化学腐蚀和高温作用后白砂岩物理损伤及力学性能的试验研究

研究了化学腐蚀及高温作用对福建宁德白砂岩的物理、力学性能的影响。白砂岩试件在HNO3溶液中浸泡90 d后取出进行高温加热,加热温度分别为200、400、600及800℃。对试件进行物理参数及单、三轴压缩作用下力学性能的测定,分析化学腐蚀及高温作用对白砂岩应力-应变曲线、峰值应力、弹性模量等的影响。研究表明:化学腐蚀及高温作用对白砂岩物理、力学性能的影响并不相同。HNO3溶液浸泡及高温引起白砂岩内部结构损伤,增大了孔隙率,导致弹性模量减小。另一方面,化学损伤及高温加热对白砂岩试件的四阶段应力-应变曲线形态也有影响,峰值应力损失率随温度升高而升高。此外,与单轴压缩相比,三轴压缩过程中的围压对于岩石的受力性能有利,对于单轴压缩,酸浸泡及高温作用在损伤岩石物理性质的同时也对其力学特性有不利影响,峰值应力损失率与弹性模量损失率基本成线性关系;对于三轴压缩,只有当弹性模量损失率大于14%时,岩石的峰值应力才受损,反之,峰值应力不降反升。     

准噶尔盆地白砂岩工程特性试验研究

针对白砂岩能否用于水渠渠底的填充料问题,进 行了试验研究。白砂岩的性状是介于硬土与软岩之间,被扰动后呈松散状。通过试验证实： 细沙、中细砂经压实后,均有较好的压实性,不产生膨胀,属弱冻胀,极微透水,低压缩性 ,较高的抗剪强度,这些特性指标均能满足工程要求。这种材料已用于工程中,经过4年的 通水运行,工程状况良好。     

酸侵蚀区白砂岩冻融损伤的影响因素研究

通过循环冻融试验,探究酸侵蚀地区白砂岩冻融损伤的影响因素。研究对三组白砂岩分别作不浸泡、水浸泡、酸浸泡的处理后进行不同次数的冻融循环,再进行单轴压缩试验。并从纵波波速、峰值应力、应力-应变曲线、相对杨氏模量、损伤变量等方面分析不同处理方式的影响。研究表明:水的浸泡是白砂岩冻融损伤的主要原因,酸侵蚀能在一定程度上加快白砂岩的冻融损伤,但本实验中影响不大。研究成果对寒区及酸侵蚀区的建设及工程具有一定的参考价值。     

高温岩石热损伤力学性能研究进展

为了深入了解高温岩石在热损伤作用下的物理力学特性,以及对地热资源开发、高温引水隧洞施工、超深钻探、矿体开发等岩石工程的安全与稳定性做出合理评价,通过分析国内外文献,系统综述了岩石在受高温作用下的损伤情况及物理力学性能方面的研究进展与成果;介绍了高温作用下岩石的破坏机理与其物理力学特性;侧重总结了岩石热冲击作用下物理力学参量的演化规律;重点分析了高温岩石结构破裂机理;总结了国内外有关热-力耦合模型以及数值分析的方法;指出当前岩石热损伤研究中存在的一些局限性,并从工程角度方面展望了未来的发展方向;系统分析了温度作用下岩石热损伤的演化规律。     

高温损伤后岩石动态损伤本构模型

为了研究高温损伤后岩石动态本构模型,通过组合建模的方法,引入裂隙体,并与损伤体串联,经理论推导,最终建立了高温后岩石全过程动态本构模型。随后开展了25~600 ℃温度处理后的花岗岩动力冲击试验。研究结果表明:随着温度升高,花岗岩动态峰值应力减小,弹性模量则先增大后减小;核磁共振测试结果能够定量描述高温引起岩石内部孔隙以及孔径分布,T2谱面积随温度升高呈现指数增长规律;试验结果验证了高温损伤后岩石动态损伤本构模型的适应性,理论计算结果与试验数据相关性达0.98以上;裂隙体参数a和b控制了应力应变曲线压密段的曲线形状,且曲线对参数a更为敏感。     

高温作用下不同水灰比混凝土的抗冻融性能研究

采用快速冻融法,对经受不同高温、不同水灰比的混凝土进行了40次抗冻融循环.通过抗压强度试验测得混凝土的峰值应力、应变和弹性模量.探讨了不同高温作用和不同配合比对混凝土抗冻融性能的影响.研究分析表明:随高温作用温度的升高和水灰比的增大,混凝土的峰值应力逐步降低,弹性模量逐步减小.根据试验结果得出了混凝土冻融后弹性模量与高温作用温度的关系式.计算结论可为经受高温作用的混凝土抗冻融设计提供理论依据.     

水中快速冷却对花岗岩高温残余力学性能的影响

通过研究20～800℃高温状态的花岗岩在自然冷却和水中快速冷却后的力学性能,分析了花岗岩随温度和冷却方式变化的破坏机理,从纵波波速、应力-应变曲线、单轴抗压强度、峰值应变和杨氏模量等方面探讨了水中快速冷却对花岗岩高温残余力学性能的影响。试验结果表明:花岗岩的纵波波速、单轴抗压强度和杨氏模量随经历温度的升高而衰减,水中快速冷却比自然冷却衰减的幅度更大。这说明温度越高,花岗岩的力学性能劣化越严重,水中快速冷却产生的热冲击加剧了花岗岩力学性能的劣化。花岗岩水中快速冷却后的峰值应变小于自然冷却后的峰值应变,说明高温状态的花岗岩水中快速冷却后,其脆性比自然冷却后更加明显。     

混凝土高温处理后的力学性能试验研究

文中选取强度等级为C40的混凝土为研究对象,经过计算和试配最终确定混凝土配合比,并研究分析混凝土试件在正常温度和高温处理后的抗压强度、劈拉强度、轴压强度及弹性模量。结果表明:正常温度条件下试件可以满足实际工程所要求的力学性能;而在不同温度高温处理后自然冷却至常温时,混凝土的力学性能均有一定程度的降低,且作用温度越高,降低幅度越大。     

不同卸荷损伤程度砂岩吸水特性试验研究

针对边坡岩体开挖卸荷后遇水极易失稳的现象,以三峡库区典型砂岩为研究对象,通过三轴加卸荷试验确定岩样不同卸荷损伤程度,然后进行自由吸水试验,研究不同卸荷损伤程度砂岩的吸水特性变化规律。试验结果表明：① 岩样吸水后表面水位高度的变化具有明显的时间效应。吸水初期,水位高度增加速度较快,之后逐渐减小。② 岩样吸水稳定后,水位高度随卸荷量的增加而增加。当卸荷量较大,卸荷损伤岩样有裂缝产生时,吸水速度明显增加,且水位高度沿着裂缝均匀分布。③ 同一围压下的岩样,吸水率随着卸荷量的增加而增加,其增加速度也随着卸荷量的增加逐渐加快。这是由于随着卸荷量的增加,岩样内部裂纹逐渐扩展,当卸荷量继续增加至岩样内部裂纹贯通后,吸水率就随之急剧增加。当裂纹最终贯通以后,岩样的吸水率与围压之间的关系不再显著。④ 当卸荷量为一定值时,随着围压的增加,卸荷损伤岩样吸水率逐渐增加。但是当卸荷量较大时,岩样吸水率随着围压的增加先增大后减小,但变化幅度较小。上述成果可为开挖卸荷边坡支护时机及方案的选择提供一定的借鉴。     

化学溶液和冻融循环作用后白砂岩三轴压缩力学性能试验研究

研究了不同溶液(H2O和HNO3溶液)浸泡与干燥状态下经冻融循环作用后白砂岩的力学性能。根据试验结果分析了白砂岩基本力学性能的变化规律;从微观方面出发,探讨了不同溶液浸泡和冻融循环对白砂岩的损伤破坏作用。研究表明:经过酸浸泡-冻融、水浸泡-冻融和只经冻融处理后的白砂岩峰值应力均有不同程度的降低,经过酸浸泡-冻融组的白砂岩峰值应力降幅最大,水浸泡-冻融组降幅次之,说明溶液浸泡和冻融循环对白砂岩均有损伤劣化作用。只考虑溶液影响时,硝酸溶液对白砂岩的损伤程度最大。前期处理条件相同的情况下,随着围压的增加,白砂岩的抗压强度和塑性变形随之增大。相同围压条件下,白砂岩达到峰值应力时的变形和弹性模量的损失率随前期处理对白砂岩的损伤程度增加而增大。     

热处理后白砂岩物理力学参数的变化规律

对热处理后的白砂岩进行了单轴压缩试验,分析了白砂岩应力峰值、纵波波速、弹性模量以及破坏形态随温度的变化规律,建立了白砂岩损伤变量与温度之间的关系式,分析了白砂岩损伤变量与物理力学参数之间的关系。研究表明:热处理后的白砂岩在某一温度范围内表现出一定的自愈性;热处理后白砂岩的物理力学参数与温度之间呈现二次非线性关系;热处理对白砂岩的破坏形态影响不大;热处理造成的损伤对白砂岩物理参数的影响大于对其力学参数的影响。研究成果对高温环境岩石工程的建设具有重要的参考价值。     

高温后不同冷却方式对混凝土力学特性的影响

针对50块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的混凝土立方体试件进行高温后不同冷却方式下力学性能试验研究,分析常温(20℃)、200、400、600、800℃这5种不同温度下自然、喷水冷却对杨氏模量、抗压强度、峰值应力等力学性能的影响,此外还探讨了高温后不同冷却方式试件的质量损失、破坏形态。研究结果表明:随着温度升高,两种冷却方式试件的质量损失率逐渐增大,喷水冷却试件质量损失比自然冷却试件小,纵波波速、杨氏模量和抗压强度均呈降低趋势,温度超过400℃以后,喷水冷却试件的降低幅度更大;同时随着温度的升高,应力-应变曲线的峰值应力显著降低,所对应的峰值应变明显增加,弹性阶段曲线斜率显著降低。     

高贝利特水泥混凝土的力学性能研究

针对混凝土大坝存在的“无坝不裂”问题，采用国家“九五”重点科技攻关成果-高贝利特水泥，研制了一种新型的抗裂性能较好的高性能大坝混凝土。对高贝利特水泥混凝土力学性能(包括强度性能、弹性模量、极限拉伸变形和体积变形性能等)试验结果进行分析，并与三峡工程目前使用的高性能大坝混凝土的力学性能进行的对比，说明高贝利特水泥混凝土具有良好的力学性能，抗裂能力稍优，是一种新型的高性能大坝混凝土，可望在今后的大坝混凝土工程或其它大体积混凝土工程中得到推广应用。     

砂岩在化学腐蚀和冻融循环共同作用下力学特征劣化的试验研究

通过冻融循环试验的方法,研究砂岩在不同化学溶液下经冻融循环后的损伤劣化机制和力学特性,分析了砂岩在不同化学溶液中经历不同冻融循环次数后,单轴压缩和三轴压缩下力学性能的变化规律;初步分析了化学腐蚀和冻融循环共同作用对砂岩的损伤劣化机理;同时,定义了损伤变量来定量分析砂岩的损伤劣化程度。试验结果表明:浸泡在0.1 mol/L(H_2SO_4)、0.1 mol/L(NaOH)和p H=7.0蒸馏水中,随着冻融循环次数的增加,砂岩试样的峰值强度和弹性模量均呈指数函数劣化,而其轴向峰值应变却呈指数函数增加。砂岩的损伤程度随着冻融循环次数的增加而逐渐增大;在H_2SO_4溶液中砂岩的损伤劣化程度大于NaOH和pH=7.0蒸馏水;H_2SO_4溶液加剧了砂岩的冻融损伤劣化,而0.1 mol/L(NaOH)溶液对砂岩试样的冻融损伤劣化却有一定的抑制作用。化学腐蚀和冻融循环共同作用下,水化学溶液虽然在一定程度上缓解冻融循环所引起岩石的损伤劣化,但同时岩石遭受着水化学溶液的腐蚀作用;水化学溶液与冻融循环的共同作用对岩石的损伤劣化是相互促进的,共同影响着砂岩的损伤劣化。     

砂岩与花岗岩在冻融循环和化学腐蚀下力学性能及断裂韧度变化的对比

为探究冻融循环-多种化学溶液溶蚀等因素耦合作用下岩石力学特性的变化规律,选取砂岩和花岗岩作为岩样开展了一系列岩石力学试验,借助智能显微镜观察比较了不同外部条件影响下岩石的表面微观结构,分析了岩石的溶液溶蚀机理和冻融损伤机理。试验结果表明岩石应力-应变关系、弹性模量、峰值应力、断裂韧度等力学特性受溶液溶质种类的影响较小,而受冻融循环温度影响显著,砂岩受冻融循环破坏程度大于花岗岩。两种岩石力学特性都随冻融循环温度的降低而减弱,I型断裂韧度与冻融循环温度之间呈二次函数关系。